专利名称：大型游艺机飞碟的制作方法
技术领域：
本发明涉及旋转的大型游艺机，具体地说是具有视线封闭的扁平壳体的大型飞 碟，游客可在平稳自旋转动的飞碟内自由活动。
背景技术：
现有的各种旋转游艺机一般都是敞开的，游人可以观察到周围景物的旋转，容易 产生晕眩感，而且游人往往被安全带束缚在椅子上，是一种被动的体验。本发明的大型游艺机飞碟，平稳地自旋，游人在视线封闭的飞碟内部不会产生晕 眩感，而且可以自由活动，感受(离心力与重力产生的)弯曲的合力场中的各种神奇现象 例如水向上流、人在壁上走。
发明内容
大型游艺机飞碟，由壳体(包括安装于壳体内的各种娱乐设施)、支撑体系、驱动 系统、定位装置以及水平基座构成。壳体为视线封闭的中空结构，外观为扁平的圆形(类似 扁平的圆面包)壳体底部为水平的圆形平面，壳体上部扁平的穹顶经由倾斜的环形侧壁 平滑地连接到底部边缘；壳体下部设有承重结构、定位机构和驱动系统，飞碟壳体在驱动系 统的作用下，在水平基座上平稳地自旋转动，游人可在中空的壳体内自由活动。飞碟壳体的 半径R，一般应为10-25米，使游人在其中有足够的活动空间。飞碟自旋的转速与壳体的半 径有关，具体说明见实施例。飞碟壳体的支撑体系有以下几种模式1.轮式承重体系飞碟壳体下部沿周边设置的轮系，该轮系包括安装于壳体底部 的轮架，和装于轮架上的承重轮，承重轮可以采用汽车轮胎，轮架上装有减振器。2.气垫承重体系该气垫由安装于壳体底部的环形围裙与水平基座内的水池所 封闭，气垫内的空气压力大于一个大气压。气垫内的压力检测机构控制气泵或鼓风机的工 作，使气垫保持适当压力。3.综合采用气垫和轮系支撑，由气垫承担大部分壳体重量，轮系承担少部分重量， 但轮系可使壳体保持水平，承担大部分不平衡力。为了使飞碟壳体自旋的轴心保持稳定，可采用两种方式定位1.中心定位在壳体底部中央安装垂直的中轴，并在水平基座中央安装与之匹配 的轴承和轴承座，飞碟壳体围绕中轴自旋。2.边缘定位壳体底部周边安装水平的定位轮，水平基座周边建有环形限位墙， 定位轮压在限位墙上。
图1.大型游艺机飞碟的剖面示意图(气垫支撑，中心定位)图2.飞碟侧壁受力分析图
图3.飞碟内部离心力与重力的合力矢量图
图4.飞碟内部游客观感示意图
图5.飞碟内部设施安装示意图(俯视图)
图6.飞碟内部结构剖面示意图
图7.大型游艺机飞碟的剖面示意图(气垫和轮系支撑，中心定位)
图8.大型游艺机飞碟的剖面及底面示意图(气垫和轮系支撑，边缘定位)
图9.飞碟外观侧视图
附图标注(1)飞碟壳体( 水平基座(包括基座上的设施)C3)地基(4)飞碟中
轴(5)大型推力轴承(6)大型柱面轴承(7)轴承座(8)环形气密围裙(9)环形水池(10)气 垫(11)驱动电机及减速器(1 轮架(1 承重轮(14)球面轴承(1 定位轮(16)环形限 位墙(17)圆形水池(18)水平滑梯(19)弯曲的保龄球道00)篮球架台球桌02)扶 梯(23)台秤(24)舞池(25)倾斜环形侧壁(26)齿轮(27)扶梯栏杆(28)扶梯台阶面(29) 游人(30)游人甲(31)游人乙(32)射灯(33)彩灯(34)图案(35)合力矢量(36)飞碟侧 壁
具体实施例方式以下结合附图，具体描述各项实施例。实施例1.气垫支撑，中心定位的飞碟飞碟壳体(1)为扁圆形的结构，形似圆面包。其剖面如图1所示顶部为弧形，侧 壁与水平底面夹角为Φ，顶部与侧壁、以及侧壁与底面之间平滑过渡。飞碟底面中心下方 装有中轴G)，底面周边装有环形气密围裙(8)；水平基座O)的地基(3)上设有环形水池 (9)，池水与气密围裙以及飞碟底面之间形成封闭的悬浮气垫(10)，其中的气压大于外部的 大气压力。基座O)的中央设有轴承座(7)，轴承座内装有大型推力轴承( 和柱面轴承 (6)，两个轴承套在中柱(4)上；轴承座旁边安装了驱动电机和减速器(11)，通过齿轮06) 驱动主轴(4)带动飞碟自旋。气垫(10)承担飞碟重量的90-95%，推力轴承( 承担其余 的5-10%。气垫使飞碟底部受力均勻，有利于减轻飞碟结构重量。在飞碟平稳旋转的过程中，为了使游人可以垂直于倾斜的侧壁站立，，飞碟自旋的 角速度ω应满足如下关系式ω =V tan Φ · g/R，式中，g为重力加速度，R为飞碟壳体的 半径。在这一转速下，(飞碟侧壁上)离心力与重力的合力垂直于倾斜的侧壁，使游人可以 直立于侧壁上，如图2所示πιω4为游人所受到的离心力，mg为游人的体重，F为游人所受 的合力。本例中，飞碟壳体的半径R= 16米，侧壁的剖面线与水平面的夹角Φ =45°，飞 碟自旋的角速度ω = V tan(45° ) · g/R = 0. 7826弧度/秒，即8. 03秒自旋一周。为了使游人所受的合力不大于其体重的V 2倍(约1.4倍)，侧壁的倾角一般不大 于 45°。游人在视线封闭的飞碟壳体内，是以飞碟内部景物作为参照系，由于飞碟自身是 旋转的，在旋转参照系中，(相对于惯性参照系)增加了两种特有的力离心力和科里奥利 力(简称科氏力)。一 .离心力在飞碟内部任意一点，物体受到的离心力 · = πι·ω2·Γ式中m为 物体质量，ω飞碟自旋的角速度，r为该点到飞碟中心的距离，离心力的方向是从飞碟的中心指向边缘；物体受到的重力F = m 方向是垂直向下的。任何相对于飞碟静止的物体， 都受到离心力和重力的双重作用。图3所示为飞碟内部各点，离心力与重力的合力矢量图， 矢量(36)的方向代表该处合力的方向，矢量的长度代表合力的大小；矢量图形象地显示了 飞碟内部稳定的、弯曲的合力场。通常，人对于上、下方向的感觉完全取决于重力的方向；在空间轨道，宇航员失去 了重力，也就失去了上、下的方向感；在飞碟内部，游人对于上、下的方向感完全取决于合力 的方向，如图4所示站在飞碟侧壁上的游人(30)感觉自己是站在水平位置，飞碟底面是向 上倾斜的，而对面侧壁上的游人(31)是横着站立的。同样，游人(31)感觉自己是站在水平 位置，看见对面侧壁上的人(30)是横着站立的。基于飞碟内部弯曲的合力场，可以在飞碟底面设置各种娱乐设施，如图5(俯视 图)所示从飞碟底面的中央到边缘设有两条水平的扶梯0 和两条水平的滑梯(18)。扶 梯和滑梯将飞碟底面隔成四个象限，第一象限安装了两个台球桌(21)，第二象限设置了三 条弯曲的保龄球道(19)，第三象限为舞池(M)，第四象限设置了 4只台秤和两个篮球 架00)。飞碟底部边缘为倾斜的环形侧壁05)。在飞碟内部，由于离心力和科氏力的共同作用，投出的篮球和保龄球会沿曲线前 进，增加了投掷的难度和趣味性；台球也只能歪打正着；在舞池内，游人像在倾斜的山坡上 跳舞；游人在各台秤上称量的体重也不同越靠近飞碟边缘体重越重。人在倾斜的环形侧 壁上行走，如履平地，顺着飞碟自旋的方向行走体重会进一步增加，反向行走则会降低。如图6所示，水平的扶梯的台阶面( )，倾斜度从中央到边缘逐级加大，边缘处为 45度。游人09)可扶着扶梯的栏杆(XT) “向上”攀登到底面中央，然后顺着滑梯(19) “向 下”滑到底面边缘，在飞碟内部弯曲的合力场中，游人向上、向下的感觉是直观、真实的。二.科里奥利力在自旋参照系中，科里奥利力f。= 2m ·νX ω式中f。、v和ω都 是矢量，X表示两个矢量的外积符号。如果飞碟是逆时针旋转的，游人在飞碟底面上行走 时，则会受到向右的偏转力；如果飞碟是顺时针旋转的，则会受到向左的偏转力。例如一 个60体重公斤的人，以每秒1米的速度在上述飞碟底面上(不论向任何方向)行走，都会 受到约9. 6公斤侧向的科氏力；如果以每秒0. 5米的速度行走，则只会受到4. 8公斤的侧向 力。地球本身就是一个巨大的旋转体，我们生活在地球上，自然以地球为参照系，为什 么感觉不到科氏力呢？原因在于地球自转的角速度太低，科氏力对行人的作用很小，不易 觉察。但科氏力对地球上的宏观物理现象却有着显著的影响，例如台风云系自旋的方向， 在北半球是逆时针的，而在南半球则是顺时针的；北半球河流的左岸被河水冲刷得较厉害， 而南半球河流的右岸被冲刷得较厉害。这些都是科氏力作用的结果。在飞碟内部，游人可以明显地感受到科氏力的作用，除了新奇感以外，更有科普教 育的效果。人们在飞碟内，还可以通过单摆试验观察科氏力和离心力的作用测定各处摆平 面的变化周期以及单摆的频率。实施例2.气垫和轮系支撑，中心定位的大型飞碟如图7所示飞碟壳体(1)的底面边缘均勻地安装了承重轮系轮架(12)安装于 飞碟(1)底面下方，轮架上安装了承重轮(13)；此外，飞碟底面下的气垫悬浮结构与实施例 1相同。飞碟底面中心下方也装有中轴G)，但其上的轴承(14)为球面轴承，允许中轴在一定范围内倾斜；轴承的外环与轴承座之间为滑动配合，允许中轴带着球面轴承上下滑动，这 样中轴就不承受飞碟的重量，中轴与飞碟底面之间也不会产生过大的扭矩，中轴仅仅起到 中心定位的作用。本例中，飞碟壳体(1)扁平的穹顶经由弧形的侧壁(36)平滑地连接到底面边缘， 飞碟侧壁的剖面线为弧线。本例飞碟的半径队=20米，飞碟自旋的角速度ω = V g/札= 0. 7弧度/秒，即自旋周期为9秒，在这一转速下，游人在飞碟边缘所受的合力为体重的1. 4 倍。一般来说，这种飞碟的转速应选择在0.6 V g/R至1. 1 V g/R的范围内，最佳为V g/R。 不论采用何种转速，飞碟运转时转速必须高度稳定。实施例3.气垫和轮系支撑，边缘定位的大型飞碟如图8. a所示地基(3)上建有圆形水池(17)，在飞碟⑴底面以及气密围裙⑶ 之间形成气垫(10)。如图8. b所示在飞碟底面周边设有承重轮(1 和定位轮(15)，定位轮(1 压在 环形限位墙(16)上。(见图8. a)装有承重轮的飞碟，其驱动系统可以装在轮架(1 上，甚至可以将汽车的底盘和 发动机改装后安装在飞碟底面周边。由于飞碟的直径很大，尽管采用了气垫，飞碟的底部和侧壁还是要有足够的刚性 和强度，可采用钢板焊接成形，再用工字钢加固；穹形顶部可采用双层轻型玻璃钢结构，以 减轻重量并具备隔热保温的作用。为保持飞碟内部空气新鲜，可在飞碟顶部或侧面安装一 些百叶窗。还可在飞碟内部安装空调设备。飞碟的电源可通过电刷从外部导入。一个直径40米的飞碟，重量可达150吨，飞碟底部气垫的面积为700平方米，气垫 中气压比外部高0. 02个大气压，则气垫承受140吨重量，轮系承受10吨重量。如图9所示飞碟壳体外部绘有色彩绚丽的图案(34)并装有各种彩灯(3 和射 灯(3 ，图案中，在云间游弋的飞龙，好似绕着飞碟在徐徐游动，各种彩灯、射灯在夜晚将飞 碟装点得灿烂夺目，动感十足，为旅游景点增光添彩。也可以将飞碟外表装饰成科幻影片中 的飞碟，营造神秘、亦真亦幻的天外来客。
权利要求
1.大型游艺机飞碟，由飞碟壳体、支撑体系、驱动系统、定位装置以及水平基座构成，其 特征在于飞碟壳体为视线封闭的中空结构，外观为扁平的圆形；壳体下部设有承重轮和 气垫悬浮体系，并设有中心或边缘定位机构以及飞碟驱动系统，飞碟壳体在驱动系统的作 用下，在水平基座上平稳地自旋转动，游人可在中空的壳体内自由活动。
2.根据权利要求1所述的大型游艺机飞碟，其特征在于飞碟壳体下部的支撑体系，是 沿底部周边设置的轮系，该轮系包括安装于壳体底部的轮架，和装于轮架上的承重轮。
3.根据权利要求1所述的大型游艺机飞碟，其特征在于飞碟壳体下部的支撑体系是 封闭的悬浮气垫，该气垫由壳体底部、底部周围的环形气密围裙以及环形水池内的水所封 闭，气垫内的压力大于一个大气压。
4.根据权利要求1所述的大型游艺机飞碟，其特征在于飞碟壳体下部的支撑体系由 封闭的悬浮气垫和沿底部周边设置的轮系共同构成。
5.根据权利要求1所述的大型游艺机飞碟，其特征在于壳体下部的定位机构为安装 于壳体底部中央的中轴以及设于水平基座中央的轴承及轴承座。
6.根据权利要求1所述的大型游艺机飞碟，其特征在于壳体下部的定位机构为安装 于壳体底部周边的水平定位轮以及设于水平基座周边的环形限位墙，定位轮压在环形限位 墙上ο
7.根据权利要求1所述的大型游艺机飞碟，其特征在于飞碟壳体底部为水平的圆形 平面，壳体上部扁平的穹顶经由倾斜的环形侧壁平滑地连接到底面边缘。
8.根据权利要求1所述的大型游艺机飞碟，其特征在于飞碟壳体扁平的穹顶经由弧 形的侧壁平滑地连接到底面边缘，侧壁的剖面线为弧线。
9.根据权利要求1所述的大型游艺机飞碟，其特征在于壳体内部的底面设有从中央 辐射到边缘的水平扶梯和滑梯，扶梯的台阶面与水平面的夹角从中央到边缘逐级增大；飞 碟底面上还设有台球桌、弯曲的保龄球道、舞池、台秤、和篮球架。
10.根据权利要求1所述的大型游艺机飞碟，其特征在于壳体外部绘有色彩绚丽的图 案并装有各种彩灯和射灯。
全文摘要
大型游艺机飞碟，为视线封闭的中空结构，外观为扁平的圆形；壳体下部设有承重轮和气垫悬浮体系，并设有中心或边缘定位机构以及飞碟驱动系统，飞碟壳体在驱动系统的作用下，平稳地自旋，游人在视线封闭的飞碟内部不会产生晕眩感，而且可以自由活动，感受(离心力与重力产生的)弯曲的合力场中的各种神奇现象例如水向上流、人在壁上走。旋转的飞碟外部绘有色彩绚丽的图案，并装有各种彩灯和射灯，为旅游景点增光添彩。
文档编号A63G1/10GK102091419SQ200910261990
公开日2011年6月15日 申请日期2009年12月15日 优先权日2009年12月15日
发明者黄上立 申请人:黄上立