专利名称：推力发动机的制作方法
推力发动机盖伊·西尔弗吴俊龙相关申请的交叉引用本申请涉及且要求于2008年9月22日提交的题为“Thrust Engine (推力发动机)”的美国非临时专利申请序列号12/235,477的优先权，且该美国非临时专利申请以引用方式并入本文。对于美国的指定，本申请是前述的美国专利申请第12/235，477号的延续。
背景技术：
1.发明领域本发明涉及推力发动机的设计和使用，该推力发动机应用了一个或多个物体(例如，翼、翼面或叶片)与室或外壳内的移动的流体(即，液体或气体)接触的空气动力学的原理。2.相关技术讨论航空器推力发动机(aircraft thrust engine)以预定的方向提供高速气流以产生力。推力发动机的示例包括气体涡轮发动机和气体涡轮螺旋桨发动机。推力动力可通过在高速的情况下驱动推进器(propeller)或叶片的组的旋转而被机械地产生。现有的产生高速气流的全部的推力发动机需要安全措施，从而在推力发动机操作期间防止伤害在它们周围的人和物体。从许多来源中存在许多可用的翼(wing)和翼面(airfoil)设计，来源包括在线的 UIUC翼面数据库、NACA和许多更新式的翼面。在20世纪20年代和20世纪30年代期间， NACA设计并测试了各种翼设计且将对于翼设计的特性结果发布在系统化的一组图表中。 现在这些结果在为许多应用设计翼中仍被使用。图表基于在流体流中的翼面迎角(angle ofattack)，给翼面提供升力和阻力系数(lift and drag coefficient)(示出翼的横截
面)。使用这些系数，升力和阻力可使用下列等式计算
1 )升力=^CpV2A
2)阻力乂其中C1是升力系数，Cd是阻力系数，P是流体的密度，V是翼相对于流体的速度，且A 是翼面的表面面积。升力对于阻力的比(L/D比)是用作对于翼面或叶片设计的空气动力特性和升力产生的效率的测量。由在给定速度和迎角下的翼产生的升力可以是大于阻力1-2个数量级 (order of magnitude)。因此，显著地较小的力可被应用以通过空气推进翼，从而获得具体的升力。用于实际的航空器的升阻比从大约4 1直到50 1或更多变化。存在用于决定升力的许多方法。热力发动机是指将热能转换为机械能的装置。热力发动机通过将在热力发动机的具有不同温度的两个部分之间流动的流体能转换为机械动力而操作。两个部分之间的温差越高，热力发动机的效率越高。热力发动机内的两个区域之间的温差被用来维持发动机内的流体循环。叶轮(impeller)是管或管道内的转子，该转子增加了流体的流动和压力。叶轮通常是将能量从驱动泵的电机传送到被泵出的流体的离心泵的旋转组件。叶轮从旋转的中心向外加速流体。当流体的向外的移动被泵壳体限制时，由叶轮实现的速度转变成压力。叶轮通常为带用来接收进入流体的开放入口(称为眼)和用来径向地推动流体的导向叶片 (vane)的短圆筒(short cylinder)。推进器实质上是风扇的类型，其通过将旋转运动转换为用于推进交通工具(例如，航空器、船或潜艇)的推力而将动力传递通过质量介质，例如水或空气。推进器通过以类似于旋转螺钉穿过固体的方式，将两个或更多个缠绕的叶片围绕中心轴旋转而操作。推进器的叶片用作旋转翼1，且通过在翼面形叶片的前表面和后表面之间产生压力差并通过向后加速大量空气而产生力。为了产生推力以推动穿过流体(S卩，克服与升力相关的阻力)，需要能量。具有飞行能力的不同物体在它们的发动机的效率和如何很好地将升力转变为向前的推力的方面不同。概述根据本发明的一个实施方案，推力发动机在可配置的环境中使用一个或多个翼以产生有方向的力。推力发动机可通过改变例如密度或速度的流体参量、翼参量(例如翼几何形状、翼的平表面面积或升力系数)、翼的数量和位置、流体怎样接收能量、流体运动、固定的或可移动的翼和流体路径而被配置。本发明的推力发动机可被用来推进汽车或其它交通工具。推力发动机还可被并入例如其中热能的源被提供的任何应用中。本发明依据下文的详述的考虑连同附图可被更好地理解。附图简述
图1显示了根据本发明的一个实施方案的具有两个固定的翼的推力发动机100的横断面视图。图2显示了推力发动机100沿图1的线A-A’的横截面剖视图。图3显示了推力发动机300，其为本发明的可替换的实施方案，其中，外壳103被设置定位在中心部分104d中的流体结构107，其中流体径向地流动穿过翼101和102。图如显示了适于在推力发动机100和推力发动机300中使用的可调节的环形翼 400。图4b显示了用于调节在环形翼400中的迎角的控制元件。图如显示了可调节的翼型叶片(air-foil blade)450o图5显示了根据本发明的一个实施方案的带螺旋叶片的推力发动机500的横断面视图。图6a显示了推力发动机500沿图5的线A_A，的横截面剖视图。
图6b显示了图5中的推力发动机500的可调节的叶片。图7a显示了根据本发明的另一个实施方案的推力发动机700。图7b显示了根据本发明的另一个实施方案的推力发动机750。图8显示了根据本发明的一个实施方案的带在外壳801内的流体中旋转的叶片的环形管800。优选实施方案详述当流体流动经过物体时，在物体的相对的表面上造成的流体的速度的差异在物体的主体上产生提升力(lift force)。可得到提升力用于给推力发动机提供输出。推力发动机内的提升力的矢量和(vector sum)提供推力发动机的输出。推力发动机是指将流体能或热能转换成力的装置。根据本发明的推力发动机，通过将由于阻力引起的能量损失转换成叶片上的提升力从而产生用于推力发动机的推力而操作，该阻力是因为流体流动穿过空气动力叶片或翼造成的。空气动力叶片(aerodynamic blade)是以升阻比(L/D比)为特征的。升阻比决定了由空气动力叶片产生的推力。根据本发明，升阻比大于1的叶片当流体流动穿过叶片时可产生大于叶片上的阻力的提升力。 叶片可被定位在封闭的发动机内以产生大于使流体移动通过叶片所需要的力的力，从而产生对于封闭的发动机的推力。推力的方向和大小可通过控制流体流动的方向被控制。根据本发明，在推力发动机内流动的流体可为气态的或液态的。本发明的推力发动机在可配置的环境中使用一个或多个翼以产生有方向的力。根据本发明的推力发动机可通过改变例如密度或速度的流体参量、翼参量(例如翼几何形状、翼的平表面面积或升力系数)、翼的数量和位置、流体怎样接收能量、流体运动、固定的或可移动的翼和流体路径而被配置。本发明的推力发动机可被用来推进任何障碍(objection)，例如汽车或其他交通工具，且可被并入需要发动机的任何应用中。在一些实施方案中，热能的源可被提供以给推力发动机提供动力。为了简化此详述和附图，对于翼面的参考(不是叶片或具体的翼几何形状)被理解成同样地可应用于带空气动力效果的其它结构，例如翼、空气动力叶片和翼面。为了这个目的，翼是用来产生用于物体穿过空气或其它气态介质的升力的表面。翼通常具有翼面的形状。当固态物体移动经过流体时，产生升力。对等地，当物体具有移动经过物体的流体流时，产生升力。本发明提供在热差(heat differential)和压力差下操作以将热能或流体动能转换成推力的推力发动机。本发明的推力发动机使用闭合的循环(closed cycle) 以在陆地上、水上、水下、空气中或空间中移动物体。泵或热可被用来使流体运动或增加发动机内的流体循环。本发明的带由热提供流体能的推力发动机可使用任何热能的源操作，包括太阳能、电能、矿物燃料或其它燃料。当在发动机的两个部分之间产生足够的温差时，本发明的推力发动机工作。由本发明的推力发动机产生的推力基于发动机的定向和内部配置(例如，如叶片参量和流体参量)提供有方向的力。图1显示了根据本发明的一个实施方案的推力发动机100。图2显示了推力发动机100的沿图1的线A-A，的横截面剖视图。如图1中所示，翼101和102被悬挂在外壳103
6中，该外壳103被环形分隔物105分成上部部分10 和下部部分104b。(注意，名称“上部”和“下部”仅为了便于在这个详述中描述而被提供；外壳103可以任何方向被定向。) 环形分隔物105可为翼或带空气动力效果的物体。环形分隔物105提供分隔且以优选的方向产生升力。推力发动机100的流体流动可以凭借重力和上升的热流体自行启动。吸入流体阀 (intake fluid valve)可被用来带入被加压的流体以启动发动机并控制发动机内的压力。 流体在上部部分10 和下部部分104b之间经过外围部分l(Mc和中心部分104d而循环。 中心部分104d可为漏斗形空间以增加流体流动。翼101和102通过支撑结构106a、106b、 106c和106d被固定到其相对于外壳103的位置。支撑结构106a、106b、106c和106d可被用来将热送到或送出发动机。支撑结构还可具有关于升力产生的空气动力效果。如图2中所示，翼101当从顶部(或底部)看时是环形的，从而允许流体在外围区域l(Mc和中心部分104d之间流动。翼102可被设置成与翼101不同的形状和大小。根据一个实施方案，上部部分10 以相对于下部部分104处的温度较低的温度被保持，从而提供流体的循环。流体在下部部分104b中径向地向外流动，经过外围流体空间l(Mc进入上部部分104a，径向地向内朝向中心流体空间104d流动且经过中心流体空间 104d流回下部部分104b。多个加热区域和冷却区域可被定位在外壳103内，从而最佳化工作流体(working fluid)流动。在每个翼的上方(和下方)的流体流的方向和速度由翼101的几何形状决定。如上文讨论的，随着流体在上方或下方流动而由翼101和102产生的升力和阻力提供推力。推力或推进力(thrust force)的大小取决于翼101和102的位置和尺寸以及它们各自的升力系数和阻力系数。在一个实施方案中，加热元件和冷却元件可被嵌入翼101和102以加热或冷却流体且在上部部分10 和下部部分104b之间形成温差。在一个实施方案中，加热元件或冷却元件或其两者可被嵌入翼101和102，从而改变环绕翼101和102的流体流的速度。加热源被放置在需要高压的地方且冷却源被放置在需要低压的地方。在一个实施方案中，金属是优选的材料，用于提供翼101和102以及外壳103以实现足够的加热和冷却。通常，对于本发明的推力发动机，具有较高升阻比的翼被认为更有效-即，对于给定量的输入动力产生更高的推力。其它因素也影响升阻比的选择(例如，功率消耗)。外壳103内的工作流体可为气体或液体。如果需要，气态工作流体可被加压。气态工作流体具有由部分10 和104b之间的同样的温差引起的更宽的流体密度的范围的优势。更高密度的被加压的气体在本发明的推力发动机中可提供更大的推力。被加压的气态工作流体还防止在翼处可能发生的流体分离问题。根据本发明，因为气体密度可通过调节压力被改变，所以产生的推力可通过在推力发动机的操作期间改变工作流体压力而被控制。推力发动机内的翼可平行布置或按层布置以提高在优选的方向上的推力。带不同流体参量(例如，流体密度和速度)的至少两种流体的推力发动机可被配置。在一个实施方案中，具有螺旋通道或螺旋形状外壳的推力发动机可具有在上部部分10 和下部部分 104b之间旋转经过外围流体空间l(Mc和中心流体空间104d的流体流。在另一个实施方案中，流体在上部部分10 中径向地向外流动，经过外围流体空间l(Mc进入下部部分104b，径向地向内朝向中心流体空间104d流动且经过中心流体空间104d返回上部部分104a。根据一个实施方案，上部部分10 以相对于下部部分104b处的温度更高的温度而被保持。单向阀可被设置在中心流体空间104d中以允许在上部部分10 和下部部分104b之间的流体流。用来指引流体流的机构可被设置。一旦流体流动开始，则下部部分104b和上部部分10 之间的温度梯度可保持流体流动方向。以优选的方向的液体流可使用推进器发动， 该推进器可被外部地提供动力或由设置在分离器或分隔物105中的机构提供动力。可选择地，阀系统可被设置在外壳103的壁中以提供从外部穿过外壳103且再被排放到外部的流体流。在操作期间，上部部分10 和下部部分104b之间的温差决定了流体流的速度。推力与跨过翼的流体流的速度的平方成比例。在提升力的方向上，推进力等于翼阻力乘以升阻比。流体随着流体流过翼而造成的能量损失归因于翼的表面上的阻力和摩擦力。温差可使用中心流体空间104d和外围流体空间l(Mc来提供加热和冷却而被保持，而不使用上部部分10 和下部部分104b。在这个配置中，推力发动机根据推力发动机的定向可以是自行启动的或不可以是自行启动的。在一个实施方案中，温差使用中心部分 104d和外围部分l(Mc被保持。另外，在推进发动机外壳内的多于两个部分可被用来加热和冷却工作流体，尤其对于具有长流体路径的较大的推力发动机。在一个实施方案中，推力发动机外壳内的三个或更多个部分可被用来加热和冷却工作液体。图3显示了推力发动机300，其是本发明的可替换的实施方案，其中，外壳103被设置流体结构107，该流体结构107具有叶片的组108和轴109，且该流体结构107被定位在中心部分104d中，且流体径向地流过翼101和102。流体结构107使用机械力来将流体推入循环。流体结构107根据叶片组108的配置和发动机的应用可起泵、叶轮、推进器、压缩器、风扇或风箱(blower)的作用。在一个实施方案中，流体结构107可具有可调节的叶片或叶片配置以使叶片组108给流体提供能量以流动或贡献提升力。在推力发动机300中实现的推进力可通过调节由流体结构107泵出的流体的量而控制。在一个实施方案中，叶片组108可具有翼面形截面，从而产生合成的气动力(aerodynamic force)，该合成的气动力可被分解成沿叶片旋转的轴线指向的力。流体结构107可起推进器的作用。环形分隔物 105可为流体结构107的叶片组108的部分，允许环形分隔物利用轴109旋转。如在推力发动机100中，推力发动机300中实现的推进力取决于翼101和102的位置和尺寸、外壳103的尺寸和形状，以及为翼101和102以及外壳103选择的材料。通常，能够应对引起的提升力的任何材料可被用于翼101和102，包括任何金属、塑料或复合材料。外壳103可由能应对流体压力且能驱散由包括流体流的摩擦力在内部外壳上和围绕翼101和102产生的热的任何材料制成。用于推力发动机300的工作流体可为气态的或液态的。当使用气体作为工作流体时，具有被加压的气体可增加推进力。工作流体具有较小的运动粘度(粘度/密度)可增加推力发动机的效率。但是，与推力发动机100不同，推力发动机300凭借由流体结构107 产生的流体流动而启动。一旦在流体结构107处的流体压力大于因为沿流体流动路径的阻力和摩擦力引起的压力下降，则流体速度增加。流体结构107可被定位在上部部分104a、下部104b或外围流体空间l(Mc中，或在流体结构107可在推力发动机300内产生所期望的
8流体流动的任何位置。在一个实施方案中，由热差和压缩器(或推进器)提供动力的推力发动机可被实施。推力发动机100可使用被定位在中心流体空间104d中的压缩器(推进器)类型的流体结构，从而压缩流体且增加流体速度流体。流体结构107可被设置有多于一组的叶片以驱动流体从而在翼上做功。当没有机械输入动力被提供以驱动流体结构107时，流体结构107可具有允许叶片围绕轴109折叠或对齐外壳103的内壁的机构。在一个实施方案中，流体结构107内的叶片可起扩散器 (diffuser)的作用，从而无需旋转而将旋转的流体转换成高压流体，以使流体结构107不需要由外部机械动力源连续地提供动力。流体结构107中的叶片可由螺旋弹簧提供动力。 产生升力的翼可形成流体通道。翼可为可调节的以控制由翼产生的升力。调节可通过控制迎角或通过倾斜翼被实施。在一些实施方案中，在每个翼处的“迎角”可被控制，从而实现在该翼处经受的所期望的推进力。与固定的翼不同，可调节的翼的一种类型可在操作期间改变对于工作流体流动方向的迎角。因此，可调节的翼改变其迎角，则翼的表面面积也可改变。对于此翼，多个重叠的部分可被用来保持连续的翼表面。在一个实施方案中，叶片的操作迎角(operating angle of attack)可被调节以获得产生的升力的最佳的经济优势。图如显示了可调节的环形翼400。图4b显示了用于改变环形翼400中的操作迎角的控制机构。如图4b中所示，部分401和402通过调节杆403和枢转杆406被连接到叶片支撑件405。调节杆403在杆引导件(rOdgUide)404内的移动可使用本领域已知的液压技术或其他方法来实现。调节杆403的移动通过在枢转杆406上枢转叶片部分401和402 而控制叶片部分401和402的迎角。杆引导件404是弯曲的，从而当叶片部分401和402 围绕枢转杆406枢转时匹配叶片部分401和402的路径。如所期望的，调节杆403可同时地移动叶片部分401和402或独立地移动叶片部分401和402。图如显示了可调节的空气动力叶片450。在图如中，部分451通过调节杆453和枢转杆456被连接到叶片支撑件(未显示)。调节杆453在杆引导件454内的移动可使用本领域已知的液压技术或其他方法实现。调节杆453的移动通过在枢转杆456上枢转叶片部分451而控制叶片部分451的迎角。杆引导件妨4是弯曲的，从而当叶片部分451围绕枢转杆456枢转时匹配叶片部分451的路径。当迎角决定了在每个翼处受到的提升力和阻力时，由本发明的推力发动机产生的总推进力可通过调节在每个翼处的迎角而调节。该方法具有优势(a)提升力可被快速地且精确地改变；(b)提升力可为可调节的，从而形成正向方向和反向方向；以及(c)大量的翼可通过将翼101和102分成许多部分而提供，且每个部分设置不同的迎角，从而允许对于力的方向和因此产生的推进力的大小两者的控制。因为阻力随迎角改变，所以在发动机循环期间流体压力损失也改变。因此，热差、推进器速度或流体结构可被调节以补偿这些流体压力的改变。发动机控制装置可被设置以调节迎角和流体流动速度两者。在每个翼处测量流体流动速度的传感器也可被设置。在一些实施方案中，可设置多于两个翼。具有多于两个翼可提供更紧凑的设计，从而满足所期望的推力需求。每个翼根据系统推力需求可为可调节的翼或固定的翼。在一个实施方案中，翼101和102在它们相对于外壳103的位置中凭借支撑结构106a、106b、106c 和106d是可移动的。根据本发明，翼101和102在它们相对于外壳103中的流体流动的角
9度方面是可调节的。为了产生升力，翼101和102可被放置在推力发动机的外壳内的任何位置。流体速度可通过控制在具体的区域处的流体量的流动速率而改变。通过改变围绕翼 101和102的流体流的量，可产生适当的升力。加热或冷却也可被用来改变流体速度或流体
也/又。根据本发明，推力发动机300可支持循环的(circular)流体流和旋转的流体流两者。流体结构107的叶片组108可被设计成旋转流体以在外壳103内产生旋转的流体流动。叶片组108可被放置成轴向的沿期望旋转的流体流动的位置处的径向方向。翼101和 102可被配置成从流过翼101和102的旋转的流体而产生升力。通过旋转流体，横跨翼101 和102的流体路径可被增加，因此增加了在翼101和102上产生的提升力。在一个实施方案中，推力发动机300具有被配置成在下部部分104b中向外旋转流体的流体结构107。流体旋转地经过外围流体空间l(Mc进入上部部分104a，旋转地向内朝向中心流体空间104d 流动且旋转地经过中心流体空间104d返回下部部分104b。在一个实施方案中，推力发动机300具有流体结构107，该流体结构107被配置成在上部部分10 中向外旋转流体使其向外、通过旋转经过外围流体空间10 进入下部部分104b、旋转地向内朝向中心流体空间 104d流动且旋转地经过中心流体空间104d返回上部部分l(Ma。根据另一个实施方案，图5显示了在上部部分50 和下部部分504b中都具有螺旋壁的推力发动机500，该螺旋壁形成用于工作流体流动的螺旋槽(spiral channel)。引起的流体围绕轴旋转。螺旋壁可被附接到内部外壳503和环形分隔物505。具有螺旋的工作流体路径增加了工作流体路径的长度，这样可提供与工作流体接触的翼表面面积的增加。 每个螺旋槽具有用来产生推力的多个不连续的翼。一个该螺旋槽可在螺旋壁506a和螺旋壁506b之间、翼501a和翼501b之间可见。螺旋槽内的翼可形成如翼501a和501b图示的多个层或形成单一的层。图6a显示了推力发动机500的上部部分50 的穿过线A_A’的顶视图，显示了螺旋槽和每个槽内的翼的单一层。在螺旋槽中具有翼的多个层可增加产生的推力。决定螺旋槽内的翼层的数量的一些因素是槽高度、翼厚度和工作流体流动速度。每个翼可被附接到螺旋壁且可为固定的翼或可调节的翼。支撑结构515将翼连接到外围流体空间5(Mc内的内部外壳壁。螺旋翼到螺旋壁的连接可从图6b中更好的看见，该图6b显示了螺旋翼501c通过调节杆512和枢转杆510连接到螺旋壁506c和506d。调节杆513在杆引导件512内移动， 由本领域已知的液压技术或其他方法驱动。调节杆513的移动通过在枢转杆510上枢转叶片501c而控制螺旋翼501c的迎角。杆引导件512是弯曲的，从而当螺旋翼501c围绕枢转杆510枢转时匹配螺旋翼501c的路径。在图5中，工作流体流具有涡旋(vorticity)(即，漩涡在流体流中形成)。工作流施加连续的力且赋予螺旋壁和翼上的动量。如图5中所示，因为工作流体循环是对流的垂直的循环，所以涡旋可为近似水平的。从上部部分10 中的冷区域520b到下部部分104b 中的热区域520a的工作流体流是旋转的下降流(downdraft)。(此处，“热区域”和“冷区域”分别仅意味着较高温度区域和较低温度区域(相对于彼此)。)类似地，从热区域520a 到冷区域520b的工作流体流是旋转的上升流(updraft)。工作流体的动量在发动机循环期间被连续地保持。工作流体在每个发动机循环期间在相应的区中连续地加热、膨胀、冷却和收缩。因此，完整的发动机循环和完整的工作流体路径被设置在外壳503内。在发动机循环期间，工作流体在翼上施加力。如上文所讨论的，因为工作流体的加热和冷却，工作流体具有涡旋且具有连续的动量，且螺旋壁将工作流体引入旋转的运动。翼可被设计成在流体中引起旋转的运动。螺旋壁和翼可被用作连接到外壳503或提供热传递功能的支撑结构。因此，在这种环境下，发动机运行越久，工作流体循环越快，直到工作流体在第一个循环结束时的速度变成工作流体在第二个循环开始时的速度，且在第二个循环的过程中被增加。工作流体速度通过动能而增加，其随后由热力发动机转换成推力功。工作流体速度在发动机循环的膨胀阶段和收缩阶段期间都增加。翼或螺旋壁的形状有助于旋转工作流体。推力发动机500内的翼也可被用来调节发动机的多个部分的温度-即，改变热区520a的温度或改变冷区520b的温度。工作流体在热区520a中的旋转的且径向向外的流动、进入冷区520b的向上的移动、工作流体在冷区520b中的旋转的且径向向内的流动，以及进入热区520a的向下的移动沿下降流的长度延续。旋转或“扭转”的速度随有效的柱直径减小而增加。冷的工作流体以旋转的下降流的形式被更有效的运送通过空间。高流体速度是由角动量守恒引起的。发动机设计是基于通过连续地加热和冷却来移动工作流体，且使用翼(空气动力叶片)来旋转工作流体(即保持工作流体中的动量)。与推力发动机100和300不同，凭借让工作流体旋转，推力发动机500可通过具有放置在外围部分5(Mc中的不连续的翼来产生推力。图5显示了在由外围壁508a和508b 形成的外围槽(peripheral channel)内的外围翼组507的外围翼507a，该外围壁508a和 508b被附接到内部外壳503且可选择地附接到环形分隔物505。这些外围槽引导在上部部分50 和下部部分504b之间的工作流体。使用外围壁以形成外围槽，允许外围翼更灵活的定位它们关于工作流体的迎角。外围槽还可由外围翼形成，因此增加了产生推力的翼的数量。但是，外围翼必须具有关于工作流体的迎角以保持工作流体在上部部分50 和下部部分504b之间的循环。在一个实施方案中，推力发动机500使用外围翼以形成外围槽，用于工作流体在上部部分50 和下部部分504b之间流动。推力发动机500可由例如在推力发动机100中显示的温差提供动力或由例如在推力发动机300中显示的流体结构(未示出)提供动力。当流体结构被用于旋转的流体流动时，保持工作流体的循环的任何结构可被使用，包括使用轴向的或径向的旋转的叶片的组的泵。当流体结构被用于旋转的流体流动时，以与流体的相反方向旋转且使用流体和叶片之间的角速度差以产生提升力从而维持旋转的流体流动循环的推进器叶片组可更有效。在一个实施方案中，推力发动机500使用了带叶片的组的流体结构，该流体结构使用流体和叶片的组之间的角速度差以维持流体循环。在操作期间，在叶片的组处的流体角速度可为足够高的以使叶片的组不需要旋转(即没有输入动力)来维持流体循环。图7a和图7b的推力发动机700和推力发动机750分别具有由将翼组702定向在水平位置和垂直位置而引起的不同的有方向的推力。在一个实施方案中，推力发动机 700包括环形管形状的外壳701，该外壳701包围工作流体和翼组702，该翼组具有翼70加、 702b、702c和702d。工作流体以由箭头706a和706b标示的方向在外壳701的内部中循环。因此，工作流体流从内部空间703a，越过翼70 和702b流入内部空间70北，随后越过
11翼702c和702d返回到内部空间703a内。翼组702被安装到外壳701的内壁，具有空间以允许工作流体流过翼组702，所以翼组702的前边缘对于工作流体流是水平的(参见，例如翼70 的前边缘704a)。在翼组702中的全部翼是空气动力翼且因此由翼组702产生的提升力实质上是如图7a所示的垂直的。翼组702可具有被定位在外壳701内部中的任何位置的翼，包括内部空间703a和70北。翼组702可具有全部固定的翼，全部可调节的翼或固定的翼和可调节的翼的组合。推力发动机700可由外壳701内的一个或多个流体泵机械地提供动力，或通过在外壳701内产生具有不同的温度的区域是热提供动力的。当工作流体流过翼组702中的每个翼时，工作流体具有由翼的阻力和来自外壳701的内壁的摩擦引起的压力损失。该工作流体压力损失可导致工作流体速度的降低且可在翼组702中的翼上产生提升力的不平衡。用来补偿这种工作流体压力损失的一种方法是具有多于一个的流体泵或具有多于一个具有温差且在外壳701内彼此隔开放置的区域。在一个实施方案中，推力发动机700由定位在内部空间703a或70 内的流体泵机械地提供动力。在一个实施方案中，推力发动机 700由两个流体泵机械地提供动力，一个流体泵在内部空间703a中且另一个流体泵在内部空间70 中。在一个实施方案中，推力发动机700是热提供动力的，在内部空间703a和内部空间70 中产生温差。根据另一个实施方案，推力发动机700是热提供动力的，在内部空间703a和由翼70 和702b占据的内部空间之间产生温差，且在内部空间70 和由翼 702c和702d占据的内部空间之间产生温差。在一个实施方案中，推力发动机700通过在翼组702内加入加热元件和冷却元件是热提供动力的，从而在外壳701内产生带温差的一个或多个区域。用来补偿因流体压力损失引起的在翼组702提升力中的不平衡的另一种方法是成形外壳701，以使当流体流过每个翼时，工作流体流动穿过的横断面面积减小。减小横断面面积可增加工作流体速度从而补偿由于工作流体压力损失造成的工作流体速度的减小。 另外，翼组702内的可调节的翼可被控制以增加迎角，从而增加提升力，用来补偿不平衡。 在一个实施方案中，推力发动机700沿包括翼70 和702b的部分和包括翼702c和702d 的部分具有减小的横断面面积。在一个实施方案中，推力发动机700具有带一个或多个可调节的翼的翼组702，该翼组702由控制器基于工作流体压力损失来调节。当推力发动机700由热提供动力时，决定流体流动方向的一些因素是外壳701形状、相对地高工作流体温度和相对地低工作流体温度的区域的位置，以及外壳701内的控制阀。外壳内的工作流体压力可通过改变横断面面积以增加(即减少横断面面积)或减小(即增加横断面面积)工作流体速度而被控制。外壳内的具有相对高的温度的工作流体的区域可产生相对地高的工作流体压力区域，而外壳内的具有相对低的温度的工作流体的区域可产生相对地低的工作流体压力区域。因为工作流体从高压区域流到低压区域，所以外壳形状和工作流体温差可被用来迫使流体以优选的方向流动。单向阀或闸门(gate)也可被布置在工作流体路径内以迫使流体在优选的方向上。在一个实施方案中，推力发动机 700由热提供动力以在外壳701内产生带温差的一个或多个区域，其中，工作流体通过成形外壳701以具有一个或多个增加和减少的横断面面积，或通过定位带相对高温的工作流体和相对低温的工作流体的区域，或通过成形外壳701和定位相对高温的工作流体和相对低温的工作流体的区域两者被引入优选的方向。
在另一个实施方案中，推力发动机750 (图7b)是从推力发动机700通过垂直地定向翼组752改变的。翼组752被安装到外壳701的内壁，具有空间以允许工作流体流过翼组752以使翼组752的前边缘75 与工作流体流垂直。翼组752中的全部翼是空气动力翼且因此由翼组702产生的提升力实质上是如图7b中所示的水平的。翼组752可被放置在外壳701内部中的任何位置，包括内部空间703a和70北。翼组752可为全部固定的翼、 全部可调节的翼或固定的翼和可调节的翼的组合。图8显示了带旋转通过外壳801内的流体的叶片的环形管800。在一个实施方案中，推力发动机800包括外壳801，该外壳801封闭工作流体，包括翼8(^a、802b和802c的翼组802通过支撑结构811连接到轴810。外壳801具有环形空间812，该环形空间812 包含用于翼组802在其中旋转的工作流体。包括流体导向器803a和80 的流体导向器组(fluid director set)803被附接到外壳801的壁的顶部部分，且定位成形成内部空间 81 和外部空间812b。流体导向器组803被定向成以翼组802的相反的方向旋转工作流体。流体导向器组805被附接到外壳801的内壁的底部，从而提供用于工作流体流动经过的槽。翼组804被定位在由流体导向器805形成的槽内以便存在足够的空间用于工作流体在外壳801的底部内壁和翼组804之间流动。叶片组806被附接到外部空间812b中的外壳壁。推力发动机800通过旋转在外壳801外部的轴810而启动，该轴810旋转翼组802。 包括翼80h、802b和802c的翼组802的全部的翼是空气动力翼，该空气动力翼当其旋转经过工作流体时具有其实质上指向向上的提升力。这意味着翼组802中的翼具有其在底部表面上的高压力侧和在顶部表面上的低压力侧，如图8中所示。因此，翼组802当其在空间 81 的内部中旋转时向下引导工作流体，使工作流体沿外壳801的内壁移动经过由流体导向器805形成的槽，穿过翼组804进入外部空间812b且随后经过流体导向器组803。翼组 804从流过其的流体中在与翼组802的同样的方向上产生提升力。一旦工作流体流经流体导向器组803，则工作流体在翼组802的相反的方向上旋转。因此，用来在翼组802上产生提升力的工作流体速度是工作流体对于翼组802的相对速度(即，工作流体旋转速度和翼组802的旋转速度的和)。在外壳801上的扭矩当工作流体流经流体导向器组803时产生， 且在相反的方向上的扭矩当工作流体流经流体导向器组805时产生。这些扭矩之间的差异在外壳801上产生净扭矩。叶片组806可被设置成可调节的空气动力叶片，该空气动力叶片被控制以抵消该净扭矩。通常，如上文讨论的，在本发明的推力发动机中，具有较高升阻比的翼被认为更有效-即，翼对于给定的量的输入动力会产生更大的推力。具有较高升阻比的翼通常具有比具有较低升阻比的翼低的升力系数。其他因素也影响升阻比的选择(例如，功率消耗)。旋转式球状物(rotary ball)或旋转式圆柱体可被设置在推力发动机内以产生提升力。旋转式推力发动机(rotary thrust engine)可通过具有连接到推力发动机的外壳的内壁以产生扭矩的其它类型的叶片或空气动力叶片而实施。旋转的推力发动机可产生推进力(升力)。因为工作流体路径是连续的，在每个循环结束时工作流体的动能和内能被带入下一个循环。在推力发动机100中，工作流体从在热部分中供应的热获得动能和内能。当工作流体贯穿循环移动时，因为在冷部分中耗散的热和因为对于翼101和102以及其内表面
13中阻力和摩擦力造成的动能损失，所以工作流体损失内能。在推力发动机300中，当工作流体贯穿循环移动时，工作流体从流体结构107获取动能，且因为翼101和102以及内表面中的阻力和摩擦力而损失动能。在每个循环中，当由工作流体获得的动能超过动能损失时，循环结束时的工作流体速度大于循环开始时的工作流体速度。相反地，在每个循环中，当由工作流体获得的动能小于动能损失时，循环结束时的工作流体速度小于循环开始时的工作流体速度。当获得的动能等于动能损失时，推力发动机达到平衡。在这种情况中，循环开始时的工作流体速度等于循环结束时的工作流体速度。在一个实施方案中，叶片参量的调节可被实现从而能够调节迎角、增加或减小表面面积且随足以最大化L/D比或由翼产生的提升力的范围而变换。产生升力的翼可参照流体流动方向、流体速度和流体运动被倾斜、被调节，从而最大化升力产生。翼可使用一个、两个或三个轴来调节。推力发动机输出可通过改变翼参照面积(reference area)和操作迎角而被最大化。在本发明的一个实施方案中，产生升力的翼可被定位在适于推力产生的任何位置。在另一个实施方案中，推力发动机的外壳内的翼可形成用于工作流体流动的连续的或不连续的槽。槽可为封闭的或打开的。流体结构(例如流体结构107)可被放置在槽中以驱动流体流动做功来在翼上产生升力。工作流体流过在最佳迎角的高升阻比的翼可最大化产生的推力。用来运行推力发动机的动力输出的量与流体结构的外向流(outward flow)和内向流(inward flow)之间的流体角速度差相关。如在图中显示的翼和叶片被定位成最好的展示本发明中的概念。这包括显示了翼、具有零迎角的空气动力叶片和直型的其它叶片。叶片几何形状和位置取决于许多发动机设计参数，包括流体流动路径、流体运动、流体速度和用于使翼或叶片产生如所示的最大升阻比的迎角。在本申请中，翼、带翼面形状截面的叶片和翼面意味着带空气动力效果的物体。带空气动力效果的任何物体可适于实施本发明。翼是用来产生用于飞行经过空气或其它气体介质的升力的表面。翼形状通常是翼面。翼可为对称的，其中顶部表面和底部表面沿翼弦线是相等的，或可为不对称的，其中顶部表明和底部表面沿翼弦线是不相等的。对称的翼在同样数量的正迎角和负迎角的情况下提供相同的提升力，而不对称的翼在同样数量的正迎角和负迎角的情况下提供不同的提升力。对称的翼和不对称的翼都可在根据本发明的推力发动机中使用。在一个实施方案中，气体被用作在推力发动机内循环的工作流体。为了保持用于维持循环的流体流的温差，将热能转换成推力的推力发动机借助在一个或多个区域中加热和在一个多个区域中冷却而操作。推力发动机的其它配置可具有多重数量的流体结构。在推力发动机内，从每个翼产生的提升力凭借翼的升阻(L/D)比而与翼中的阻力相关。当翼的L/D比大于1时，翼的提升力可大于翼的阻力。L/D比大于10的翼是商业上可用的。推力发动机内的翼可被设计成基于在推力发动机平衡条件的情况下的工作流体速度和密度而提供所期望的L/D比。在一个实施方案中，由翼产生的推进力可大于推力发动机的重量。因为当上部部分10 和下部部分104b之间的温差较大时推进力较大，所以推进
14力可凭借调节两个部分之间的温差而被调节。推力发动机100获得由翼接收的提升力，该翼可被布置在外壳101内的任何位置，只要可产生用于外壳101的所期望的输出力的升力。提升力取决于流体流的质量。流体密度可通过压缩、冷却或压力而被增加。流体速度可通过压力或通过限制流经具体的区域的流体量而被增加。流体压力可由活塞、叶片、燃烧、热或流体量控制机构而被提供。压缩工具可为活塞、叶片或引起角动量差异的旋转室。 活塞可具有最小和最大动力情况。在一些实施方案中，热交换器可被应用到冷却或预热流体或既冷却又预热流体。 本发明的推力发动机可被安装到交通工具以使推进力以优选的方向被引导以提供交通工具的移动。推力发动机可被直接地安装到交通工具的主体或利用一个轴或两个旋转轴安装，从而提供以更多的维度引导发动机推力的方法。例如，对于汽车或船来说，具有带改变其翼的迎角的能力且利用一个旋转轴安装的推力发动机能以二维的方式引导推力(例如， 向前、反向、向左和向右)。使用推力发动机的交通工具不需要用于传递旋转的动力的部件 (例如，传递单元，齿轮或传动系统(drive train))，因为推力发动机不产生机械输出。因此，这些交通工具是轻质的，可靠的且少量维护。此外，因为推力发动机是完全闭合的系统， 所以推力发动机受其操作中的环境的影响较少。使用本发明的推力发动机的汽车或其它陆地交通工具不需要地面和轮胎之间的摩擦以用于加速(增加或减少)，防止了交通工具在泥、雪或其它危险的状况中卡住。根据本发明，使推力发动机内的工作流体运动的流体结构(即，具有叶片的组和轴的结构)可根据叶片的组的配置和推力发动机的应用而起到叶轮、推进器、泵、压缩器、 风扇或风箱的作用。在一个实施方案中，流体结构的叶片组可被径向地或轴向地布置。流体结构的叶片组可被定位在外围流体空间l(Mc中。适于在推力发动机300、500和700中使用的流体结构可为轴向的泵或径向的泵。翼、带翼型(air-foil)形状截面的叶片和翼面是带空气动力效果的物体。提供所需要的空气动力效果的任何物体可被用来实施本发明。根据本发明，叶片参量可被调节以设定所期望的迎角、表面面积且随足够最大化 L/D比或由叶片产生的提升力的范围而转换。产生推力的叶片可参照流体流动方向、流体速度和流体运动被倾斜、调节，从而最大化推力产生。叶片可被调节成具有转弯和向上或向下的水平运动。推力发动机的推力输出可通过改变翼参照面积、迎角而被最大化。能改变迎角的可调节的翼可快速地动态地调节推力动力。根据本发明，翼或空气动力叶片可包括一个或多个翼面(带空气动力效果的叶片)。将翼连接到外壳或分隔物的支撑结构可具有可调节的长度以调节一个或多个翼。具有可调节的长度的支撑结构可改变用于一个或多个翼的迎角、定向或位置。因为翼保持静止，在根据本发明的由热提供动力的推力发动机中不存在持续移动的部件。另外，根据本发明的由热提供动力的推力发动机不需要用来驱动内部运动的轴。工作流体流过在最佳迎角和高升阻比的叶片可最大化由叶片产生的升力(推力)。用来运行推力发动机的动力输出的量是流体结构的外向流和内向流之间的流体角速度差。在图中显示的叶片被定位成最好的展示本发明。这些图显示了具有零迎角的空气动力叶片和其它直型叶片。叶片几何形状和位置取决于许多发动机设计参量，包括流体流动路径、流体运动、流体速度和用来产生最大的升阻比的叶片迎角。
产生推力的叶片可被定位在推力产生可被实现的任何位置中。在另一个实施方案中，推力发动机的外壳内的叶片可形成用于工作流体流动穿过的连续的或不连续的，封闭的或未封闭的槽。用来驱动流体流的流体结构可在每个槽中被使用。上文的详述被提供以阐述本发明的具体的实施方案，且不被认为有限制性。在本发明的范围内的许多修改和改变是可能的。
权利要求
1.一种发动机，包括外壳，其包括由所述外壳包围的内部空间；工作流体，其填充所述内部空间，在操作期间所述工作流体在闭合的循环中流动；以及结构，其在所述内部空间内，所述结构在所述工作流体中在所述外壳上产生输出力。
2.如权利要求1所述的发动机，其中，所述结构包括一个或多个叶片，所述一个或多个叶片在所述工作流体的流内，且提供输出力。
3.如权利要求1所述的发动机，其中，所述内部空间被分成彼此连接的第一部分和第二部分，其中，在操作期间，温度差在所述第一部分和所述第二部分之间产生以使所述温度差提高所述工作流体在所述第一部分和所述第二部分之间的流动。
4.如权利要求1所述的发动机，还包括流体结构，其中，所述内部空间被分成彼此连接的第一部分和第二部分，且其中，所述流体结构在操作期间提高所述工作流体在所述第一部分和所述第二部分之间的流动。
5.一种发动机，包括外壳，其包括内部空间，所述内部空间被分成彼此连接的第一部分和第二部分； 工作流体，其填充所述内部空间，且所述工作流体在操作期间在所述第一部分和所述第二部分之间流动；以及一个或多个叶片，其连接到所述外壳，且在所述工作流体的流的循环路径中被定位在所述内部空间内以在所述外壳上产生输出力。
6.如权利要求5所述的发动机，其中，所述叶片是升阻比大于1的空气动力叶片。
7.如权利要求5所述的发动机，其中，所述叶片是可调节的以控制所述输出力。
8.如权利要求5所述的发动机，其中，所述第一部分包括螺旋槽，所述工作流体流动通过所述螺旋槽。
9.一种发动机，包括外壳，其包括内部空间，所述内部空间被分成彼此连接的第一部分和第二部分； 工作流体，其填充所述内部空间，且所述工作流体在操作期间在所述第一部分和所述第二部分之间流动；以及一个或多个叶片，其在所述内部空间内，在流体流的循环路径中，以在所述外壳上产生输出力，且其中，在一个循环中返回到所述第一部分的所述工作流体的内能和动能被带入下一个循环。
10.如权利要求9所述的发动机，其中，所述流体流是旋转的。
11.如权利要求9所述的发动机，其中，所述流体流是循环的。
12.—种发动机，包括外壳，其包括内部空间，所述内部空间被分成彼此连接的第一部分和第二部分； 工作流体，其填充所述内部空间；流体结构，其在操作期间相对于所述外壳是静止的且使用所述工作流体的角速度以提高所述工作流体在所述第一部分和所述第二部分之间的流动；以及一个或多个叶片，其在所述工作流体的流内在所述外壳上产生输出力。
13.如权利要求12所述的发动机，其中，所述流体结构包括推进器。
14.如权利要求12所述的发动机，其中，所述流体结构包括扩散器。
15.如权利要求12所述的发动机，其中，在操作期间，温度差在所述第一部分和所述第二部分之间产生以使所述温度差提高所述工作流体在所述第一部分和所述第二部分之间的流动。
全文摘要
根据本发明，当流体流过叶片时，升阻比大于1的叶片可产生大于叶片上的阻力的提升力。叶片可被定位在封闭的发动机内以产生大于使流体移动通过叶片所需要的力的力，从而对于封闭的发动机产生推力。推力的方向和大小可通过控制流体流动的方向而控制。根据本发明，在推力发动机内流动的流体可为气态的或液态的。本发明的推力发动机在可配置的环境中使用一个或多个翼以产生有方向的力。根据本发明的推力发动机可通过改变例如密度或速度的流体参量、翼参量(例如翼几何形状、翼的平表面面积或升力系数)、翼的数量和位置、流体怎样接收能量、流体运动、固定的或可移动的翼和流体路径而被配置。
文档编号F03G3/00GK102216614SQ200980146242
公开日2011年10月12日 申请日期2009年9月22日 优先权日2008年9月22日
发明者吴俊龙, 盖伊·西尔弗 申请人:吴俊龙, 盖伊·西尔弗