专利名称:气动装置的制作方法
本发明是关于象风筝、悬浮式滑翔机和展示装置所用的气动装置。
按照本发明，可以提供一种带有转动体的气动装置，该转动体与限制构件相连，而限制构件确定出转动体的转动轴。转动体由薄壁构成，薄壁延展于转动轴上两个彼此隔开的位置之间，并离开上述两个位置之间的转动轴，转动体的转动轴通过或靠近它的重心。
当空气和转动体之间具有相对运动时，转动体产生转动，这就改变了转动体范围内的气流状态，从而转动体就经受到气动升力。该气动升力伴随着一个相对来说较小的阻力。
下面将以举例的方式，参照附图来进一步介绍本发明，从图1到图6的每一个透视图各表示一种气动装置。
在这些附图中，图1表示一个带有一转动体2和一由弹性材料制成的拉线或手动控制线4的风筝。转动体由两个完全相同的圆柱形上升构件6组成，上升构件6牢固地固定在横杆8上，两个圆柱体的轴线相互平行。每个上升构件的相对的两端是敞开的，并具有连续的圆柱形薄壁，此薄壁确定出两端之间的通道。上升构件的轴向长度(与其各自的轴相平行来测量)大约等于它们的直径。上升构件可以用胶液7固定在横杆8上。
另外还有一个办法，当上升构件用弹性变形材料制成时，可以不用胶液7，而用能牢牢固定的弹性垫圈来代替。这种垫圈能沿着杆8滑动到转动体可以包装成平板形状的位置(该位置可在杆上或在杆外)。
轴承构件10把控制线4连接到杆8上，连接的位置在上升构件6之间与转动体的重心相对应，这样，上升构件和杆就能相对于轴承构件和控制线转动。杆8沿相反方向穿过每个上升构件的中间平面，因而它通过每个上升构件的重心。
轴承构件呈“T”字形。“T”形构件的横向元件是一根管子，它可转动地接纳杆8。“T”形构件立杆的自由端和控制线4连接。
上升构件的薄壁可以用硬塑料板材制成。较薄的材料如塑料薄膜都可以使用，可把它们支撑在象用刚性金属丝那样的材料制成的支架或框架上。薄壁上可以用反光的金属抛光材料覆盖，从而尤其在阳光下可以产生光亮的外观。具有一层反光银色表面的聚酯薄膜就是一种合适的材料。除塑料外，包括编织物和纸制品在内的各种材料均可使用。
当风筝在飞翔时，风使转动体和它的杆8作相对于轴承构件10和控制线4的转动。转动着的上升构件产生一个升力，并伴随着一个相对较小的阻力。如果使用者使劲拉动线绳，上升构件则随着每次的拉动而向上波动，而且转得更快些。随着风速的增大，转动体弯曲成扁平的V形，从而减少了转动体的风阻。
图2中所示的风筝与图1所示的相类似，它也具有两个完全相同、并以同样方式排列的圆柱形上升构件6，它们固定在杆8上。杆8通过每个上升构件的中间平面。然而，在本实施例中，有两根手动控制线4，从而可以进行机动飞行。这两根手动控制线用位于杆子两个相对端上的、完全相同的T型轴承构件10连接到杆子上，因而它们连在上升构件的两个对边上。一块圆形稳定板16固定在上升构件之间的杆8上，并随着它们一起转动。稳定圆板16的平面与杆子相垂直，其直径略大于圆柱形上升构件的直径。
在图3所表示的风筝中，其转动体由一单个的上升构件18构成，上升构件18用如泡沫聚酯之类的柔性材料制成，其轴向通道的截面保持不变。上升构件具有4个突瓣。两个完全相同的大叶型突瓣20以相反的方向朝外伸出，一般情况下，它们与上升构件的转动轴相平行;而两个较小的叶型突瓣22也相互一样，它们也以相反的方向朝外伸出，一般情况下与转动轴相垂直。叶型突瓣22端部之间的距离稍稍超过上升构件内通道的长度。
在较小叶型突瓣22各自的端部之间有一根弹性控制线24。
两根手控线或拉线26与上升构件相连接。一根与一侧较大叶型突瓣20的最外部相连，而另一根与另一侧较大叶型突瓣的最外部相连。每根线26的端部都穿过上升构件的薄壁，在结头28处终止。在结头28和上升构件薄壁的内表面之间放有一个小珠子30。每根控制线26同时还穿过位于上升构件外部的珠子32以及底衬或垫圈34，保留在结头36和上升构件外表面之间，垫圈就顶住了上升构件的外表面。
这种排列是允许上升构件作相对于手控线自由转动的一种简单的方法。还可以采用其它许多简单的排列，例如，一根线正好从上升构件的一端穿到另一端，由于采用单一的连续线形成了手控线，又由于穿过上升构件的那部分线与手控线相互连接，所以就可以在手控线上打结，或者一直伸展出去。或者还可以采用如图1和图2所示的那种轴承排列。
当图3中的上升构件绕线26转动时，它就以图1和图2中上升构件的方式产生上升力。但是，不同于图1和图2所示的上升构件的是，图3所示的上升构件在不同风力的情况下能改变其形状。在风小的情况下，图3所示的构型能使上升构件产生最大的升力。而风增大时，上升构件则向宽度伸展，也就是向着与通道轴和转动轴相垂直的方向伸展，从而展开弹性线24。由于弹性线的展开，就伴随着上升构件薄壁的暂时性弹性变形。伸展开了的上升构件在大风情况下飞翔得很好，仅产生很小的阻力。当风力变小时，由于伸展了的弹性线24产生偏压，上升构件就恢复到其原来的形状，并产生加大的升力。
图3中的可伸展上升构件采用一根弹性线来向未展开的构型施加偏压。但在另一个实施例中，可以采用一根弹簧，或者按照制造上升构件所用材料的特性，来产生必要的弹性。
如果能够满足基本的要求，即构件的两端须是敞开的，并在端部之间形成一个轴向通道，那末上升构件可采用各种不同的设计。上升构件的形状是很灵活的，可以采用正方形，可以采用椭圆截面，也可以采用不规则的形状。而且通道的轴向长度不一样也无关紧要。有一个实施例中，上升构件的壁在平行于上升构件转动轴的相反方向上变了，中间区宽，而端部区较窄。在本实施例中，通道的宽度也从中间区向端部区变小了。
由于阻力加大，而使构件变长，上升构件里轴向通道的长度不应该过多地超过宽度(垂直于转动轴和通道轴的最大尺寸)。上升构件的长度与其宽度之比的极限从某种意义上来说是根据特别的设计和应用情况而定的，但很少超过2至3，经常是不到1.5，目前选用的比率在1的范围里。在轴向长度不一样的实施例中，最大的轴向通道长度不能超过其宽度是一个总的指导方针。
如图2所示的转动稳定板在飞行中并不重要，但可以改进飞行特性。可以采用多块稳定板。在上升构件每一边上的稳定板都与上升构件的转动轴相垂直，它们可用来捕获气流，并引导气流通过上升构件，从而产生更大的升力，同时又增加其稳定性。另外，转动体轴上的稳定体翼或平板可以安装在上升构件的壁上，或者，在上升构件上固定一个稳定体环。
稳定器最好是刚性的，这样当上升件转动时，它们能在与转动轴相垂直的平面内处于向上的位置，即使它们松动了，也能充分起到人们所期望的作用。
上升构件能以多种方式连接在一起。图1和图2展示出了一种布置方法，其中，上升构件是作为一对连接在一起的、多个这样的对组可以与一根线或一根杆成间隔关系固定在一起，每一对的杆8连接这一对上升构件之间的线或杆。在图3所示的另一种上升构件的布置里，上升构件被限制在一刚性箍的第一直径上转动。该刚性箍的第一直径与其直径具有可协同动作的构型，其直径与第一直径相垂直，这样许多箍可以与上升构件连接在一起，其转动轴相互平行，从而形成了横向地伸向转动轴的线性阵。
在另一种排列里有许多根线，每根线上带有一个或多个上升构件，它们是控制杆或控制线上的分支。
在图4所示的风筝里，转动体由两个完全相同的上升构件106组成，每个上升构件用垫圈或胶液107牢牢地固定在杆108上。杆108从转动体的一端穿到另一端。杆子由玻璃纤维增强树脂制成，它是刚性的，但又是可弹性变形的。每个上升构件106由两个完全相同的圆柱形管子110和两管子之间的一块平板112组成。圆形管子的轴线与杆108相垂直，杆108穿过圆管和平板。每根管子110的两端是敞开的，并具有连续的圆柱形薄壁，从而确定出两端之间的通道。管子的轴向长度大约等于其直径和板112的宽度。
轴承构件114把限制线104连接到杆108上，连接位置位于上升构件106之间，这样，转动体(即上升构件和杆)就能作相对于轴承构件和限制线的转动。杆108沿径向通过每个上升构件的中部平面，这样它就通过每个上升构件的重心。转动体以轴承构件为平衡。
轴承构件114是十字形的。两个相对的臂可转动地接纳杆108。其它臂中的一个固定在限制线104上，最后一个臂可用来把条幅连到风筝上，或者把限制线连到另一个转动体上。
上升构件的壁最好用硬塑料板材制成，板上带有反射金属抛光层，以便尤其在阳光下产生光亮的外观。
图5所示的风筝也有一个带两个上升构件126和一根杆128的转动体，不过，与图1～图4所示的风筝相比较，该上升构件没有圆柱形或其它既定通道的部件。它的每个上升构件的横截面是正弦波形，通常为S形。玻璃纤维杆128通过每个上升构件的长度方向并穿过其中心，然后固定到每个上升构件上。这样，杆和两个上升构件绕着轴承构件122和手控线124一起转动。
图5中的上升构件可以做成各种尺寸，在一种有效的实施例中，每个上升构件大约长220毫米，上升表面134、134′离杆128的最大间隔大约为35毫米，每个上升构件的宽度大约为70毫米。
可以认为每个上升构件126都由两个方向相反的肩并着肩的上升表面134组成，每个上升表面在与上升构件转动轴相一致的两个位置之间展开，并与这两个位置之间的轴相隔开。与轴承构件122相邻的每个上升构件的上升表面其方向是相反的。
为了进行比较，图4中的每根管子110可以是两个半圆柱形的上升表面，它们直接面对着，每个上升表面在杆108穿过的端部位置之间展开。
图6表示带有一个转动体142的玩具，通过一轴承构件154和一弹性线144连到一个柔性空心棒152上。弹性线144穿过空心棒，在其下端带有一个小珠子，它堵在空心棒的下端。珠子太大穿不过去。该转动体的上升构件的形状与图5所示的不一样，其上升构件的截面有点象横向展开的“N”形。这样，每个上升构件146都有垂直于杆148的端壁158，在端壁之间有一长斜壁150。与轴承构件154(每个上升构件146上都有一个)相连的上升表面164面对同样的方向，这也不同于图5实施例。
即使当不使用该玩具时，弹性线144仍处于稍有一点张力的状态下，这样弹性线拉住堵在空心棒下端的小珠子，并使轴承构件154顶住空心棒的上端。而当摇动空心棒时，转动体则绕着轴承构件转动，并从空心棒那端升起，把线拉长，从而有助于表演。
上升构件也可以采用其它一些可能的形状。例如，上升构件采用齿形。在轴承构件每侧的上升构件没有必要都相同，但却要保证转动体绕轴承构件转动时须保持平衡。如果采用相同的上升构件就很容易地做到这一点。在其它的实施例中，可以采用两个轴承构件和两根手控线，转动体的每端各有一个。
根据本发明制造的风筝，如果仅作为娱乐用，那末用一般的方法就能飞翔。但也可用来作为一种辅助手段，帮助搜索部队寻找迷路的徒步旅行者、驾驶员或海员。这种风筝上具有反射表面，这样，转动着的上升构件能在阳光下产生闪耀光亮的效果。而且，上升构件可以做成用雷达能探测得到的。这种风筝可装在小汽车上，在非常紧急的情况下，如在沙漠中迷失了方向，可拖挂在汽车上面。它们还可以挂在遇难船只的桅干上、挂在自行车上、或者装在登山者或徒步旅行者的背包上(即用一根线或伸缩的杆子)。
本发明的另一种应用是作为诸如舞厅、花园或停车场前院的一种装饰。许多如图3所示的上升构件可以连接在一根线上，并在如杆子这样的支承构件上串起来。这样，它们可在一根杆子或绳子上穿成一串，每个上升构件可以用一个象珠子一样的间隔器隔开。或者，每个上升构件可用一根弹性线和其左邻右舍连接起来。如果弹性线和上升构件安在一起并与它们一起转动，相邻上升构件之间的不同转动速度会使这些上升构件间的弹性线转动起来并储蓄能量。这些能量最终会引起上升构件在相反的方向转动。如果弹性线安装在端部的上升构件和杆子之间，效果将会得到加强。这样一种展示线上的上升构件相互自由转动，而且可以与其左邻右舍的转动方向相反。在上升构件之间采用弹性线会产生引人注目的效果，如不断改变上升构件的转动方向，从一端开始逐渐伸展到另一端。
展示线的上升构件还可以携带广告信息。
还有一种应用是作为小孩的玩具。在一个实施例中，上升构件放在一柔性空心棒的上端，并用一弹性线固定在空心棒上。该弹性线穿到空心棒的里面，其下端带有一个小珠子。珠子较大，不能穿过空心棒，而是顶在空心棒的下端。弹性线的上端连到一个由柔性杆弯成的曲线形限制器上，并用装在限制器两端部的细丝把它固定在曲线形限制器上。上升构件可转动地固定在细丝上，它的通道轴与其相垂直。
即使当不使用该玩具时，弹性线仍处于稍有一点张力的状态下，这样弹性线拉住堵在空心棒下端的小珠子，并使限制器顶住空心棒的上端。而当摇动空心棒时，上升构件则在限制器内转动。此时上升构件和限制器离开空心棒的端部，从而把弹性线拉长。弹性线伸展开的长度，可以大约是空心棒长度的二倍。
在另一个实施例中，采用了两根空心棒。每根空心棒保持在一段下端有小珠子的弹性线上。同样，上升构件可绕细丝转动，两个弹性线连在上升构件任何一边的细丝上。
在显眼的公共场所，如大楼顶上放一根旗杆，从上面放出携带广告信息的一个或数个上升构件。聚光灯瞄准上升构件，当转动时，上升构件就反射字母闪现出广告内容。最好的安装方式是把上升构件固定到一个刚性限制器上，然后再固定到穿过空心旗杆的一根杆子上。在旗杆的底部和柔性杆端部之间安装有一个弹簧或弹性线。当上升构件转动时，上升力就使杆子上升。如果风大，柔性杆甚至能升出旗杆。但是风变小时，弹簧的弹力就把它拉回到原来的位置。
还有另一种应用是作降落伞。使用者拉住绳子把压缩气体从容器中释放出来，使一空腔充气，形成按本发明制造的上升构件的形状。当跳伞员下降时，上升构件就转动，产生了一个上升力来阻止下降。
可充气的上升构件远不止用来作为降落伞。这种上升构件还可以用在例如风筝上。为此目的，它不必用容器里的气体，而只须用咀或脚踏气泵就能充气。
可充气的上升构件，特别是大型上升构件，以充氮气为最好，这样它们可以自然地飘浮在空气中。
本发明可以用在人造飞机、滑翔机和悬浮式滑翔机上。如果用在飞机上，上升构件对称地放置在机身的两侧，依靠动力装置来转动，其转动速度由驾驶员控制。驾驶员可以用最大的速率把上升构件转动起来，以达到一定的高度。然后慢慢转动它们。或者以一相对于飞行方向所要求的角度把它们保持在静止不动的位置，以进行巡航。为了快速下降，上升构件可按与转动起来获得高度的相反方向转动。
有一种形式的悬浮式滑翔机，它有一空心杆，以相反方向穿过两个圆柱形的上升构件。在上升构件之间并从空心杆悬挂下来的是供驾驶员坐的吊架。缆绳从吊架穿过空心杆一直穿到每个上升构件的外面，这样当驾驶员拉缆绳时，圆柱形上升构件与其主轴成垂直的截面变成椭园形。当上升构件的截面是椭园形而不是园形时，上升构件产生的升力就小些。但只拉一根缆绳时，悬浮式滑翔机就变得倾斜了。当缆绳被释放时，由于制造上升构件材料的自然弹性恢复力，上升构件就恢复到其园柱形的构形。
如果根据本发明制造的飞机、滑翔机或悬浮式滑翔机开始以自由落体的形式下降，那末上升构件将以要求产生升力的方式转动。向下的运动将受到阻止，该上升构件所起的作用，正如前面已叙述过的，就象一个降落伞。
本发明还可以用于水上船只。上升构件可装在桅杆上，其转动轴处于垂直方向，以产生一个水平的升力。在一根或多根桅杆上可装多个上升构件，而其位置由索具来控制。
若干个上升构件中的一个可以安装在一根桅杆上，而桅杆固定在船头上，其转动轴一般处于水平位置。当发动机驱动船只向前进时，上升构件则转动起来，产生一个向上的升力。该升力能把船头举出水面，这就大大减少船只前进中的摩擦阻力。
用于船只和飞机的上升构件最好用高强度重量比的材料制成，例如用碳纤维和铝。
本发明应用到船只和飞机上时，要求把一个上升构件或数个构件在某一段时间里保持在一固定位置上。把上升构件或数个构件保持在静止状态的方法有各种各样。其中一种是把带有摩擦垫的柱塞连接到与转动轴相一致的杆子上，而转动的上升构件固定在杆子上。由此，本发明也能应用到风车上。
需要说明的是，除了上升构件有许多可能的设计外，对于置配了这种构件而产生升力的装置，也还有许多用途。前面所述的用途并不全面，只是列出来作为例子。同样，所用的材料也可采用刚性材料和各种纤维。限制构件可以包括U形或V形的限制器，由它把控制线连到转动体的轴承上。
权利要求
1、一种空气动力装置，其特征为转动体连接在限制构件上，该限制构件确定了转动体的转动轴，该转动体由垂直于上述轴的薄壁构成，它延展于转动轴上两个彼此隔开的位置之间，并离开上述位置之间的转动轴，转动体的转动轴通过或靠近它的重心。
2、根据权利要求
1所构成的装置，其中上升构件相对的两端是敞开的，其壁是连续的，在端部之间确定了一轴向通道。
3、根据权利要求
2所构成的装置，其中在其整个的轴向长度上，通道的垂直于其轴的截面是基本不变的。
4、根据权利要求
1所构成的装置，其中上升构件的转动轴穿过其重心。
5、根据权利要求
2所构成的装置，其中通道的轴向长度或通道的最大轴向长度基本上不超过其宽度(即上升构件的转动轴和通道轴相垂直方向上的最大尺寸)。
6、根据权利要求
2所构成的装置，其中上升构件的壁在弹性偏压下是可变形的，这样，通道的宽度在垂直于上升构件转动轴的方向上可以增大。
7、根据权利要求
1所构成的装置，其中还包括一个围绕着上升构件的箍(最好是环状的)，上升构件被固定在箍里的一根弦杆(绳)上进行转动，箍的构型做成这样，即许多个这样的箍能够连在一起，以形成一个阵列，在这个阵列中，上升构件绕着相互平行的或彼此共同的轴转动。
8、根据权利要求
1所构成的装置，其中还包括一块稳定板，它置于与上升构件转动轴垂直的平面上，并与上升构件一起转动。
9、根据权利要求
8所构成的装置，其中稳定板放置在两个上升构件之间。
10、根据权利要求
1所构成的装置，其中包括一个把两个上升构件连在一起的翼构件，转动轴沿翼构件延伸。
11、根据权利要求
1所构成的装置，其中上升构件薄壁的端部沿着转动轴互相隔开着配置，这样该薄壁可以在轴的相对侧边上确定出突瓣，并离开转动轴。
12、根据权利要求
1所构成的装置，其中薄壁是靠用防止沿杆滑动的装置固定在转动体的轴向杆上的。
专利摘要
本发明是关于象风筝、悬浮式滑翔机和展示装置所用的气动装置。 本发明提供一种带有转动体的气动装置，该转动体和限制构件相连，而限制构件确定出转动体的转动轴。转动体由薄壁构成，薄壁延展于转动轴上两个彼此隔开的位置之间，并离开上述两个位置之间的转动轴，转动体的转动轴通过或靠近它的重心。
文档编号A63H27/08GK85106994SQ85106994
公开日1986年9月24日 申请日期1985年9月19日
发明者肯尼思·萨姆 申请人:Ufo公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan