专利名称：陀轮船的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型的交通运输工具，更具体地说本发明涉及一种具有水面、水 下、沙漠、沼泽、陆地及空中的多种环境中行驶的交通运输工具。也可根据其设计原理，开发 出探测探险、玩具模型、健身娱乐及航天领域的实用工具。
背景技术：
目前人类现有的交通工具主要有陆地上的车辆、水面上的船只、水下的潜艇、空 中的飞机等都是利用局部的转动(如轮、螺旋桨、涡轮等)作用于物体(如地面、水、空气 等)，利用物体的反作用力，获得整体的平动运动(如车厢、船体、机舱等)。缺点主要有以 下二占.
I -- ^ \\\ ·1.安全性差在受外力影响下易发生整体平动加转动的复合运动现象(如翻车、 翻船、飞机坠毁等)。2.在平动运动时受外环境的滑动摩擦阻力较大。3.不能适合在多种地理环境中行驶。
发明内容
本发明的目的是克服现有交通工具的不足，提供一种能适合在多种地理环境中行 驶，在平面运动时受外环境的阻力较小，且安全性高的交通运输工具。本发明的目的是这样实现的根据中心轴2的方向不同，本发明分为立式和碟式两种形式，虽然两种形式的外 观差异较大，但设计原理和各部件的名称都基本相同，因避免大量复述，下面以立式陀轮船 为例在外壳体8内装有机车1，通过机车固定杆11、内舱体10和中心轴2相连接。外 壳体8通过轴承3和中心轴2相连。机车1可以环绕外壳体8的内壁作相对的圆周运动。 在地面参照系中，在机车1的重力做功使外壳体8失衡转动，当外壳体8的外壁与接触物体 的摩擦系数足够大时，带动其它部件做平面运动。利用蹼9的打开和关闭，既可增加外壳体 8外壁与接触物体的摩擦系数，还可增加外壳体8的惯性离心力不平衡的作用。使陀轮船的 平动速度等于外壳体8周长的展开，外壳体8的运动为整体平动加转动的复合运动，而其它 部件只做平向运动。利用现有飞机上的翼6、升降舵7和方向舵5的技术，来实现滑翔、左右 平衡、升降及方向控制操作。利用现有的摄像头12和显示器13的技术来实现外壳体8内 外的信息交流。利用起落架15来保证静止和起落状态时陀轮船的稳定。
图1是本发明的立式陀轮船的外形主视图。图2是本发明的立式陀轮船的外形仰视图。图3是本发明的立式陀轮船的外形侧视图
图4是本发明的立式陀轮船的剖视图。图5是本发明的立式陀轮船的装配视图。图6是本发明的碟式陀轮船的外形主视图。图7是本发明的碟式陀轮船的外形仰视图。图8是本发明的碟式陀轮船的外形侧视图。图9是本发明的碟式陀轮船的剖视图。图10是本发明的碟式陀轮船的装配视图。图11是本发明的飞轮8转动情况示意图。图12是本发明的水面空心飞轮8转动情况示意图。具体设计方法下面结合实施例和附图对本发明进行详细的描述在附图中，机车1通过舱门14进入或直接安装于外壳体8内，然后接通电源、供 氧、供水和排废设备，利用机车固定杆11把机车1固定在内舱体10上，开启摄像头12和显 示器13、关闭舱门14后，开动机车1向前运动。在地面参照系中，机车1在外壳体8的内壁 是向前的爬坡运动，在机车1的重力作用下，外壳体8通过轴承3绕中心轴2转动，转动的 方向与机车1的方向相反。当外壳体8带动外壁上的蹼9转动，利用接触物体的反作用力 使外壳体8发生平面滚动运动，并带动陀轮船的其他部分做平动运动。利用现有飞机上的 翼6、升降舵7和方向舵5的技术，来实现滑翔、左右平衡、升降及方向的控制操作。利用现 有的摄像头12和显示器13的技术来实现外壳体8内外的信息交流。利用起落架15来保 证静止和起落状态时陀轮船的稳定。在地面参考系中，以轴承3为分界点，陀轮船可分为转动系和非转动系两部分，转 动系主要由外壳体8、蹼9组成；非转动系主要由机车1、中心轴2、排废口 4、方向舵5、翼6、 升降舵7、内舱体10、机车固定杆11、摄像头12、显示器13起落架15组成。所述的机车1可以是各种车辆、动力机械、人、畜等。所述的内舱体10是可用的内部空间，可按需分割为多个不同用处的舱体，如一号 舱16、二号舱17。所述的二号舱17也可用于具有潜水艇的载水舱的作用，以增加陀轮船自 重潜入水下。所述的蹼9是平均分布在外壳体8外壁上可以打开和闭合的装置，随外壳体8绕 中心轴2转动，在接近机车1时为打开状态，在远离机车1时为闭合状态。其作用有以下三占.1.增加外壳体8外壁与接触物体的摩擦系数，防止外壳体8出现打滑现象的作用。由于陀轮船要适合在多种地理环境中行驶，除陆地、沙漠之外，外壳体8外壁与其 他接触物体(水、沼泥及空气)的摩擦系数都不够大，会出现打滑现象，所以要在外壳体的 外壁上设有蹼9，蹼9的设计面积，主要取决于接触物体的密度，接触物体的密度越小蹼9的 面积就应越大。2.使外壳体8的外壁产生摩擦系数差，使其平动速度等于周长的展开。在陆地、沙漠、水面、及沼泽中，外壳体8外壁只有小部分与地面、沙、水接触，剩余 部分与空气接触，因蹼9的面积大小是相等的，蹼9的即时摩擦系数差较大，所以可使用无 打开和闭合功能的蹼9。但是在水中和空中行驶时，因此蹼9的即时摩擦系数差相等或较
4小，如果使用无打开和闭合功能的蹼9，不仅会减慢陀轮船的平动速度，还会减慢外壳体8 的转速，所以必须使用有打开和闭合功能的蹼9。3.增加外壳体8的惯性离心力不平衡。提高陀轮船的平动速度。因为蹼9在打开和闭合时，距中心轴2的半径是不相等的，而其质量和角速度是相 同的，所以蹼9的即时惯性离心力和离心力偶矩都不相等，由于惯性离心力不平衡可加速 物体离心运动。因此，不仅可提高陀轮船的平动速度，还适合在太空中平动的动力。所述的排废口 4是废气和废水的排出装置，既可以设计在轴承3的外面，也可以设 计在空心的中心轴2之中。本发明的特点在于一.安全性高1.因机车1的重力是外壳体8的转动动力，所以可以利用“不倒翁”的设计原理， 机车1的重量占陀轮船总重的比例越大重心就越低，在地面参考系中，机车1的相对位置就 越稳定。安全性就越高。在外力的作用下陀轮船发生类似于翻车、翻船现象时，只会使外壳 体8绕中心轴2翻滚，机车1和其它连接部件是不会翻滚的。2.外壳体8是回转刚体，在高速转动时还具有陀螺仪的角动量守恒特性，因而转 动轴线(中心轴2)的方向稳定性强。3.外壳体8在高速转动时惯性离心力的利用和肢解问题为了方便叙述，在附图中，因飞轮、空心飞轮和外壳体的功能是相同的，所以都编 号为8。其他功能相同的部件也用了相同的编号和名称。在附图11中，飞轮8绕中心轴2转动，中心轴2的两端固定在支座18上。机车1 通过机车固定杆11与中心轴2相连。当机车1在飞轮8上运动，爬升到A点时，机车1的 重力做功克服了飞轮8的转动阻力和，使飞轮8失衡开始转动，即运动不平衡原理。当飞轮 8的转速足够大时，在惯性离心力的作用下会发生以下两种现象现象(1)飞轮8被自身的惯性离心力肢解的现象原因是飞轮8的向心力小于中心轴2和支座18的固定力；飞轮8被自身的惯性离 心力肢解成数块，向不同的方向飞出，即惯性离心运动现象。现象(2)中心轴2或支座18断裂后飞轮8飞出的现象原因是飞轮8的向心力大于中心轴2和支座18的最大固定力。中心轴2或支座 18突然断裂后，飞轮8向任意切向飞出，也是惯性离心运动现象。与现象(1)所不同的是飞 轮8为整体的惯性离心运动，由此可以见，飞轮8的惯性离心力与中心轴2和支座18的固 定力是一对作用力和反作用力。假如，现象(2)中的中心轴2同时于B点处突然断裂后，飞出后的飞轮8，在平直的 道路上滚动，继续利用机车1给飞轮8增加转速，实验证明，飞轮8的转速超过现象(1)时， 飞轮8也没有被自身的离心力肢解。原因是飞轮8仅有可以肢解自身的惯性离心力(作用 力)而没有中心轴2和支座18的固定力(反作用力)。所以只要与惯性离心力相对应的反 作用力足够小，无论多大的惯性离心力也不能肢解自身，而且这种惯性离心力还是使物体 做平动运动的动力，即惯性离心运动原理。综上所述，继续保持和加速(现象2)中，飞出后的飞轮8的转速，就是陀轮船的最 初设计模型。
二.与现有交通工具相比，在平动运动时受外环境的摩擦阻力较小因为现有交通工具(车、船、潜艇、飞机)的舱体与外环境的摩擦阻力，主要是来自 于与空气和水的滑动摩擦。而陀轮船的外壳体8在平动运动时，受外环境的摩擦阻力，主要 是来自于外壳体8与空气和水的滚动摩擦。三.能适应多环境中行驶在附图12中，浮在水面上空心飞轮8通过轴承3与中心轴2相连接，机车1通过 机车固定杆11、内舱体10与中心轴2相连。机车1在空心飞轮8的内壁上绕中心轴做圆周 运动。当机车1爬到某一高度时，由于机车1的重力做功，使空心飞轮8失衡开始转动。如 果没有蹼9，水与空心飞轮8的摩擦系数不够大，所以空心飞轮8在水面的平动是缓慢或原 地转动的打滑。在同样的情况下，在空心飞轮8的外表面装上适当面积大小的蹼9，使水与空心飞 轮8外表的摩擦系数增大，所以空心飞轮8在水面的平动速度等于空心飞轮8的转动的线 速度，即空心飞轮8在水面的平动速度等于其周长的展开。如果给内舱体10内注水，使空心飞轮8增加自重潜入水中，由于蹼9的打开或闭 合功能，空心飞轮8同样可以在水中潜行。同样的道理，利用翼6滑翔升空后的空心飞轮8， 只需要比在水中潜行时，面积更大一些的蹼9，即可获得平动飞行。综上，外壳体8的平动速度，不仅取决于机车1的线速度，还取决于外壳体8的外 表面与接触物体的摩擦系数。因此在地面、水、沙漠、沼泽和空气中获得平动，只需改变蹼9 在打开状态时的面积即可。四.应用领域广1.探测探险领域的应用由于陀轮船能适应多种地理环境中行驶，而且机构简单，安全性好，球体状的外壳 体8抗压能力强。可根据不同的用途制造成几十米至几毫米的陀轮船，可到达目前交通工 具难以到达的深海、沙漠、沼泽；或进入管道、地下河、矿井内、甚至胃肠道中。2.开发为多种玩具模型、健身娱乐工具。①由于陀轮船是一新型的实用工具，其外型又类似于外星船或飞碟，所以可开发 成多种玩具模型。②因机车1可用人或人力车替代，可开发为水上、水下、沙地、沼泽的健身娱乐工具。3.航天领域的应用。陀轮船在平动运动时，利用了外壳体8的惯性离心运动。因惯性离心运动作为平 动动力时，可不用借助外界媒介的反作用力，所以是在太空中行驶的飞行器的较理想的动 力。导致惯性离心运动的主要原因有如下三点①外壳体8的偏心矩，引起的惯性离心力不平衡。由于回转件的结构形状不对称、制造安装不准确或材质不均勻等原因，使通过重 心的主惯性轴线与旋转轴线不相重合，在转动时，即使有极小的偏心矩也会引起很大的不 平衡力，致使回转件内部产生附加应力，在运动副上引起了大小和方向不断变化的动压力， 降低机械效率，产生振动，影响机械工作质量和寿命。虽然外壳体8也会因偏心矩而产生的 离心力和离心力偶矩不平衡，但是中心轴2没有对其固定的作用力，所以这种不平衡能使
6陀轮船发生持续的平动②外壳体8上质点的摆线特性，引起的惯性离心力不平衡。根据摆线特性滚动的圆上质点，该点有不同的线速度，甚至在其中的一个位置是 静止不动。由于外壳体8也是一个滚动的圆，因外壳体8上质点的即时线速度和即时加速 度都不相等，所以外壳体8上质点的惯性离心力也是不平衡的。③蹼9在打开和闭合时，距中心轴2的距离不相等，引起的惯性离心力不平衡。
权利要求
一种陀轮船，包括机车、内舱体、中心轴、轴承、外壳体、蹼，其特征是，把机车(1)、内舱体(10)、中心轴(2)通过轴承(3)与外壳体(8)和蹼(9)连接成相对转动的装置。
2.根据权利要求1所述的陀轮船，其特征在于，利用转动的外壳体⑶在水面、水中、沙 漠、沼泽、陆地、空中或两种以上的环境中行驶的交通运输工具。
3.根据权利要求1或2所述的陀轮船，其特征在于，利用运动不平衡原理、惯性离心运 动原理为基础设计原理，设计、制造的实用工具。
4.根据权利要求1或2或3所述的陀轮船，其特征是，所述的机车(1)的重力做功使外 壳体(8)失衡而发生绕中心轴(2)作相对转动的机构。
5.根据权利要求1至4所述的陀轮船，其特征是，所述的外壳体(8)在平面运动时做定 轴或定点运动的回转体。
6.根据权利要求1或2或4所述的陀轮船，其特征是，利用外壳体⑶的惯性离心力和 离心力偶矩不平衡为陀轮船平动的动力。
7.根据权利要求1至5所述的陀轮船，其特征在于，所述的设计理论，可设计开发出探 测探险、玩具模型、健身娱乐及航天领域的实用工具。
全文摘要
本发明公开了一种陀轮船，旨在提供一种结构简单，安全性高，能适应在水面、水下、沙漠、沼泽、陆地及空中的多种环境中行驶的交通运输工具。也可根据其设计原理开发出探测探险、玩具模型、健身娱乐及航天领域的实用工具。其包括机车、内舱体、中心轴、轴承、外壳体、蹼，所述的机车、内舱体、中心轴通过轴承与外壳体和蹼连接成相对转动的装置。在地面参照系中，机车在外壳体内壁做爬坡运动，在机车的重力作用下使外壳体失衡转动，当外壳体外壁与接触物体的摩擦系数足够大时，外壳体为平面滚动运动，并带动其它部件做平动运动；利用外壳体转动的惯性离心力和离心力偶矩不平衡原理是陀轮船平面运动的特点之一；利用现有飞机上的翼、升降舵、方向舵和起落架的技术，来实现滑翔、左右平衡、升降、方向控制操作及起降或静止时的支撑；利用现有的摄像头和显示器的技术来实现外壳体内外的信息交流。
文档编号B60F5/00GK101934695SQ20091014845
公开日2011年1月5日 申请日期2009年6月30日 优先权日2009年6月30日
发明者孙照云 申请人:孙照云