螺旋管道流体动力推进装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种既不消耗工质也不利用工质排放或者利用外部参照物形成反推力，而仅通过自身物理运动能自主形成反推力的螺旋管道流体动力推进装置。它是将在纵向螺旋环绕方向上，其螺旋环绕直径或者螺距或者螺旋角发生变化的螺旋管道(1)与流体泵(2)管道相连接，形成全封闭管路，且螺旋管道(1)与流体泵(2)固定为一体或分别安装固定在物体上。在流体泵驱动下，当流体高速流过螺旋管道时，受螺旋管道变化的螺旋角影响而改变了流体惯性运动的方向，从而使流体对螺旋管道产生在纵向中心线(3)方向上的矢量和压力，结果使螺旋管道与流体泵形成的推进装置产生推力，此推力可以作用于物体对物体做功，因此而自主形成推力。
【专利说明】螺旋管道流体动力推进装置
【技术领域】:
[0001]本发明涉及一种动力推进装置，尤其涉及一种利用流体物理运动产生动力的推进
>J-U装直。
【背景技术】:
[0002]传统动力推进装置，尤其是航天领域的动力推进装置，均是通过消耗工质和利用工质的排放而形成反推力，使航天运动物体运动。但由于它们要消耗工质且工质多以化学能转换为推力而耗尽，从而不能持久给航天运动物体提供长期的动力。因此，对于需持久获得动力供给的一些航天运动物体带来动力供应不足等问题，同时，对于在非航天领域的其它领域，对动力推进方式有区别于传统方式的特殊要求时，带来选择的困难。
[0003]针对上述问题，本发明的目的是:提供一种既不消耗工质，也不利用排放工质或者利用外部参照物形成反推力，而利用自身作物理运动，以物理能形式自主形成反推力的一种动力推进装置，以解决上述问题和不足。
【发明内容】
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[0004]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:它包括用材料制作形成的螺旋管道和流体泵，其螺旋管道呈纵向螺旋环绕后与流体泵管道连接，形成全封闭管路，且螺旋管道纵向螺旋环绕的直径或者螺距或者螺旋角是变化的。螺旋管道流体泵可以是以各种机械运动形式工作的液体泵、气体泵，也可以是以非机械运动形式工作的固态电磁泵、离子泵。其流体可以是各种液体、气体或等离子体。在螺旋管道与流体泵管道中均充满流体，工作时，流体泵驱动流体在螺旋管道内高速流动，由于螺旋管道螺旋环绕的直径或者螺距或者螺旋角是变化的，造成流体通过时形成纵向曲线运动，因此改变了流体运动的方向，流体在螺旋管道内对螺旋管道产生运动惯性冲击压力，其冲击压力矢量和的作用力方向与螺旋管道纵向环绕的中心线方向一致，于是螺旋管道在这一中心线方向上受到推力。由于螺旋管道与流体泵是形成一个相互固定的整体，或者是一体化结构，或者是分别安装固定在物体上，形成推进装置，当推进装置作用于物体，物体将受到推力或者因推力而运动，从而实现了本发明目的。
[0005]由于采用上述技术解决方案，本发明的有益之处在于:流体通过在全封闭的螺旋管道内做高速运动，即可产生推力而对物体做功，无需任何外部工作介质介入，不消耗工质，可以很方便的使用清洁能源，如电能，作为流体泵动力能源，而且推进装置不产生高温高热和辐射，也不会泄漏排放有害物质，结构简单，制造工艺技术难度小，产品成本低。
[0006]上述有益之处使它应用于以下各领域具有一些特殊的优点:
[0007]1.当应用于星际飞行器时，推进装置整个可隐藏于飞行器内部，宇航员不用出舱即可很方便的检修维护该推进装置。
[0008]2.当应用于潜水艇时，推进装置整个可隐藏于潜水艇内，安全性好，也便于维护，且工作噪声小，可提高抗声纳探测的隐蔽性。[0009]3.当应用于隐形飞行器时，因没有尾气排放和热辐射产生，且可隐蔽在飞行器内，从而可进一步提高其隐形效果。
[0010]4.当应用于普通飞行器时，可先让普通飞行器以常规动力如喷气发动机使飞机飞离大气层后，再使用太阳能和储备电能驱动该推进装置获得一定升力和加速度推力，长时间的加速度飞行和爬升后可使飞机进入地球轨道成为太空飞船。
[0011]5.当应用于人造卫星时，可作为卫星太阳能动力推进装置。
[0012]6.当应用于氦气球时，可先让氦气球上升至地球大气层接近真空高度，再使用太阳能电能和储备电能驱动该推进装置工作，使氦气球获得一定升力和推力继续上升和逐渐加速度绕地球飞行，长时间的加速度飞行和爬升后可以进入地球轨道成为太空飞船。当返回地球时，可让推进装置减小各方向动力，让氦气球缓降至大气层，然后关闭推进装置，再利用太阳能电能和储备电能供给压缩机将气球部分氦气收集到压缩舱，以降低气球浮力，同时又可以保存氦气而不造成排放的浪费，最后让气球缓降到地面，降落中如遇紧急情况还可以从压缩舱再次向气球充气使其上升。这样，无须以高空高速坠入大气层的方式就能返回地面。采用这种方式可实现低成本的大众化氦气球太空旅行。
[0013]7.当应用于玩具领域时，可作为形形色色玩具新颖、有趣的动力推进装置。
【专利附图】
【附图说明】:
[0014]图1是该推进装置螺旋管道纵向螺旋环绕为圆锥形的结构示意简图。
[0015]图2是该推进装置螺旋管道纵向螺旋环绕为圆柱形的结构示意简图。
[0016]图3是该推进装置螺旋管道采用内外叠层组合的结构示意简图。
[0017]图4是该推进装置螺旋管道采用多个并联组合的结构示意简图。
[0018]图5是该推进装置螺旋管道采用多个串联组合的结构示意简图。
[0019]图6是该推进装置螺旋管道平面展开示意图。
[0020]图7是普通等螺距等环绕直径的螺旋管道平面展开示意图。
[0021]图8是该推进装置应用于碟形飞行器的工作原理简图。
[0022]图9、图10是该推进装置连接有储能器的工作原理简图。
[0023]图11是该推进装置一个完整的模型结构半剖视图。
[0024]图中:1.螺旋管道、2.流体泵、3.纵向中心线、4.叠层螺旋管道、5.顶盖、6.机身、
7.储能器、8.上盖板、9.电源线、10.电源箱、11.电动机、12.泵内腔、13.流入口、14.凸起墙、15.内圆体、16.外圆体、17.下盖板、18.流出口、19.风扇。
【具体实施方式】:
[0025]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0026]图1中，用材料制作形成的螺旋管道(I)呈圆锥形纵向螺旋环绕后与流体泵(2)的管道相连接，形成全封闭循环管路，其螺旋管道纵向螺旋环绕直径由小到大或者由大到小连续渐变，而纵向螺旋环绕螺距不变。当流体在螺旋管道中高速流动时，渐变的螺旋管道纵向螺旋环绕直径弓丨起螺旋管道其纵向螺旋环绕的螺旋角变化，从而使流体运动的方向发生纵向曲线变化，由于流体的运动惯性作用，对管道产生冲击压力，其冲击压力矢量和作用力的方向与螺旋管道纵向环绕的纵向中心线(3)方向一致，于是使螺旋管道在这一特定方向受到推力。由于用材料制作形成的螺旋管道是与流体泵彼此相互固定为一个整体的，或者是一体化结构，或者是分别安装固定在物体上，形成推进装置，当该推进装置作用于物体，物体将受到推力或者因推力而运动；由于物体和推进装置运动的方向不与流体在螺旋管道内运动的方向相冲突，所以物体的运动不会受到抑制。
[0027]图2中，与图1的不同之处仅在于:图2螺旋管道⑴是呈圆柱形纵向螺旋环绕后与流体泵(2)的管道相连接，其纵向螺旋环绕的螺距是由大到小或者由小到大连续渐变，而螺旋管道纵向螺旋环绕直径不变。连续渐变的螺距引起螺旋管道其纵向螺旋环绕的螺旋角变化，从而使流体在管道中运动的方向发生纵向曲线变化，结果同图1 一样，由于流体的运动惯性作用，对管道产生冲击压力，最后获得的推力效果与图1 一致。
[0028]由于螺旋管道在受到流体纵向推力的同时，也受到一个绕纵向中心线(3)的圆周方向作用的扭矩力，其力的方向与螺旋管道纵向螺旋环绕的变化方向有关，与流体在螺旋管道中的流动方向有关，如果想消除这种扭矩力，螺旋管道应该成对设置并反相布局，还可以通过在各管道上分别设流体泵，去控制流体在各螺旋管道内的流动强度和流动方向来平衡抵消这种扭矩力，因为扭矩力大小与流体在螺旋管道中的流动强度有关。当然其扭矩力也可以利用起来，可用来控制物体的旋转方向和旋转速度。图3、图4、图5就是采用两组以上螺旋管道成对布局的示意图，其中图3是内外嵌套两层以上多层螺旋管道，除了能抵消掉上述扭矩力外，因为增加了螺旋管道环绕圈数，可增加推力，使推进装置效能提高。如此可以成对嵌套更多层的螺旋管道。图4是成对并联组合原理，图5是成对串联组合原理。除了可以采用图3那样绕同一轴心线嵌套组合外，还可以采用独立分组串并联组合，集成为一个动力组件模块，其获得的效果和图3是一样的。本发明螺旋管道这种特性，很类似于电路中电感线圈的特性，可以任意串并联组合，其环绕圈数或其组合越多效能越好，这可以按电感线圈的工作原理来理解。但是，如果螺旋管道既是等螺距又是等环绕直径的结构，流体不会对其产生推力作用，螺旋管道环绕圈数再多，流体动能再强也是毫无意义的。如果将本发明螺旋管道和普通螺旋管道由绕圆周环绕展开成平面图后，以X坐标表示该螺旋管道纵向环绕高度，以Y坐标表示该螺旋管道展开后的总周长。从图6和图7对比可以看出，本发明(图6所示)推进装置的螺旋管道实际整个是弯曲的，而普通(图7所示)的螺旋管道实际是直线的，出现这样的差异实际就是螺旋管道纵向环绕螺旋角有连续变化和没有变化的表现，从而使高速运动的流体流经弯曲的螺旋管道时会表现出类似作圆周运动时产生的“离心力”，而流经笔直的螺旋管道时没有这种“离心力”形成，本发明推进装置正是利用这种离心力产生的惯性运动作用力冲击弯曲的管道才会形成上述定向推力。当将展开的管道平面还原为螺旋管道后，其离心力就变为螺旋管道纵向中心线(3)方向的矢量推力。不难分析，图1的螺旋管道受推力方向是向下的，而图2螺旋管道受推力方向是向上的，而且推力方向与流体运动方向和螺旋管道纵向螺旋环绕方向均无关，只与螺旋管道纵向螺旋环绕直径或者螺距或者螺旋角大小变化的方向有关，只要把这种变化方向颠倒后，其推力的方向就相反。
[0029]图8所示为该推进装置应用于碟形飞行器的工作原理简图。多层叠层螺旋管道
(4)设计成纵向环绕的倒圆锥形结构，并置于飞行器倒圆锥形机身(6)内，呈倒圆锥形的螺旋管道布局能使飞行器获得向上的升力，还可以与机身很好的在空间形状上匹配融合，顶盖(5)内为驾驶舱，飞行器上再配置方向运动推进装置，可使碟形飞行器在三维空间运动自如。通过控制成对组合对称配置的两组叠层螺旋管道中流体的动能差异，可控制流体运动所形成的两个反方向扭矩力的大小，从而能控制飞行器旋转方向和旋转速度。假如将碟形飞行器的螺旋管道用轻薄的材料制作，并以氦气作为流体，以一定的气压充足于螺旋管道中，且螺旋管道又充满整个飞行器机身内，那么氦气的浮力将使整个飞行器处于微小重力状态，此时以氦气作为流体，可用不大的动量在管道内流动即可使飞行器升起，当飞行器飞离大气层后，将氦气在管道内流动的动量增大，以增大其升力，同时在绕地球运动的方向上对飞行器施加一定推力，那么在大气层以外加速度运动的蝶形飞行器将逐渐会环绕地球轨道飞行而成为太空飞船。
[0030]螺旋管道的螺旋平面环绕形状可以是呈圆形螺旋环绕或者非圆形螺旋环绕，其管道截面形状可以是圆形或者非圆形，管道所用材料可以是塑料、陶瓷、金属或者复合型材料等。制作螺旋管道的方法，可以是将中空的管材弯曲成型；可以是将实心的立体材料挖空成型；也可以是将材料组合成型等。推进装置产生推力的大小，跟流体泵的功率，流体流动性能、流量、速度、质量，螺旋管道有效圈数、螺旋角变化速率(即:纵向环绕螺距与直径变化速率)以及管道对流体的摩擦阻力等均有关系，合理设计和降低各种损耗才能发挥该推进装置最大效能。如果使用金属汞或者等离子导电性流体，那么流体泵可以使用电磁泵或者离子泵作为流体驱动器，电磁泵和离子泵是采用电磁场做功，无机械运动部件，全固体化结构，工作稳定可靠，使用寿命长，因整个推进装置螺旋管道和流体泵管道是全封闭的循环回路，并且是一体化结构，结构紧凑、牢固，在推进装置使用寿命期内可以免维护。如果螺旋管道为导电金属管道并通以一定频率的强交流电流，那么流经管道内的金属汞或等离子因电磁感应作用而悬浮于管道中，这样可大幅降低管道对流体的摩擦阻力，从而可提高流体动能。另外，因流体流动方向的改变不会改变推进装置的推力方向，这给使用流体泵的类型选择带来方便，可以使用交流泵作驱动器。
[0031]图9、图10所示，在螺旋管道(I)与流体泵(2)的连接管道上可以串连或者并联一储能器(7)，而流体泵(2)为交流泵，交流泵可使流体流动方向周期性变化，这样流体在方向交变流动的一个周期内，对储能器内的蓄气囊分别在两个方向各压缩一次，由于流体有一定质量和加速度运动惯性，流体的运动惯性作用于蓄气囊，而蓄气囊被压缩的弹性还原性使流体反向运动，结果蓄气囊会与流体形成一固有机械振荡频率。当交流泵的工作频率与该固有机械振荡频率一致时，将产生共振，此时将在螺旋管道中产生最强的流体动能，推进装置将产生很大的推力，但交流泵并不会消耗很多功率。这种工作原理好比电路中的电磁振荡现象，其螺旋管道好比电感线圈，储能器好比电容器，而螺旋管道中的流体好比电感线圈中的电流，流体泵(即交流泵)好比电磁振荡激励源。如果流体是气态物质，储能器
(7)就不必采用蓄气囊方式，只要去掉蓄气囊变为蓄气室即可。等离子体和气态汞是导电性的气态物质，可以作为交流电磁泵和交流离子泵驱动的共振源流体。如果交流泵采用LC电磁振荡方式工作，其电磁振荡频率与推进装置机械振荡频率发生共振的话，那么本发明推进装置将可高效率的工作，由于螺旋管道长度和储能器容积随共振频率越高就要做得越小，使推进装置体积与重量就可以变得越小，作为飞行器就可以减轻重量，这对飞行器很有利。图9是蓄气囊式储能器与螺旋管道和流体泵串联，图10是蓄气囊式储能器与螺旋管道和流体泵并联，这样的串联或并联连接，也很像LC电磁振荡电路的串联谐振和并联谐振特性一样，效果是相似的。假如储能器与螺旋管道和流体泵形成串联谐振，那么流体泵需要能够输出较大的流体流量，但不需要输出较高流体压力，而假如形成并联谐振，那么相比串联谐振，流体泵则需要输出较高的流体压力，但不需要输出较大的流体流量，串联与并联输出特性是相反的。这与LC电磁振荡电路串联与并联谐振阻抗特性也相似，电路串联谐振时振荡源回路阻抗低，而电路并联谐振时，振荡源回路阻抗高。因此，可以根据推进装置实际设计需要，选择是采用串联谐振还是采用并联谐振工作方式。
[0032]图11所示为本发明推进装置一个完整的模型结构半剖视图。内圆体(15)的外围圆周上呈现有凸起墙(14)，该凸起墙(14)呈纵向螺旋环绕状态。外圆体(16)的内壁与凸起墙(14)的外沿紧密结合，从而形成封闭螺旋管道(1)，上盖板(8)与下盖板(17)将内圆体(15)与外圆体(16)上下两端面封闭密合，使泵内腔(12)、流入口(13)、流出口(18)与螺旋管道(I)形成连通的全封闭循环管路，泵内腔(12)与流入口(13)和流出口(18)形成流体泵(2)的管道，并与电动机(11)、风扇(19)组成一完整的流体泵，因此，整个推进装置形成一体化结构。
[0033]由于凸起墙(14)的纵向螺旋环绕螺距是连续渐变逐渐增大的，所形成的螺旋管道矩形截面积也呈连续渐变逐渐增大，但不影响螺旋管道具有的功能，它任然形成螺距变化的螺旋管道。而且，可以将圆柱形的内圆体(15)与外圆体(16)做成倒圆锥形则可抵消螺旋管道矩形截面的增大。该矩形螺旋管道(I)的形成，是内圆体(15)与外圆体(16)两种材料的组合结果，所以螺旋管道(I)实际就是用材料制作而形成的。
[0034]当电源箱(10)内的电力通过电源线(9)驱动电动机(11)带动风扇(19)旋转，假如流体是空气，那么空气将沿箭头所示方向运动，从流出口(18)流进螺旋管道(I)内，经过螺旋管道(I)的循环流动后，从流入口(13)流回泵内腔(12)，这样不断循环流动，由于螺旋管道(I)的纵向螺旋环绕螺距是从上往下连续渐变逐渐增大，因此所受气流运动惯性作用力的矢量和方向是向上的，所以整个推进装置将受到向上的推力。由于风扇(19)的旋转将产生反扭矩力，控制风扇(19)的旋转方向，并对推进装置进行合理设计与布局，其风扇反扭矩力可与螺旋管道内流体运动形成的反扭矩力相抵消，可使推进装置不受到任何旋转方向的扭矩力作用。验证其推进装置产生推力的方法，可以将推进装置置于天平秤或者电子秤上，将推进装置启动与不启动两种情况计量数据进行对比，即可得知结果。
【权利要求】
1.螺旋管道流体动力推进装置，它包括用材料制作形成的螺旋管道(I)和流体泵(2)，其特征在于:螺旋管道(I)呈纵向螺旋环绕后与流体泵(2)管道连接，形成全封闭管路，其螺旋管道(I)纵向螺旋环绕直径或者螺距或者螺旋角是变化的。
2.根据权利要求1所属的螺旋管道流体动力推进装置，其特征是:螺旋管道(I)纵向螺旋环绕直径由大到小或者由小到大连续渐变，引起其纵向螺旋环绕的螺旋角渐变，而纵向螺旋环绕螺距不变。
3.根据权利要求1所属的螺旋管道流体动力推进装置，其特征是:螺旋管道(I)纵向螺旋环绕螺距由大到小或者由小到大连续渐变，引起其纵向螺旋环绕的螺旋角渐变，而螺旋管道纵向螺旋环绕直径不变。
4.根据权利要求1所属的螺旋管道流体动力推进装置，其特征是:在螺旋管道(I)与流体泵(2)的连接管道上可以串联或者并联一储能器(7)。
【文档编号】B64D27/02GK103786887SQ201210417438
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年10月29日 优先权日:2012年10月29日
【发明者】戴建宾 申请人:戴建宾