旋风直升机

摘要

本发明公开了一种旋风直升机，有二百多吨大升力的固定翼飞机，不能在空中直升和定位；而能直升和定位的旋翼直升机确没有大升力。旋风直升机(附图1)，是一种象直升机一样能在空中直升和定位，又象固定翼飞机一样升力巨大。它是以龙卷风和台风的运行机理模仿和设计。它是在一个园周封闭，上下开口的大园筒中(图1中1)，固定一个异形升力大园盘(图1中2)，园盘中央竖向安装动力驱动的旋转异形大叶轮(图1中4)。三者构成一个能封闭旋转流的装置。被驱动的旋转气流，对升力园盘一方面产生升力，一方面产生中空作用；继而流体从异形园盘和园筒之间高速旋转导向向下排出，产生强大的反作用升力；流体进入筒体和异形园盘下部，迅速膨胀产生膨胀性升力。它是一个升力巨大，能定位，高度超千米，重量超百吨的空中吊装直升机，还能低速飞行。

说明书

一、技术领域：

人们以鸟飞制造了固定翼飞机，又以固定翼飞机发展到旋转翼直升机。飞机有着惊人的巨大升力，飞行重量达二百多吨，但是它只能在高速飞行中实现，如果让它停留瞬间，升力就会即刻消失；然而直升机能停留定位，确没有大升力。如果有一种象直升机一样能停留定位，又象固定翼飞机那样升力如比巨大的飞机，人们将会向空间迈开新的步伐。

人们在生产和生活实践中，往往需要向空间运动和发展。例如，在各种各样的工业和建筑行业中，大吨位的空中配置，需要吊装，无论是从高度上还是重量上，迫切需要一种，升力巨大，能定位直升的飞机。实现高度超千米，重量超百吨的宏伟空中吊装愿望。

二、背景技术：

固定翼飞机因升力面积大，使之能有200多吨的巨大升力，在自然界中龙卷风和台风也有着巨大升力。龙卷风和台风，一方面以强大的旋转速度旋转，另一方面以缓慢的速度移动。台风是在海面上聚集了大量能量，大面积的旋转涡流，龙卷风是在上空生成，高速旋转的涡流。旋转涡流虽然有离心扩散作用，但不同于离心运动：①，旋转涡流有一定的封闭作用；②，聚集大量能量；③，运动形势能量消耗最小；④，运动形态能长时间保持。⑤运动可发生在小半径平面上。以龙卷风为例，它在空中形成后，以旋转直径小，聚集能量大，旋转速度快为特征，据报导，其中心旋转速度，可达145米/秒，中心压力可降至400毫巴，从概念上讲它制造了0.4Kg/cm²的低压，按升力计算，在空中制造了0.6Kg/cm²的升力。这个数字是惊人的，如果按照平方米计算，每平方米相当有6吨的升力。和大升力飞机600Kg/m²的升力相比，竟然相差十倍，这也难怪龙卷风的破坏力非常之大。它在很小的范围内释放出很大的能量，据上海出版社1974年出版《气象知识》一书报导56年9月24日上海发生一次龙卷风，把一个22万斤大油罐抛出15米高，甩出120米之外，现在估算，对油罐的托起升力大约在2吨/m²以上。还有报导，86年陕西省一个龙卷风把一个拖拉机轻而易举地抛起，可见涡旋产生的升力比机翼大得多。

三、发明内容：

旋风直升机，是要实现固定翼飞机那样大机翼大升力，又象旋翼飞机那样能直升、能定位。

在观察自然现象中，龙卷风和台风运动表明，它有一个旋转产生强大动能的旋涡流。在它周围像似有一个形态相似，能够封闭流体的大圆筒，这使它聚集了大量能量，这是涡流体现出涡的最大特征，它是一种运动形态，又是一种集能器。这种旋转涡流在象似的圆筒中，本身的旋转，又是能量消耗最小的形式；消耗能量小，又使之能保持时间长久。尤其象龙卷风，它能发生在较小半径的平面上；象台风在形成和发展过程中，不断有新的能量汽团，以 同向旋转的形态加入进来，起到了不断加力的马达作用。

受大自然这些现象的启迪，仿照其原理，模拟其形态，结合已经成熟的固定翼飞机和旋翼飞机，构思和设计升力巨大的旋风直升机。第一，要有一个产生大升力的大面积；第二，要有一个产生大能量的高速气流；第三，要有一个能封闭大能量高速气流，并具有可导向气流的装置。

旋风直升机，是一个周围封闭，上下敞开的大圆筒(图1中1)；在筒内固定一个异形升力大圆盘(图2中2)；在异形升力大圆盘中央，竖向安装动力驱动的异形离心大叶轮(图2中4)；异形离心大叶轮和异形升力大圆盘垂直吻合(图3)。

被驱动的异形旋转叶轮，外沿稍有弯度，高速旋转气流对只有稳定势能气体横向切割，由轴向势能压力，迅速改变为横向运动的旋转涡流动能。这个根本性转变，对异形升力圆盘比机翼上气流，产生升力作用更大，另一方面对筒体中心产生中空作用，进一步使升力加大。这些都发生在筒体和异形圆盘隔绝的上部。聚集了大量能量的的旋转气流从异形圆盘和筒体之间，由高速旋转被迫转向从排气孔向下排出，气流由原来在升力圆盘上部，向四周运动的切向力，再次强制转变，改为向下运动的作用力；流体进入筒体和异形圆盘下部，迅速膨胀把聚集了大量动能释放产生膨胀性升力。

封闭型大圆筒，异形大圆盘和异形大叶轮，是旋风直升机主要构件，它组成了一个不断由静势能气流转变为动能性的旋转流，再转变为垂直向下的动能流体系统。并具有很高的连续性和可操作性。

四、附图说明：

五、具体实施方式：

按图3中1设计一个大圆筒，筒内是产生旋风涡流的特别装置。上下口敞开，直径很大，横截面积也很大，相当本直升机的升力面积。筒体具有封闭性质和作用，隔绝筒内气流和筒外气流相互进行交换，筒体上口，只能在筒体上升时接纳它上空的气体；筒体下口，只能向下反方向排出被上升接纳的全部气体。气流只能在圆筒内，各种装置的驱动下有次序的进行运动。

按图3中2设置一个异形圆盘，为升力圆盘，安装在筒内中部的位置。形状象老式的扩音喇叭筒，中心部位成圆柱形突起。喇叭口和圆筒内壁紧密结合在一起，升力圆盘隔断筒体成为上下两部分，圆盘的相对水平面积就是升力面积，气流在圆盘上完成有序运动。

按图3中3，在升力圆盘周围和底部外角处，开设排放气流孔，并安装相应的导流板，全部气流都从这里离开升力圆盘。

按图3中4，装配异形离心叶轮。升力圆盘承装异形叶轮，形状对应一致。升力圆盘中心突起的柱体上竖向安装离心叶轮。叶轮数量因需而定，叶轮使气体迅速受到径向切割，由原来的静势能状态改变为旋转流动能状态，改变气流竖向压力，或压力更低。叶轮很大，径向半径较长，叶轮的外边沿有一定的弯曲度。

按图3中9，叶轮横向成波纹形，一方面导流，一方面可加固叶轮。

按图3中5，叶轮两端安装电动机，同型、同轴、同步各一台，两端加力，减轻轴扭动。可以加大马力。因为旋风直升机的主要用途是实现空中高位、大吨位吊装，安装电动机相对轻便，马力大，操作简单。

按图3中6，在叶轮上部，横向周边和叶轮底部，安装支撑叶轮的滑轮和滑轨。叶轮由大力矩悬空受力，改变为多点支撑。还可考虑在此电磁加力。

按图3中的8，安装稳流罩。稳流罩象一个平盖一样上凹下平的格子板罩，为减少阻力，格子板面竖向安装。主要作用是稳定和分布平衡，筒体上空气体，不受筒内旋转气流的影响和干扰。使筒体平稳上升同时，顺利接纳上空气体。

按图3中7，安装若干固定大架，使各个部件连接坚固稳定。

按图3中10，筒体下端设置脚腿架，除支撑本体外，又是气流排出的通道。

至此，构造的主要特征是：在一个封闭的大圆筒内，在一个异形的大圆盘上，安装一台异形大叶轮旋转离心机。这三大圆是制造旋风的主要构件。

如果，大筒体、大圆盘、大叶轮，在不能再大的情况下，受到限制，两个各左右旋的旋风直升机捆绑，四个各半左右旋直升机捆绑等方法，为解决更大升力另劈新径。

按图5中C两捆式，按图5中D四捆式等等。旋转各半的捆绑式，不仅成倍增加升力，而且不需要增设逆转性设备和动力。互为激力，效率还会提高。

旋风直升机运转过程描述：

如图3所示，描画和展现了旋风直升机气流运行和升力产生的全过程。当高速电动机(图3中5)驱动大型异形叶轮(图3中4)，叶轮旋转做离心运动，叶轮周围只有轴向静势能的气体，迅速转变为旋转动能流体形态，而且不断加强到最大速度，它在升力园盘面上一边扩 散，一边旋转，对升力圆盘的轴向压力减到最小。在离心运动中心，气体散逸，压力会极度减小，类似于真空作用，对升力圆盘产生负压作用。因为叶轮有弯曲度，气流运动又受到升力圆盘(图3中2)和筒体(图3中1)的限制，涡旋气流在没有进入排气孔的时间，和没有进入排气孔的涡旋气流，仍然保持着具有强大动能的旋转运动，这是涡旋流体特有的封闭性和聚集性；旋转并扩散的气流遇见排气孔时，在导流板(图3中3)的强制下急转直下，在阻力损失能量很小状态下，反作用离开升力圆盘，进入升力圆盘隔开的下部筒体内。筒体下部空间很大，气流减速迅速膨胀，这种膨胀力会作用升力圆盘，直至和直升机的重力接近平衡值殆尽。

旋风直升机，它的能量体现是大升力，而不是高速度。不仅它能大吨位高空吊装，如果改电动机驱动为机动驱动，还能低速飞行。

高速旋转的气流对升力圆盘所产生的低压；旋转气流的中心对升力圆盘产生的中空作用；旋转气流急转直下，离开升力圆盘的反作用；在下部筒体内流体减速迅速膨胀的膨胀力；这四种形式释放的能量都是作用于升力圆盘的上升能量。

如果用空间座标表示流体的流动方向(图4)：

升力圆盘上部：

升力圆盘下部：

就升力竖向y而言，升力圆盘上平面气流没有-y方向受力，只有下平面-y方向受力。

上述都是流体运动的矢量分析，不是动量计算。如果升力圆盘上，气流速度和飞机飞行速度相当，流量也相当，它所产生的每平方米升力不低于飞机平方米升力。

特别提出：飞机是用高速运动的机翼作用于静止的气流产生出相对高速的气流和升力。而旋风直升机，是高速气流运动，作用相对静止的升力圆盘产生出圆盘上的升力。

这相当于把高速运动的机翼变成了相对静止的机翼。把原本相对静止的气流变成了高速运动的气流。

另外，制造大圆面积比飞机高速飞行的固定翼面积容易的多。制造流体的线速度，高转速的电动机更容易。被驱动的大叶轮运动的可靠性、稳固性比机翼更优越、更容易、更安全。

下表列出，升力圆面积和电机转速、旋涡流最大线速度之间关系。

上表说明，用低转速和大直径，获取了高线速度和大升力圆面积，并且大升力圆面积是相对静止的，这正是我们需要的结果，这使旋风直升机制造变得容易。

有资料表明，1964年首飞的北美航空制造的“瓦尔基里神”升力面积达586m²，翼展80m以上，升力410Kg/m²，飞行重量240吨。可见升力面积对提高飞行重量非常重要。这一点恰恰是旋风直升机最容易做到、最优越和最牢靠的。半径为14米的圆，其面积也是586m²。而它是相对固定的，不需要庞大的机翼在空中高速运行。旋风直升机的异形叶轮虽在大直径上旋转，但是，它可以有稳固的滑轮和滑轨支撑，还有可能提供电轨动力，和直升机相比，比直升机叶浆运转安全、稳固可靠、容易。

超高度，超大吨位的旋风直升机能够突破目前全世界只能空吊20多吨的水平。如果改电动为机动，它还能大重量低空飞行，开辟其它新的领域。