流体动力系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种涉及能源与动力领域的流体动力系统，包括流体动力机构和流体推进机构，所述流体动力机构以机械传动方式对所述流体推进机构输出动力。本发明的所述流体动力系统，结构简单成本低，可利用在大地坐标系下流动的空气（风）或流动的水流的动力，形成推进力。可用于无人机、平流层通讯，可取代帆船，可利用水流航行。
【专利说明】流体动力系统
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及能源与动力领域，特别是一种流体动力系统。
【背景技术】
[0003]自然界中，在大地坐标系下处于流动中的流体(例如:风，海洋、湖泊、江河中的水流、水浪等)流过流体动力机构时会产生阻力和动力，例如，升力型风轮的阻力和升力，此阻力是与流体流动的方向相同的力，对于水平轴风轮来说叫轴向推力，此动力和升力是驱使流体动力机构发生旋转的力。如果能够将此旋转力对流体推进机构做功，使流体推进机构产生一定的推进力，这样就可以制造出一种利用大地坐标系下流动的流体进行推进的空中航行器、水上航行器或水下航行器。
【发明内容】
[0004]经查，有多种技术方案在飞行的飞机上安上风车或在运动的汽车上安上风车，利用飞机飞行或汽车行驶所产生的与空气的相对运动推动这些风车发电，再利用这些风车所发的电驱动汽车、飞机的螺旋桨或其它推进装置，这些技术方案的要点是利用飞机或车运动时所产生的空气的相对运动，他们没有考虑到这种方式会使飞机或车辆行进阻力增加反而消耗更多能量，所以这个技术方案是不可行的，这些技术方案不仅不可行而其实质是一种永动机，因此违反科学原理。
[0005]下面举例说明这些技术方案为什么是永动机: 在飞机上安装风车和推进器，当飞机航行时与大气产生相对运动，将相对运动的大气作为“风”作用于风车产生动力，将此动力对推进器做功，使推进器产生的推力大于风车所产生的阻力，那么飞机就可以不需要任何燃料在大气层中快速飞行，而且越飞越快，这显然是不可能的，也显然是永动机的一种。因为在这种条件下，所谓的风是由飞机航行所产生的，而不是大自然产生的，换句话说，所谓的“风”在大地坐标系下是不存在定向流动的，所以由风车和推进器构成的机构是无法从在大地坐标系下风速为零的“风”中获取能量，形成在大地坐标系下的整体运动。
[0006]本发明所公开的流体动力系统旨在利用在大地坐标系下自然风的能量或利用在大地坐标系下自然流动的水的动力(例如,江河、湖泊、海洋中流动的水的动力)，而不是利用由其它动力源推动的航行运动所形成的相对运动的流体的动力。
[0007]为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出的技术方案如下:
方案1.一种流体动力系统，包括流体动力机构和流体推进机构，所述流体动力机构以机械传动方式对所述流体推进机构输出动力。
[0008]方案2.在方案I的基础上，所述流体动力机构经变速机构对所述流体推进机构输出动力。[0009]方案3.在方案I的基础上，所述流体动力机构经增速机构对所述流体推进机构输出动力；或所述流体动力机构经减速机构对所述流体推进机构输出动力。
[0010]方案4.在方案I的基础上，所述流体动力机构和所述流体推进机构一体化设置。
[0011]方案5.在方案4的基础上，所述流体动力机构和所述流体推进机构共轴前后一体化设置。
[0012]方案6.在方案I的基础上，所述流体动力机构和所述流体推进机构按径向排列。
[0013]方案7.在方案I的基础上，所述流体动力机构和所述流体推进机构径向一体化设置。
[0014]方案8.在方案I的基础上，所述流体动力机构设为单叶车，所述流体推进机构设为单叶螺旋桨，所述单叶车和所述单叶螺旋桨设置在同一旋转体上。
[0015]方案9.在方案I的基础上，所述流体动力机构设为双叶车，所述流体推进机构设为双叶螺旋桨，所述双叶车和所述双叶螺旋桨设置在同一旋转体上。
[0016]方案10.在上述所有方案的基础上，所述流体动力机构所产生的阻力和所述流体推进机构所产生的推进力方向相反。
[0017]方案11.在上述所有方案的基础上，所述流体动力机构设置在流体流动的下游，所述流体推进机构设置在流体流动的上游；或所述流体动力机构设置在流体流动的上游，所述流体推进机构设置在流体流动的下游。
[0018]方案12.在方案求I至方案11中任一方案的基础上，所述流体动力机构设为风动机构。
[0019]方案13.在方案求I至方案12中任一方案的基础上，所述流体推进机构设为动风机构。
[0020]方案14.在方案求I至方案12中任一方案的基础上，所述流体推进机构设为水力螺旋桨。
[0021]方案15.在方案求I至方案11中任一方案或方案13或方案14的基础上，所述流体动力机构设为水轮机。
[0022]本发明的原理是:所述流体动力机构在大地坐标系下处于运动中的流体的作用下产生阻力和旋转动力，此旋转动力推动所述流体推进机构旋转产生推进力，从而使设置有本发明的所述流体动力系统的航行器发生位移。
[0023]对于自身整体密度大于流体密度的航行器要想借助于流体流动的动力产生航行或悬停，必须有与流体流动方向相反的力存在，否则航行器就会被流体流动产生的力加速到与流体流动速度接近且按照流体流动的方向航行，从而使流体与航行器之间的相对运动消失，最终使航行器失去航行和悬停功能，在流动的流体中下沉或坠落。这就好比风筝必须有风筝线存在，把风筝线与大地固定时，风筝可以获得升力悬停在空中，风筝线在人或其它机构的作用下顶风移动时，风筝也可以获得升力，如果风筝线向风的方向移动的速度慢于风的速度，风筝仍然可以获得升力，当风筝线按风的方向移动的速度与风速相同时相当于风筝线断掉失去与流体流动方向相反的力，则风筝坠落。对于自身整体密度等于流体密度的航行器要想借助于流体流动的动力产生航行或悬停，必须有与流体流动方向相反的力存在，否则航行器就会被流体流动产生的力加速到与流体流动速度接近且按照流体流动的方向航行，从而使流体与航行器之间的相对运动消失，最终使航行器失去航行和悬停功能，在流动的流体中漂流。
[0024]利用所述流体动力机构从流体中获得能量推动所述流体推进机构产生推力，是可以使设置有本发明的所述流体动力系统的航行器在流动的流体中悬停、顺流航行、逆流航行或按其他任何方向航行，但其能量的来源即所述流体动力机构的动力来源一定是在大地坐标系下流体流动的能量，换句话说，流体必须在大地坐标系下处于流动状态，才能使设置有本发明的所述流体动力系统的航行器在流体中悬停、顺流航行、逆流航行或按其他任何方向航行。
[0025]本发明人对所述流体动力机构设为水平轴升力型风车，所述流体推进机构设为螺旋桨的所述流体动力系统在大气中工作时的情况进行力学分析如下:
设P为所述流体动力机构的功率，Cp为功率系数，P为空气密度，A为所述流体动力机构掠过面积，V为大地坐标系下的风速，T为所述流体动力机构的推力，Ct为推力系数，Pp为螺旋桨功率，Tp为螺旋桨的推进力，Vp为所述流体动力系统在大地坐标系下的航行速度，η为螺旋桨效率，
则:P=CP(l/2) PA (V-Vp)3, T=Ct (1/2) P A (V-Vp)2 (上述两公式记载在 2012 年 7 月由科学出版社出版的《小型风力发电机设计与制作》的第13页至第19页)，Pp=Tp (V-Vp),由于水平轴升力型风车对螺旋桨输出动力，所以P η= Pp=Tp (V-Vp)，再由于所述流体动力系统做匀速航行时，其外力之和等于零，所以T=Tp,即Ct (1/2) PA (V-Vp) 2=Pn/ (V-Vp) =Cp (1/2) PA (V-Vp)3 n/ (V-Vp),整理后得:
Cp/CT= (V-Vp) / ((V-Vp) n )，即 CP/CT=1/ n，也就是只要 cT/cP ( n，所述流体动力系统就可以实现在流体中悬停、顺流航行、逆流航行或按其他任何方向航行。
[0026]本发明中，所谓的“流体动力机构”是指在流动的流体的作用下产生动力的机构，例如风动机构、水轮机等。
[0027]本发明中，所述单叶车、单叶螺旋桨、双叶车和双叶螺旋桨可以在气体中或液体中工作，例如所述单叶车可以是水轮机或者是风车。
[0028]本发明中，所述水轮机是在水力作用下能够旋转输出旋转动力的机构。
[0029]本发明中，所谓的“流体”可以是水或大气。
[0030]本发明中，所谓的“风动机构”是指在风力(在大地坐标系下的自然风)的作用下产生动力的机构，例如升力型和阻力型叶轮式风力机(风力机即风车或风轮)、荷兰式风力机、多翼式风力机、帆翼式风力机、涡轮式风力机、多风轮式风力机、萨布纽斯式风力机(S型风力机)、达里厄型风力机、旋转涡轮式风力机、弗来纳式风力机和费特.肖奈达式风力机等。[0031 ] 本发明中，所谓的“流体推进机构”是指在动力作用下在流体中旋转或摆动与流体发生相互作用获得推进力的机构，例如螺旋桨、风扇、涵道风扇、桨扇、涵道螺旋桨、水下涵道螺旋桨或水下螺旋桨。
[0032]本发明中，所谓的“动风机构”是指接受动力后能够产生推进力的机构，例如螺旋桨、桨扇、旋翼和风扇等。
[0033]本发明中，所谓的“推进力”是指由所述流体推进机构在流体中与流体相互作用产生的推进力，其实质是根据动量守恒定律由流体流动所形成的与流体流动方向相反的作用力，或由于所述流体推进机构旋转造成的压力差所形成的作用力，不包括车轮、履带等通过固体间摩擦力形成的对车辆的推力。[0034]本发明中，所谓的“阻力”是指流体流过所述流体动力机构时形成的与流体流动方向相同的作用于所述流体动力机构的力，在有些情况下也称为轴向推力。
[0035]本发明中，所谓的“一体化设置”是指所述流体动力机构与所述流体推进机构可以按径向排列，也可以按旋转圆周方向排列，还可以按照流体流动方向排列。
[0036]本发明中，所谓“所述流体动力机构和所述流体推进机构共轴前后一体化设置”中的“一体化”是指一次性加工或铸造而成，其中的“前后”是指所述流体动力机构设置在所述流体推进机构之前，或所述流体推进机构设置在所述流体动力机构之前。
[0037]本发明中，所谓的“旋转体”可以是旋转轴或旋转轴套等结构。
[0038]本发明中，所谓的“机械传动方式”是指直接固连方式或经皮带、链条、齿轮等机械传动方式。
[0039]本发明中，所谓的“变速机构”是指动力输入端和输出端转速不同的机构，例如:固定传动比的增速机构和减速机构以及传动比可调的增速机构和减速机构等。
[0040]本发明中，所述流体动力机构和所述流体推进机构可以同流向设置，也可以不同流向设置，即两者旋转轴心线可以设置成任意角度。
[0041 ] 本发明中，所述流体动力机构和所述流体推进机构的旋转方向可以相同，也可以不同。
[0042]本发明中，可以通过加大所述流体动力机构的尺寸，例如增加风车叶片的长度等手段从在大地坐标系下流动的流体中更有效地获取动力。
[0043]本发明的所述流体动力系统可作为飞行器、水上航行器(例如船舶)或水下航行器(例如潜水艇)的动力装置或辅助动力装置。
[0044]本发明中，所述流体动力系统装载在航行器上可以使航行器航行，具体的，所述流体动力系统可以使飞行器飞行，可以使船舶等水上航行器、潜水艇等水下航行器航行，当所述流体动力机构设为风动机构时，所述飞行器的飞行方向可以按照与大地坐标系下风力方向成任何角度飞行，当所述流体动力机构设为水轮机等利用水流输出动力的机构时，所述船舶等水上航行器、潜水艇等水下航行器的航行方向可以按照与大地坐标系下水流方向成任何角度行驶。
[0045]本发明中，在所述流体动力机构设为风动机构、所述流体推进机构设为动风机构的结构中，所述流体动力系统可设置在飞行器上，所述飞行器可以在大气层中的平流层飞行也可以在大气层中的对流层飞行；所述飞行器可以按水平方向飞，也可以按竖直方向飞行。
[0046]本发明中，在所述流体动力机构设为水轮机、所述流体推进机构设为水力螺旋桨的结构中，所述流体动力系统可设置在船舶或潜水艇上，所述船舶或所述潜水艇上的所述水轮机可以借助大地坐标系下水流的作用产生动力，也可以借助大地坐标系下水浪的作用产生动力。
[0047]本发明中，在所述流体动力机构设为风动机构、所述流体推进机构设为水力螺旋桨的结构中，所述流体动力系统可设置在船舶或潜水艇上，所述船舶或所述潜水艇上的所述流体动力系统可以借助大地坐标系下风的作用产生动力推进所述船舶或所述潜水艇航行。
[0048]装载本发明的所述流体动力系统的航行器只能在存在大地坐标系下的风、水流或水浪的情况下使用。
[0049]本发明中，一个所述航行器上可以设置两个以上所述流体动力机构。
[0050]本发明中，一个所述航行器上也可以设置两个以上所述流体推进机构，所述流体动力机构和所述流体推进机构的数量可以相同也可以不同。
[0051]本发明中，在所述航行器上可以设发电系统，此发电系统可以是太阳能发动系统，也可以是以所述流体动力机构为动力源的发电系统。
[0052]本发明中，当所述航行器设为飞行器时，可以在所述航行器上设机翼。
[0053]本发明中，当所述航行器设为飞行器时，可以在所述航行器上设导流板，所述导流板控制所述航行器的方向、高度，所述导流板受控制系统控制，所述控制系统可以是电控系统，也可以是液力控制系统。
[0054]本发明中，在所述航行器上可以设无线电遥控系统。
[0055]本发明中，应根据能源与动力领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统。
[0056]本发明的有益效果如下:
本发明的所述流体动力系统，结构简单成本低，可利用在大地坐标系下流动的空气(风)或流动的水流的动力，形成推进力。可用于无人机、平流层通讯，可取代帆船，可利用水流航行。
【专利附图】
【附图说明】
[0057]图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例2的结构示意图；
图3是本发明实施例2的所述流体动力机构在航行器上设置的结构示意图；
图4是本发明实施例3的结构示意图；
图5是本发明实施例3的所述流体动力机构在航行器上设置的结构示意图；
图6是本发明实施例4的结构示意图；
图7是本发明实施例5的结构示意图；
图8是本发明实施例6的结构示意图；
图9是本发明实施例7的结构示意图；
图10是本发明实施例8的结构示意图；
图11是本发明实施例9的结构示意图；
图中:
I流体动力机构、10风动机构、11水轮机、12单叶车、13双叶车、2流体推进机构、20动风机构、21水力螺旋桨、22单叶螺旋桨、23双叶螺旋桨、3变速机构、4飞行器、5船舶、6潜水艇、7旋转体。
【具体实施方式】
[0058]实施例1
如图1所示的流体动力系统，包括流体动力机构I和流体推进机构2,所述流体动力机构I以机械传动方式对所述流体推进机构2输出动力。[0059]实施例2
如图2所示的流体动力系统,其在实施例1的的基础上，将所述流体动力机构I设为风动机构10 ;将所述流体推进机构2设为动风机构20，所述风动机构10对所述动风机构20输出动力。
[0060]本实施例中，所述流体动力机构I和所述流体推进机构2共轴前后一体化设置，所述流体动力机构I设置在所述流体推进机构2之前。作为可以变换的实施方式，可以改为将所述流体推进机构2设置在所述流体动力机构I之前，也可以取消所述流体动力机构I和所述流体推进机构2的一体化设置，而是分别设置并通过传动机构输送动力。
[0061]本实施例中，所述风动机构10和所述动风机构20同流向设置，且旋转方向相同，所述风动机构10所产生的阻力和所述动风机构20所产生的推进力方向相反。
[0062]附图3给出了本实施例中的所述流体动力系统在飞行器4上的一种设置形式，所述流体动力系统可以只作为所述飞行器4的一种辅助动力机构，当然也可以作为其主动力机构。
[0063]设置了本实施例的所述流体动力系统的所述飞行器4，可以在大气层中的平流层飞行，也可以在大气层中的对流层飞行；可以按水平方向飞，也可以按竖直方向飞行；所述飞行器4的飞行方向可以按照与大地坐标系下风力方向成任何角度飞行，可以顺风飞行，也可以逆风飞行。
[0064]实施例3
如图4所示的流体动力系统,其在实施例2的基础上,使所述风动机构10经变速机构3对所述动风机构20输出动力，本实施例中，所述变速机构3设为增速机构，所述风动机构10在较低转速的情况下，经过所述增速机构的增速作用使所述动风机构20高速运转。
[0065]作为可以变换的实施方式，所述变速机构3还可以改设为减速机构。
[0066]附图5给出了本实施例中的所述流体动力系统在飞行器4上的一种设置形式，即在一个飞行器4上装载两个本实施例的流体动力系统，该两个流体动力系统在飞行器4的两侧对称设置。该两个所述流体动力系统的旋转方向可以相同，也可以不同。该流体动力系统可作为所述飞行器4的动力系统，也可以只作为所述飞行器4的辅助动力系统。
[0067]实施例4
如图6所示的流体动力系统，其与实施例2的区别在于:所述风动机构10和所述流体推进机构2 —体化设置，具体的，所述流体推进机构2设为动风机构20，所述风动机构10和所述动风机构20径向一体化设置。
[0068]选择性地，所述风动机构10和所述动风机构20还可以按旋转圆周方向排列或按照气流流体方向排列。
[0069]实施例5
如图7所示的流体动力系统，其与实施例2的区别在于:所述风动机构10和所述动风机构20按径向排列。
[0070]所述流体推进机构2设为其他形式时，也可以参照本实施例所述流体动力机构I和所述流体推进机构2按径向排列。
[0071]实施例6
一种流体动力系统，其在实施例1的基础上，如图8所示，将所述流体动力机构I设为单叶车12，所述流体推进机构2设为单叶螺旋桨22，所述单叶车12和所述单叶螺旋桨22设置在同一旋转体7上。
[0072]实施例7
一种流体动力系统，其在实施例1的基础上，如图9所示，将所述流体动力机构I设为双叶车13，所述流体推进机构2设为双叶螺旋桨23，所述双叶车13和所述双叶螺旋桨23设置在同一旋转体7上。
[0073]实施例8
如图10所示的流体动力系统,其在实施例1的基础上,将所述流体动力机构I设为风动机构10，将所述流体推进机构2设为水力螺旋桨21。
[0074]本实施例中的所述流体动力系统装载在了船舶5，作为所述船舶5的主动力或辅助动力机构，所述船舶5的航行方向可以按照与大地坐标系下水流方向成任何角度行驶。本实例中的所述流体动力系统还可以装载在潜艇上。
[0075]具体实施时，可选择性的使所述流体动力机构I还可以经变速机构3对所述船舶5上的水力螺旋桨21输出动力。
[0076]实施例9
如图11所示的流体动力系统，其在实施例1的基础上，将所述流体推进机构2设为水力螺旋桨21，将所述流体动力机构I设为水轮机11。
[0077]本实施例中的所述流体动力系统装载在了潜水艇6上，作为所述潜水艇6的主动力机构，可以使所述潜水艇6以顺流或逆流行驶；所述水轮机11可以借助水流的作用产生动力，也可以借助水浪的作用产生动力。
[0078]具体实施时，本实施例中的所述流体动力系统还可改为设置在船舶上。
[0079]具体实施时，还可选择性的使所述水轮机11还可以经变速机构3对所述潜水艇6上的水力螺旋桨21输出动力。
[0080]本发明的所有实施方式在具体实施时，可以选择性的将所述流体动力机构I设置在流体流动的下游，所述流体推进机构2设置在流体流动的上游；或将所述流体动力机构I设置在流体流动的上游，所述流体推进机构2设置在流体流动的下游。
[0081]本发明的所有设有所述风动机构10的实施方式中，都可以选择性的将所述风动机构10设为单叶升力型风车或设为双叶升力型风车。
[0082]本发明的所有设有所述风动机构10的实施方式中，都可以选择性的将所述风动机构10设为叶轮式风力机、荷兰式风力机、多翼式风力机、帆翼式风力机、涡轮式风力机、多风轮式风力机、萨布纽斯式风力机(S型风力机)、达里厄型风力机、旋转涡轮式风力机、弗来纳式风力机和费特.肖奈达式风力机等。
[0083]本发明的所有设有所述动风机构20的实施方式中，都可以选择性的将所述动风机构20设为风扇或桨扇等。
[0084]本发明的所有将所述流体动力机构I设为风动机构10同时将所述流体推进机构2设为动风机构20的结构中，都可以参照实施例2、实施例4或实施例5将所述风动机构10和所述流体推进机构2共轴前后一体化设置、径向一体化设置或径向排列分别设置。
[0085]本发明的所有实施方式中，都可以选择性的参照实施例3设置所述变速机构3，并可根据需要将所述变速机构3设为增速机构或减速机构。[0086]显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种流体动力系统，其特征在于:包括流体动力机构(I)和流体推进机构(2)，所述流体动力机构(I)以机械传动方式对所述流体推进机构(2 )输出动力。
2.如权利要求1所述流体动力系统，其特征在于:所述流体动力机构(I)经变速机构(3)对所述流体推进机构(2)输出动力。
3.如权利要求1所述流体动力系统，其特征在于:所述流体动力机构(I)经增速机构对所述流体推进机构(2)输出动力；或所述流体动力机构(I)经减速机构对所述流体推进机构(2)输出动力。
4.如权利要求1所述流体动力系统，其特征在于:所述流体动力机构(I)和所述流体推进机构(2)—体化设置。
5.如权利要求4所述流体动力系统，其特征在于:所述流体动力机构(I)和所述流体推进机构(2)共轴前后一体化设置。
6.如权利要求1所述流体动力系统，其特征在于:所述流体动力机构(I)和所述流体推进机构(2)按径向排列。
7.如权利要求1所述流体动力系统，其特征在于:所述流体动力机构(I)和所述流体推进机构(2)径向一体化设置。
8.如权利要求1所述流体动力系统，其特征在于:所述流体动力机构(I)设为单叶车(12)，所述流体推进机构(2)设为单叶螺旋桨(22)，所述单叶车(12)和所述单叶螺旋桨(22)设置在同一旋转体(7)上。
9.如权利要求1所述流体动力系统，其特征在于:所述流体动力机构(I)设为双叶车(13)，所述流体推进机构(2)设为双叶螺旋桨(23)，所述双叶车(13)和所述双叶螺旋桨(23)设置在同一旋转体(7)上。
10.如权利要求1所述流体动力系统，其特征在于:所述流体动力机构(I)所产生的阻力和所述流体推进机构(2)所产生的推进力方向相反。
【文档编号】F03D9/00GK103437936SQ201310323782
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年7月30日 优先权日:2012年7月30日
【发明者】靳北彪 申请人:摩尔动力(北京)技术股份有限公司