空气动力漂浮装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种空气动力漂浮装置，其特征在于：包括转盘、定盘及支撑于定盘上的动力机构，所述转盘设置为圆形且其上端面成型为光滑的回转曲面；所述转盘设置于所述定盘上方并通过一转轴与所述动力机构驱动连接；所述定盘与所述转盘之间形成有一0mm～5mm的缝隙；还包括一能将所述定盘与所述转盘之间空气排出的真空发生装置。动力机构驱动转盘相对于定盘旋转时，在真空发生装置的作用下，使得定盘与转盘之间形成一低压区域，本装置通过改变其正反面空气的密度，使其获得了向上的升力，将本装置应用于重物上，从而实现了使重物漂浮于空中的目的，并且，本装置结构简单，造价低、能耗小，便于大范围普及应用。
【专利说明】空气动力漂浮装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可用于飞机、船舶、车辆上的动力辅助装置，具体指一种空气动力
漂浮装置。
【背景技术】
[0002]现有的飞机、船舶、车辆等交通工具在行驶时都是依靠汽油或柴油发动机提供动力，能耗较大，而其所依靠的汽油、柴油等均属于不可再生资源，从人类长期的发展角度来看，我们应该尽可能的减少资源消耗。在飞机、船舶、车辆等交通工具的行驶过程中，最大限度的克服交通工具的自身重力，使其处于漂浮状态，能有效减小交通工具与水流或路面之间的摩擦，降低能耗。而目前的技术只能实现飞机的悬浮，船舶及车辆等则无法处于漂浮状态。而且，飞机飞离地面也多是借助固定机翼实现的，固定机翼式飞机起飞的升力需依靠飞机前进的速度获得，为了使其具有足够大的速度，需要专门设置一定长度的飞机跑道助跑，这不仅浪费了人力、物力资源，也由于飞机的起飞与降落离不开助跑跑道，而导致了多起飞机事故的发生。现有的旋翼直升飞机可以无需依靠助跑跑道即可起飞，但其造价高、能耗大，且飞行距离有限，难以作为普通的交通工具进行普及。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种造价低、能耗小、能使重物漂浮于空中的空气动力漂浮装置。
[0004]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种空气动力漂浮装置，其特征在于:包括转盘、定盘及支撑于定盘上的动力机构，所述转盘设置为圆形且其上端面成型为光滑的回转曲面；所述转盘设置于所述定盘上方并通过一转轴与所述动力机构驱动连接；所述定盘与所述转盘之间形成有一 Omm?5mm的缝隙；同时还包括一能将所述定盘与所述转盘之间空气排出的真空发生装置。
[0005]作为本发明的进一步改进，所述的缝隙位于转盘下表面与定盘上表面之间的近转盘边缘处，所述缝隙内侧的转盘和定盘之间形成一内腔，且该内腔的高度大于缝隙的高度。对于本发明的装置，定盘与转盘之间的缝隙尺寸越小越好，而实际制造时，定盘与转盘之间的缝隙越小生产难度越高，且距离相近的定盘与转盘之间易存在摩擦，导致材料磨损严重，增加生产成本；而采用上述结构，内腔的存在不仅避免了定盘与转盘之间的大面积磨损，而且只需将定盘与转盘上相应端面的边缘距离做小即可满足要求，降低了生产制造难度。
[0006]作为优选，所述的真空发生装置包括抽气孔及真空泵，所述的抽气孔开设于所述定盘上并与所述内腔相连通，所述真空泵的抽气端连接上述抽气孔。采用上述结构，利用真空泵将内腔中的空气抽出，使之形成为一低压腔，有利于增加装置的升力。
[0007]作为优选，所述的真空发生装置为若干个开设于所述转盘的外周面上并朝向转盘中心的孔道，该孔道的末端向下延伸与所述内腔相连通。上述孔道沿转盘的周向间隔布置，当转盘旋转时，圆周面上的线速度比中心附近的线速度大，因此，圆周面上的孔道口处的气压低于中心附近孔道口处的气压，内腔的空气就会通过孔道向外流出，从而使内腔产生低压，这种结构的转盘可以不需另外配备抽真空设备，从而简化了本装置的辅助设备，扩大了装置的实用性。
[0008]更进一步的，一圆环件套设于所述定盘的外周面上，并与所述的定盘相拆卸连接，该圆环件的上端与转盘之间形成所述的缝隙。作为优选，所述圆环件的上部向内凸设有若干个连接部，且每个连接部均具有一安装孔，相对应的，所述定盘上开有一螺纹孔，一螺杆穿设于上述安装孔并与所述螺纹孔相螺纹连接。由于在实际生产制造时，定盘与转盘之间的缝隙越小生产难度越大，为了降低生产难度，采用上述结构，使用过程中，即便产生了磨损而使缝隙增大，也可以通过旋转螺杆，带动圆环件上移，从而调节转盘与定盘之间的缝隙距离，以方便地达到所限定的范围内。
[0009]为了防止空气在上述圆环件与定盘外周之间流动，所述定盘的外周面与所述圆环件的内周面之间还设置有至少一道密封圈。
[0010]优选地，所述定盘的上端面近边缘处开有一周向的凹槽，该凹槽底部设置有至少一个与外界大气相连通的通道，一环状件能上下移动的插设于上述凹槽内，该环状件的上端与转盘之间形成所述的缝隙。使用时，可先调整环状件使缝隙为一个很小的尺寸，当内腔中空气密度低于外界时，空气先通过缝隙产生一定的流速，从而在环状件的上平面产生向上的吸力，使缝隙变得更小，但当环状件的上平面与转盘间的缝隙很小时，流过缝隙的气流速度就会下降，环状件向上的吸力也随之下降，环状件在自身重力的作用下，向下移动，这样可以使缝隙保持在一个合适的范围内，即避免强烈的摩擦，又可以保持很小的缝隙，以使内腔有一个稳定的低压。
[0011]作为优选，一圆环件套设于所述定盘的外周面上，并与所述的定盘相拆卸连接，所述圆环件的上端面近边缘处开有一周向的凹槽，该凹槽底部设置有至少一个与外界大气相连通的通道，一环状件能上下移动的插设于上述凹槽内，该环状件的上端与转盘之间形成所述的缝隙。采用上述结构，将缝隙宽度的手动调节与气流自动调节相结合，以便于达到更好的效果。
[0012]较好的，所述定盘上开有供上述转轴穿过的通孔，所述通孔与所述转轴之间设置有轴承及气密件。
[0013]与现有技术相比，由于本发明提供了一种包括转盘、定盘及动力机构的空气动力漂浮装置，因此当动力机构驱动转盘相对于定盘旋转时，在真空发生装置的作用下，使得定盘与转盘之间形成一低压区域，根据伯努利方程，在大气压作用下，流体速度加快时，物体与流体接触的界面上压力减小，反之会增大，本装置通过改变其正反面空气的密度，使其获得了向上的升力，将本装置应用于重物上，从而实现了将重物漂浮于空中的目的，并且，本装置结构简单，造价低、能耗小，便于大范围普及应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明实施例1的结构示意图；
[0015]图2为本发明实施例2的结构示意图；
[0016]图3为图2中A部分的放大结构示意图；
[0017]图4为本发明实施例3的结构示意图；[0018]图5为图4中B部分的放大结构示意图；
[0019]图6为本发明实施例4的结构示意图；
[0020]图7为图6中C部分的放大结构示意图；
[0021]图8为本发明实施例5的结构示意图；
[0022]图9为沿图8中A-A方向的剖视图。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0024]实施例1:
[0025]如图1所示，本实施例的空气动力漂浮装置包括转盘1、定盘2、动力机构(图中未示)及真空发生装置，转盘I与定盘2均设置为圆形，且转盘I的上端面成型为光滑的回转曲面，以保证转盘I上的各处受力均匀;转盘I设置于定盘2上方并能相对于定盘2旋转，转盘I通过一转轴4与动力机构驱动连接,定盘2上开有供转轴4穿过的通孔21,通孔21与转轴4之间设置有轴承40及气密件41 ;定盘2与转盘I之间形成有一缝隙10，该缝隙10的宽度H为Omm?5mm。在本实施例中，缝隙10位于转盘I下端面与定盘2上端面的边缘之间，缝隙10内侧的转盘I和定盘2之间形成一内腔20，且该内腔20的高度W大于缝隙10的宽度H，这样只要确保转盘I下端面与定盘2上端面的边缘处的加工精度，就可以达到缝隙的尺寸要求，以降低转盘I与定盘2之间的加工精度，同时避免转盘I在转动过程中与定盘2相磨擦；本实施例的真空发生装置包括抽气孔31及真空泵(图中未示)，抽气孔31可以为一个，也可以为多个，抽气孔31开设于定盘2上并与内腔20相连通，真空泵的抽气端连接抽气孔31，使用时，利用真空泵将内腔20中的空气抽出，使之形成为一低压腔，有利于增加装置的升力。
[0026]本实施例的机理如下:根据空气动力学原理，空气流速越高压力越低，反之流速越低压力越高，当空气流过物体表面时，就会产生垂直于气流方向、且远离物体表面的升力，其数学表达式为:
[0027]P=P0V 2S/2
[0028]其中，
[0029]P为物体表面垂直于气流方向的升力矢量；
[0030]P。为空气的密度(kg/m3)；
[0031]V为物体运动的速度(m/s)；
[0032]S为物体与气流的作用面积(m2)；
[0033]当一圆形的物体在空气中旋转时，其圆形表面所受空气的升力可表示为:
[0034]P= P q.f ( V，S) /2
[0035]其中，速度V、面积S都是变量r的函数，即:V = 23inr,S = 23ir*Ar,Ar为积分变量，经过积分得:
[0036]P= P。.Ji3.η2.r4
[0037]其中，
[0038]η为物体旋转的速度(转/秒)；
[0039]r为物体的半径(m)；[0040]通常情况下，圆形物体在空气中旋转由于正反两面面积相等，角速度相等，空气密度相等，所以受到的升力大小相等，方向相反，而表现为升力为0(或很小)；如果圆形物体正反两面空气密度不相等，那么两面所受的力也不相等。假如圆形物体正面的空气密度为P ’，反面的空气密度为P ”，圆形物体正面所受的气动力为P’，则:
[0041]P，= P，.Ji3.η2.r4
[0042]圆形物体反面所受的气动力为P”，则:
[0043]P” = P ”.Ji3.η2.r4
[0044]显然，P合力=P，—P，，=P，.Ji3.η2.r4- P ”.Ji3.η2.r4
[0045]= ( P，- P ”)Ji3.η2.r4
[0046]根据上述公式对本实施例的漂浮装置进行受力分析如下:
[0047]如图1所示，在转盘I的上下两面和定盘2的上下两面都受到空气垂直的压力。装置的各个侧面也会受到空气的各个方向的压力，因为这些力始终大小相等，方向相反，所以装置各个侧面的压力不予考虑。假定环境空气密度为P ^时压强为Po，则作用在转盘I上方的压力P1等于环境气压产生的压力PclS与转盘I的升力之差，即:
[0048]P1 = P0S- P ο.π 3.η2.r4,方向向下 [0049]假定内腔的空气密度为P !时压强为P1，则作用在转盘I下方的压力P2等于内腔中的气压P1S与转盘I旋转产生的向下的升力之差，即:
[0050]P2 = P1S -P1* π 3.η2.r4，方向向上
[0051]由于定盘不旋转，所以作用在定盘2上方的压力P3等于内腔中密封为P1的空气产生的压力P1S,即:
[0052]P3 = PlS，方向向下
[0053]同理，由于定盘不旋转，所以作用在定盘2下方的压力P4等于环境气压产生的压力PqS即:
[0054]P4 = PtlS,方向向上
[0055]则作用在漂浮装置上的外力之和P合等于PpP2、P3、P4的矢量和，即:
[0056]P合=-P1+P2-P3+P4 = (P0- P ) π 3.η2.r4,方向向上
[0057]从上式不难看出，当转盘I的半径r和转速η —定时，只要内腔中的空气密度P !小于环境的空气密度Ptl，本装置就会产生向上的升力，且P1越小升力越大，因此，利用本实施例中的真空发生装置将内腔中的空气抽出，使内腔形成为一近乎真空的低压腔，即可使本实施例的漂浮装置获得一个足够大的向上的升力，从而使其漂浮于空气中。
[0058]需要注意的是，P I不可能小于0，转盘I的直径2r和转速η也是受到的P ι限制的，不可能无限大，转盘I外缘的线速度可控制在音速左右。
[0059]实施例2:
[0060]根据实施例1中作用于漂浮装置上的Pg公式可知，当定盘2与转盘I之间的缝隙10宽度H趋近于O时，P i为0，此时处于一种理想状态，即无需真空发生装置，即可使漂浮装置获得一向上的升力，但此种情况无法实现，因此，只能把定盘2与转盘I之间的缝隙10尽量做小，而实际制造时，定盘2与转盘I之间的缝隙10越小生产难度越高，且距离相近的定盘2与转盘I之间易存在摩擦，导致材料磨损严重，增加生产成本；在实际工作中，随着转盘I的旋转，在缝隙10处，转盘I难免会与定盘2发生磨擦，而增大缝隙10宽度。为了随时按需调节缝隙10宽度H的大小，如图2、3所示，定盘2的外周面上套设有一圆环件5，圆环件5与定盘2相拆卸连接，该圆环件5的上端与转盘I之间形成缝隙10，具体的，圆环件5的上部向内凸设有若干个连接部51且每个连接部51上均具有一安装孔511，相对应的，定盘2上开有一螺纹孔25，一螺杆50穿设于上述螺纹孔25与安装孔511内，使用过程中，将螺杆50向上旋转，带动圆环件5上移，从而调节转盘I与定盘2之间的缝隙10的宽度H。为了防止空气在圆环件5与定盘2外周之间流动，定盘2的外周面与圆环件5的内周面之间还设置有至少一道密封圈6，本实施例中设置有2道。
[0061]实施例3:
[0062]本实施例与实施例1的区别在于:如图4、5所示，本实施例在定盘2的上端面近边缘处开有一周向的凹 槽23，该凹槽23底部设置有至少一个与外界大气相连通的通道24，一环状件7能上下移动的插设于上述凹槽23内，环状件7的上端与转盘I之间形成缝隙10，本实施中的环状件7可以是一个整体的环状部件，也可以是分段构成环状结构的多个部件，使用时，可先调整环状件7，使该环状件7至转盘I之间的缝隙10的宽度H在一个很小的尺寸，当内腔20中空气密度低于外界时，空气先通过缝隙10产生一定的流速，从而在环状件7的上平面产生向上的吸力，使缝隙10变得更小，但当环状件7的上平面与转盘I间的缝隙10很小时，流过缝隙10的气流速度就会下降，环状件7向上的吸力也随之下降，环状件7在自身重力的作用下，向下移动，这样可以使缝隙10保持在一个合适的范围内，即避免强烈的摩擦，又可以保持很小的缝隙10，以使内腔有一个稳定的低压。
[0063]实施例4:
[0064]本实施例与实施例1的区别在于:如图6、7所示，本实施例在定盘2的外周面上套设有一圆环件5，圆环件5与定盘2相拆卸连接，具体的，圆环件5的上部向内凸设有若干个连接部51且每个连接部51上均具有一安装孔511，相对应的，定盘2上开有一螺纹孔25，一螺杆50穿设于上述螺纹孔25与安装孔511内；同时，本实施例在圆环件5的上端面近边缘处开有一周向的凹槽52，该凹槽52底部设置有至少一个与外界大气相连通的通道53，一环状件8能上下移动的插设于上述凹槽52内；采用上述两种结构相互配合来实现对缝隙10的宽度H的大、小调节，调节范围更加精密。
[0065]实施例5:
[0066]本实施例与实施例2的区别在于:如图8、9所示，本实施例的真空发生装置为若干个开设于转盘I的外周面上并朝向转盘I中心的孔道12，该孔道12的末端向下延伸与内腔20相连通，并且优选的是，孔道12的末端靠近转盘I的中心，本实施例中的孔道12沿转盘I的周向间隔布置，当转盘I旋转时，圆周面上的线速度比中心附近的线速度大，因此，圆周面上的孔道12 口处的气压低于中心附近孔道12 口处的气压，内腔20的空气就会通过孔道12向外流出，从而使内腔20产生低压，这种结构的漂浮装置可以不需另外配备抽真空设备，从而简化了本装置的辅助设备，扩大了本装置的实用性。
[0067]进一步说明的是，在理想状态下，即当转盘I与定盘2之间的缝隙10宽度H为O时，本发明的漂浮装置所产生的升力为:
[0068]P 升=P ?.Ji3.η2.r4
[0069]根据牛顿的粘度理论，转盘I上表面产生的阻力为:
[0070]Ph= 4 2.η.P 0.r3.C/3[0071]其中，C为空气的动力粘度系数(m/s)；
[0072]由于转盘I在旋转时没有迎风面积，因此也就没有迎风阻力，所以转盘I旋转时的阻力主要来自于空气的粘度阻力，转盘I的升阻比为:
[0073]P 升/Pfi= (P。.3.n2) / (4/3 Ji2.η.P 0.r3.C) = 3 π.η.r/ (4C)
[0074]假定r为lm，n为50转/秒，容易看出，本装置的升阻比远远大于传统飞行器；若不计传动系统于转盘底部的功率损耗，转盘上表面的功率损耗为W，则W等于Ppfi乘以线速度▽沖^与V都是变量半径r的函数，SP:
[0075]W = C* P ο.f ( V2, S)
[0076]=C.P0./ (2 n nr)2.2 π rdr
[0077]= 2 3.η2.r4.P 0.C
[0078]则本装置的上升速度V = W/P升=(2 313.η2.r4.P。.C)/(P。.Ji3.n2.r4)=2C
[0079]显然，这是一个很小的数值，可以说明，本装置可以用很小的驱动力和很小的驱动功率使转盘获得很大的 升力，从而使本装置漂浮于空气中而不下坠，但同时由于驱动功率很小，本装置的上升速度很慢，因此，将本装置作为一种飞行、提升、推拉等过程中的辅助装置使用更为合适。
[0080]尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，如上述各实施例中，定盘的直径可以做的比转盘大，此时转盘的转轴和动力机构可以支撑在一支架上，支架的支脚再固定在定盘上，这样就无需在定盘上设置通孔供转轴穿过从而与转盘连接；又如，转盘的上端面可以为平面也可以为弧形面等，只要该上端面成型为回转曲面，能确保该上端面上各处受力均匀即可；对缝隙的宽度H的调节也不仅仅限于以上实施例所提到的结构，即凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种空气动力漂浮装置，其特征在于:包括转盘、定盘及支撑于定盘上的动力机构，所述转盘设置为圆形且其上端面成型为光滑的回转曲面；所述转盘设置于所述定盘上方并通过一转轴与所述动力机构驱动连接；所述定盘与所述转盘之间形成有一 0_~5_的缝隙；同时还包括一能将所述定盘与所述转盘之间空气排出的真空发生装置。
2.根据权利要求1所述的空气动力漂浮装置，其特征在于:所述的缝隙位于转盘下表面与定盘上表面之间的近转盘边缘处，所述缝隙内侧的转盘和定盘之间形成一内腔，且该内腔的高度大于缝隙的高度。
3.根据权利要求2所述的空气动力漂浮装置，其特征在于:所述的真空发生装置包括抽气孔及真空泵，所述的抽气孔开设于所述定盘上并与所述内腔相连通，所述真空泵的抽气端连接上述抽气孔。
4.根据权利要求2所述的空气动力漂浮装置，其特征在于:所述的真空发生装置为若干个开设于所述转盘的外周面上并朝向转盘中心的孔道，该孔道的末端向下延伸与所述内腔相连通。
5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的空气动力漂浮装置，其特征在于:一圆环件套设于所述定盘的外周面上，并与所述的定盘相拆卸连接，该圆环件的上端与转盘之间形成所述的缝隙。
6.根据权利要求5所述的空气动力漂浮装置，其特征在于:所述圆环件的上部向内凸设有若干个连接部，且每个连接部均具有一安装孔，相对应的，所述定盘上开有一螺纹孔，一螺杆穿设于上述安装孔并与所述螺纹孔相螺纹连接。
7.根据权利要求5所述的空气动力漂浮装置，其特征在于:所述定盘的外周面与所述圆环件的内周面之间还设置有至少一道密封圈。
8.根据权利要求1至4任一权利要求所述的空气动力漂浮装置，其特征在于:一圆环件套设于所述定盘的外周面上，并与所述的定盘相拆卸连接，所述圆环件的上端面近边缘处开有一周向的凹槽，该凹槽底部设置有至少一个与外界大气相连通的通道，一环状件能上下移动的插设于上述凹槽内，该环状件的上端与转盘之间形成所述的缝隙。
9.根据权利要求1至4任一权利要求所述的空气动力漂浮装置，其特征在于:所述定盘的上端面近边缘处开有一周向的凹槽，该凹槽底部设置有至少一个与外界大气相连通的通道，一环状件能上下移动的插设于上述凹槽内，该环状件的上端与转盘之间形成所述的缝隙。
10.根据权利要求1~4任一权利要求所述的空气动力漂浮装置，其特征在于:所述定盘上开有供上述转轴穿过的通孔，所述通孔与所述转轴之间设置有轴承及气密件。
【文档编号】B64C17/00GK104015719SQ201410253050
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月9日 优先权日:2014年6月9日
【发明者】潘晓江 申请人:潘晓江