一种光动力飞行器的制造方法
【专利摘要】一种光动力飞行器是采用聚焦太阳光的方法，将光能转换为热能储存在热容量高的载体中作为动力能源的球形运载工具，不仅可以减小自重和体积，增加续航能力和有效负荷，而且可以实现太空与大气层空间两栖作业。其特征是由光热转换系统、复合动力系统、球形船体、自动控制系统四部分构成。其技术属于运载工具领域。该飞行器球形船体一方面利于采集不同角度的阳光，另一方面具有运动稳定性和转向灵活性；其动力仓内处于真空状态，有利于隔热，用于安置光热转换系统与复合动力系统，减少高热容载体热量损失；工作仓用于安置操作室和运载装备。光动力飞行器既可以无人自动航行，也可以载人航行，适宜作为航天器、航空器及返回式卫星。
【专利说明】
一种光动力飞行器1、
技术领域
[0001]—种光动力飞行器是采用聚焦太阳光的方法，将光能转换为热能储存在热容量高的载体中作为动力能源的球形运载工具，不仅可以减小自重和体积，增加续航能力和有效负荷，而且可以实现太空与大气层空间两栖作业。其特征是由光热转换系统、复合动力系统、球形船体、自动控制系统四部分构成。该飞行器采用隔离板将球形船体分为动力仓和工作仓;动力仓内处于真空状态，有利于隔热，用于安置光热转换系统与复合动力系统，减少高热容载体热量损失;工作仓用于安置操作室和运载装备。球形船体一方面利于采集不同角度的阳光，另一方面球形点对称结构具有运动稳定性和转向灵活性。光动力飞行器既可以无人自动航行，也可以载人航行，适宜作为航天器、航空器及返回式卫星。其技术属于运载工具领域。2、【背景技术】
[0002]人类的能源基本上来自于太阳。太阳能取之不尽、用之不竭，并且没有环境污染， 是人类理想的清洁能源。现有的太阳能利用技术，如光伏发电技术，由于光电转换效率较低，通常仅为15%左右，因此需要使用较大面积的光电池板提供电能，尚不适合作为运载工具能源。采用聚焦太阳光的方法，将热容量高的载体加热至高温，其光热转换效率远远高于光电转换效率，不仅可以提高光能利用率，而且便于累积与储存光能。利用一定规模的高温高热容载体降温时释放出的热量作为能源，可以替代化石燃料，用于取暖、加热、发电、以及驱动海陆、空运载工具。一种光动力飞行器是采用聚焦太阳光的方法，将光能储存在热容量高的载体中作为能源，推动其运动的球形运载工具，可以作为航天器、航空器及返回式卫星。3、
【发明内容】
[0003]—种光动力飞行器既可以无人自动航行，也可以载人航行;它是由光热转换系统、 复合动力系统、球形船体、自动控制系统四部分构成;光热转换系统可以解决飞行器的能源问题;复合动力系统可以解决飞行器的航行动力问题;球形船体一方面利于采集不同角度的阳光，另一方面球形点对称结构具有运动稳定性和转向灵活性；自动控制系统用于飞行器对光热转换、动力配置、航天、航空运行模式进行智能化管理。
[0004]光热转换系统由镶嵌在球形船体表面的若干聚光透镜片(1 )、位于聚光透镜片(1) 光束聚焦点范围的高温球(2)，储存在高温球(2)内部的液态高热容载体(3 )，位于高温球 (2)中心与高温球(2)拥有共同球心的中空汽化球(4)、位于高温球(2)上方的球形储罐(5)， 储存在球形储罐(5)内的液化气体(6)，位于球形储罐(4)内部的液化气体分配器(7)，位于高温球(2)下方的高压气体分配器(8)构成;聚光透镜片(1)外表面涂覆有透光耐高温保护层，所有聚光透镜片(1)的焦点均落在高温球(2)表面;液态高热容载体(3)充装在高温球 (2)内表面与中空汽化球(4)外表面构成的空腔中；液化气体分配器(7)与中空汽化球(4)之间及中空汽化球(4)与高压气体分配器(8)之间由导管(24)接通。
[0005]复合动力系统由包括微型汽轮发电机(9)、处理汽轮发电机(9)废气的气体压缩冷凝器(10)、联通冷凝器(10)与球形储罐(5)的液化气体(6)循环管道(11)、用于储存多余电能的高能蓄电池(25)共同组成的三套发电装置，及位于球形船体下半球底部中心的、用于航天的主气体推进器(26)，位于圆形隔离板(18)上方平行平面内、按照内接正三角形顶点排列的、用于调整飞行器航行方向的三台辅助气体推进器(12)，固定于圆形隔离板(18)下方的三台高速电动机(13)，及由三台高速电动机(13)分别驱动的、位于高速电动机(13)下方的、用于航空的三只螺旋桨推进器(14)构成；由高压气体分配器(8)通过管道(28)定量供应高压气体(23)，驱动汽轮发电机(9)供电，通过管道(29)定量供应高压气体(23)驱动辅助气体推进器(12)运行，通过管道(30)定量供应高压气体(23)驱动主气体推进器(26)运行； 辅助气体推进器(12可以调整喷射角度改变飞行器姿态;三台高速电动机(13)驱动三只螺旋桨推进器(14)运行时，螺旋桨推进器(14)延长到球形船体外部，进入航天模式时，螺旋桨推进器(14)缩进球形船体内部。
[0006]球形船体由球形金属外壳(15)、位于球形金属外壳(15)顶部的应急仓(16)，顶角分别与球形金属外壳(15)内接的正四面体结构金属龙骨框架(17)与金属辅助框架(31)、与正四面体结构金属龙骨框架(17)底面处于同一平面的圆形隔离板(18)，位于球形金属外壳 (15)壳体中沿着经炜线分布的气体通道(27)，位于金属外壳(15)底部的、与螺旋桨推进器 (14)同轴的三脚式可收放式起落架(19)构成;球形金属外壳(15)内表面涂覆热反射涂料， 以减少高热容载体(3)热量损失;应急仓(16)内设置有降落伞(20)，用于飞行器在大气层空间实施减速;采用顶角分别与球形金属外壳(15)内接的正四面体结构金属龙骨框架(17)与金属辅助框架(31)，利于球形船体抵御外部压力，并且不阻挡太阳光束照射位于球形金属外壳(15)内部的高温球(2);气体通道(27)首端与液化气体分配器(7)连接，术端与高压气体分配器(8)连接，飞行器由太空返回地球通过大气层时，液化气体分配器(7)将液化气体(6)通入位于金属外壳(15)中的气体通道(27)，液化气体(6)汽化时，吸收金属外壳(15)的热量成为高压气体(23)进入高压气体分配器(8)，既解决了金属外壳(15)冷却问题，又增加了飞行器动力;采用金属隔离板(18)将球形船体分为动力仓和工作仓;动力仓内处于真空状态，有利于隔热，用于安置光热转换系统与复合动力系统，可以减少高热容载体(3)热量损失;在隔离板(18)上表面以高压气体分配器(8)为中心，以正六角形对称安置三台辅助气体推进器(12)、三套发电装置;在隔离板(18)下表面以主气体推进器(26)为中心，按照正三角形安置三台高速电动机(13);工作仓用于安置操作室和运载装备；在使用主气体推进器 (26)实施升空和着陆时，采用三脚式可收放起落架(19)保持飞行器在地面处于平衡状态。
[0007]自动控制系统由位于工作仓内的电脑网络装置(21)及通讯装置(22)构成；用于飞行器对光热转换、动力配置、航天、航空运行模式进行智能化管理；电脑网络装置(21)及通讯装置(22)围绕主气体推进器(26)排列并固定于圆形隔离板(18)下面。4、【附图说明】[〇〇〇8]图1是光动力飞行器结构示意图。图2是光动力飞行器外观示意图，图3是球形金属外壳(15)内接的正四面体结构金属框架(17)结构示意图。图4是隔离板(18)上表面结构图。 图5是隔离板(18)下表面结构图。5、【具体实施方式】[〇〇〇9] 一种光动力飞行器是由光热转换系统、复合动力系统、球形船体、自动控制系统四部分构成，既可以无人自动航行，也可以载人航行，其具体优化实施方式如下:
[0010]光热转换系统由镶嵌在球形船体表面的若干表面沉积耐高温类金刚石膜的石英玻璃聚光透镜片(1)、位于聚光透镜片(1)光束聚焦点范围的金属钼制成的高温球(2)，储存在高温球(2)内部的液态金属锂作为高热容载体(3)，位于高温球(2)中心与高温球(2)拥有共同球心的金属钛制成的中空汽化球(4)、位于高温球(2)上方的金属钛制成的球形储罐 (5)，储存在球形储罐(5)内的液态氢气作为液化气体(6)，位于球形储罐(4)内部的液化气体分配器(7)，位于高温球(2)下方的高压气体分配器(8)构成。
[0011]复合动力系统由包括微型汽轮发电机(9)、处理汽轮发电机(9)废气的气体压缩冷凝器(10)、联通冷凝器(10)与球形储罐(5)的液化气体(6)循环管道(11)、用于储存多余电能的类金刚石薄膜电容高能蓄电池(25)共同组成的三套发电装置，及位于球形船体下半球底部中心的、用于航天的主气体推进器(26)，位于金属钛制成的圆形隔离板(18)上方平行平面内接正三角形顶点的三台用于调整飞行器航行方向的辅助气体推进器(12)，固定于球形船体下半球的圆形隔离板(18)下方的三台高速电动机(13)，及由三台高速电动机(13)分别驱动的、位于高速电动机(13)下方的、用于航空的三只螺旋桨推进器(14)构成。
[0012]球形船体由球形金属钛制成的内表面电镀金属银并经抛光处理的金属外壳(15)、 位于球形金属外壳(15)顶部的应急仓(16)，顶角分别与球形金属外壳(15)内接的正四面体结构大块非晶金属合金龙骨框架(17)与大块非晶金属合金辅助框架(31)、与正四面体结构金属龙骨框架(17)底面处于同一平面的金属钛制成的圆形隔离板(18)，位于金属外壳(15) 中沿着经炜线分布的气体通道(27)，位于金属外壳(15)底部的、与螺旋桨推进器(14)同轴的脚式可收放式起落架(19)构成。
[0013]自动控制系统由电脑网络装置(21)及通讯装置(22)构成，用于飞行器对光热转换、动力配置、航天、航空运行模式进行智能化管理；电脑网络装置(21)及通讯装置(22)围绕主气体推进器(26)排列并固定于圆形隔离板(18)下面。
[0014]当太阳光穿过球形船体表面的聚光透镜(1)聚焦在高温球(2)表面时，光能可以将高温球(2)及其内部的液态金属锂高热容载体(3 )、中空汽化球(4)加热至摄氏1000度以上高温;液化氢气(6)在液化气体分配器(7)控制下，定量进入处于高温状态的中空汽化球(4) 时，瞬间汽化、膨胀为高压气体(23)，并以极高流速进入高压气体分配器(8);高压气体(23) 在高压气体分配器(8)控制下进入汽轮发电机(9)，为飞行器提供电能;汽轮发电机(9)废气经高压气体压缩冷凝器(10)处理后，凝结为液体，通过循环管道(11)进入液化气体(6)球形储罐(5)循环使用；在大气环境中，高速电动机(13)驱动的螺旋桨推进器(14)运行，为飞行器提供航行动力；没有光照的夜间，飞行器可以利用白昼累积储存于高热容载体(3)中的热能及高能蓄电池(25)储存的电能。在太空环境下，高压气体(23)在高压气体分配器(8)控制下进入主气体推进器(26)，为飞行器提供航行动力;在大气环境中，必要时可以启动主气体推进器(26)与辅助气体推进器(12)，使飞行器获得瞬间加速或瞬间转向；液化气体(6)消耗到仅能够维持汽轮发电机(9)运行时，必须关闭主气体推进器(26)与辅助气体推进器(12)， 并且在降落后，要及时补充液化气体(6)。
[0015]启动航空模式时，可采用主气体推进器(26)快速升空到指定位置;或将飞行器调整为倒置姿态，采用螺旋桨推进器(14)反转方式，拉动飞行器缓慢升空，悬停在空中指定位置，或调整姿态执行航空任务。
[0016]启动航天模式时，采用运载火箭将光动力飞行器送到太空后，启动光动力飞行器主气体推进器(26)作为航天动力，可以与太空站对接，完成运载任务，同时补充液化气体 (6);或直接进入预定轨道，执行卫星功能模式。返回地面时，将光动力飞行器调整为倒置姿态，并启动主气体推进器(26)与辅助气体推进器(12)，使光动力飞行器减速，进入大气层后，将液化气体(6)通入位于金属外壳(15)中的气体通道(27)，降低金属外壳(15)温度，同时启动螺旋桨推进器(14)倒转，使其与气体推进器(12)共同实施减速；当飞行器减速至正常运行速度后，进入航空模式，降落在指定地点。[〇〇17]光动力飞行器直径约为1.8米，采用钛合金、低比重大块非晶合金材料制作高强度结构件，采用低比重高热容的液化氢气、金属锂作为热能载体，采用金刚石薄膜作为耐高温表面涂层和膜电容高能蓄电池，可以使飞行器自重降低到100公斤左右，使用累积储存和航行中不断补充的热能足以达到预定的航行速度，而且白昼在大气层航行的续航时间可以达到12小时左右，在太空轨道航行时间可以达到数月。
【主权项】
1.一种光动力飞行器，由光热转换系统、复合动力系统、球型船体、自动控制系统四部 分构成，其特征是:光热转换系统由镶嵌在球形船体表面的若干聚光透镜片(1)、位于聚光 透镜片(1)光束聚焦点范围的高温球(2)，储存在高温球(2)内部的液态高热容载体(3)，位 于高温球(2)中心与高温球(2)拥有共同球心的中空气化球(4)、位于高温球(2)上方的球形 储罐(5)，储存在球形储罐(5)内的液化气体(6)，位于球形储罐(5)内部的液化气体分配器 (7)，位于高温球(2)下方的高压气体分配器(8)构成；聚光透镜片(1)外表面涂覆透光耐高 温保护层，所有聚光透镜片(1)的焦点均落在高温球(2)表面;液态高热容载体(3)充装在高 温球(2)内表面与中空气化球(4)外表面构成的空腔中；液化气体分配器(7)与中空气化球 (4)之间及中空气化球(4)与高压气体分配器(8)之间由导管(24)接通;复合动力系统由包 括微型汽轮发电机(9)、处理汽轮发电机(9)废气的气体压缩冷凝器(10)、联通冷凝器(10) 与球形储罐(5)的液化气体(6)循环管道(11)、用于储存多余电能的高能蓄电池(25)共同组 成的三套发电装置，及位于球形船体下半球底部中心的、用于航天的主气体推进器(26)，位 于圆形隔离板(18)上方平行平面内、按照内接正三角形顶点排列的、用于调整飞行器航行 方向的三台辅助气体推进器(12)，固定于圆形隔离板(18)下方的三台高速电动机(13)，及 由三台高速电动机(13)分别驱动的、位于高速电动机(13)下方的用于航空的三只螺旋桨推 进器(14)构成；由高压气体分配器(8)通过管道(28)定量供应高压气体(23)，驱动汽轮发电 机(9)供电，通过管道(29)定量供应高压气体(23)驱动辅助气体推进器(12)运行，通过管道 (30)定量供应高压气体(23)驱动主气体推进器(26)运行;辅助气体推进器(12)可以调整喷 射角度改变飞行器姿态;三台高速电动机(13)驱动三只螺旋桨推进器(14)运行时，螺旋桨 推进器(14)延长到球形船体外部，进入航天模式时，螺旋桨推进器(14)缩进球形船体内部； 球形船体由球形金属外壳(15 )、位于球形金属外壳(15)顶部的应急仓(16 )，顶角分别与球 形金属外壳(15)内接的正四面体结构金属龙骨框架(17)与金属辅助框架(31)、与正四面体 结构金属龙骨框架(17)底面处于同一平面的圆形隔离板(18)，位于球形金属外壳(15)壳体 中沿着经炜线分布的气体通道(27)，位于球形金属外壳(15)底部的、与螺旋桨推进器(14) 同轴的三脚式可收放式起落架(19)构成;球形金属外壳(15)内表面涂覆热反射涂料，以减 少高热容载体(3)热量损失;应急仓(16)内设置有降落伞(20)用于飞行器在大气层空间实 施减速;采用顶角分别与球形金属外壳(15)内接的正四面体结构金属龙骨框架(17)与金属 辅助框架(31)利于球形船体抵御外部压力，并且不阻挡太阳光束照射位于球形金属外壳 (15)内部的高温球(2);气体通道(27)首端与液化气体分配器(7)连接，末端与高压气体分 配器(8)连接，飞行器由太空返回地球通过大气层时，液化气体分配器(7)将液化气体(6)通 入位于球形金属外壳(15)中的气体通道(27)，液化气体(6)汽化时，吸收球形金属外壳(15) 的热量成为高压气体(23)进入高压气体分配器(8)，既解决了球形金属外壳(15)冷却问题， 又增加了飞行器动力;采用金属隔离板(18)将球形船体分为动力仓和工作仓;动力仓内处 于真空状态，有利于隔热，用于安置光热转换系统与复合动力系统，可以减少高热容载体 (3)热量损失;在隔离板(18)上表面以高压气体分配器(8)为中心，以正六角形对称安置三 台辅助气体推进器(12)、三套发电装置;在隔离板(18)下面以主气体推进器(26)为中心按 照正三角形安置三台高速电动机(13);工作仓用于安置操作室和运载装备；在使用主气体 推进器(26)实施升空和着陆时，采用三脚式可收放式起落架(19)保持飞行器在地面处于平 衡状态；自动控制系统由位于工作仓内的电脑网络装置(21)及通讯装置(22)构成；用于飞行器对光热转换、动力配置、航天、航空运行模式进行智能化管理；电脑网络装置(21)及通 讯装置(22)围绕主推进器(26)排列并固定于圆形隔离板(18)下面。
【文档编号】B64D27/24GK205602126SQ201620128611
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年2月6日
【发明人】刘南林
【申请人】刘南林