一种反重力技术原理和装置的制作方法

文档序号:44028263发布日期:2025-12-12 19:50阅读:38来源:国知局
技术简介:
在此之前,我需要仔细阅读用户提供的详细专利内容,以确保总结准确且符合要求。
关键词:用户提供的专利内容描述了一种反重力装置及其技术原理,涉及共轭主轴、悬浮转子、驱动双轴、各副轴及其驱动臂等组件的协同工作。

本发明属于力学、动力技术和机械设计领域,涉及一种反重力及其技术原理与装置。


背景技术:

1、自从英国科幻小说作者威尔斯描述”反重力”以来,反重力就成了人类一个多世纪的梦想。有这样一种预言:如果反重力确实存在,汽车、火车、轮船,所有你能想到的交通系统,就都可以通过反重力加以驱动,那么,这将足以改变整个世界。威尔斯描述的″反重力″,是指可以克服重力、使物体悬浮升空的一种力量。把这一力量放在物理学中考量,那么根据牛顿第三定律,该“反重力”就必须是一种给物体的作用力的反作用力,当这个反作用力大于物体的重力时,这个物体就可以实现悬浮和飞行。

2、时至今日,人类克服重力实现飞行,主要是靠火箭推力和空气动力。在人类历史上,已经使用过的自重最大的运载火箭,是土星5号运载火箭(saturn v),其功率为17560万马力,总推力达3408吨,其单位功率的推力为0.0264kgf/1kw。而现有的空气动力,最先进的单位功率的升力,大致为5~10kgf/1kw。其他诸如热气球、等离子体推进器等,还都无法与这两种力量比功率、比大小、比实用性,还不能作为普通的动力广为使用。正因为如此,在现实情况下,但凡涉及上述的“反重力”,仍就成为世界科学界和航空航天界的禁忌话题,其原因是它还没有被科学家们充分认识和发明。

3、其实,已知的可以克服重力的力量,是广泛存在并被使用着的,这就是离心力。在工业领域早被广泛使用的振动电机,就是一种输出离心力的应用实例。比如:双轴式振动电机,其偏心块产生的激振力,等于两偏心块离心力的向量和,若两偏心块的初始相位对称、转速相等、转向相反,则离心力时而叠加,时而抵消,形成往复定向振动。因此,振动电机将离心力作为振动力的来源,一个仅120w的微型振动电机,就可以输出~150kgf以上的激振力。这力量与其功耗之比,可以说是惊人的、巨大的,是火箭推力和空气动力的成百上千倍。但现在问题是,该激振力是回转的不平衡质量的离心力作为振动系统的振动源所产生的周期性简谐振动,其方向是往复变化的,不具有单向性,无法定向和单向输出。

4、众所周知,离心力是质点偏离圆心做旋转运动时产生的,离心力从圆心指向质点、随质点的圆周运动而呈360°方向的散射特性。该特性反映在平行于旋转轴线、过圆心的特定截面上,是把质点的离心力投影在该截面上的分力,因此,该分力是由质点和圆心的连线与该截面法线之夹角α的正弦函数关系来决定的。如果以时间为坐标轴来分析该分力,它就是该截面上穿过圆心点的一种正弦的离心力波。该离心力波的前后半波是波幅相等但力的方向相反,因此,该分力在圆心随时间的累计始终为零,不可能形成合力。当两个质点按照初始相位对称、转速相等、转向相反的共轭规律同时偏心运动时,该离心力波在任意时刻在轴心连线上的分力都是相互抵消,而在轴心连线的垂直线上形成了上下往复波动的分力。

5、但是,当我们换一个专业视角来看待该离心力波时,则完全可以把该离心力波的波动属性与单相交流电的波动属性进行类比。正如在电子电路学中,单相交流电在通过一个“整流电路”后,可以把单相交流电的方向相反的半波进行过滤,或者整流成同一方向的电流一同输出。依此借鉴,假如某个特定截面上过圆心的离心力波,也可以通过一个类似的“离心力波整流机械”后,把方向相反的离心力变成力方向相同的离心力的话,那么,该离心力波就可以被当作一种具有单向性特征的动力来加以输出和利用。因此,能否发明一个类似的“离心力波整流机械”就显得十分重要了。

6、在物理学中,改变物体运动速度和方向最高效的方法是“碰撞”。所谓“碰撞”,是指作相对运动的两个物体间发生接触、并迅速改变其运动状态的现象,主要表现为:极短的相互作用时间,巨大的碰撞力,瞬间使参与碰撞的物体发生速度、动量或能量改变。为此,要在机械装置中改变偏心转子绕轴心做旋转运动时的速度和方向,并因此改变转子对转轴的离心力,最有效的方法当然也就是“碰撞”了。

7、本发明的目的,就是提出一种反重力及其技术原理和装置,它是基于碰撞来改变悬浮转子的运动速度和方向,从而改变悬浮转子的离心力,使其具有单向性的动力特性。


技术实现思路

1、本发明的一种反重力,它是共轭的主轴或副轴所受的轴心扭力和所受的悬浮转子交替进行定轴偏心旋转运动和复合平面运动所需合外作用力的反作用力,二者之合力的向量和,它作用于共轭原点、沿共轭轴线输出,指向水平线以上;其中所述的合外作用力的反作用力,包括:其一是做定轴偏心旋转运动时,悬浮转子所受合外作用力的反作用力,它等于悬浮转子的全质心以半径r围绕主轴旋转所产生的离心力;其二是在复合平面运动的前期,悬浮转子被下沉加速、自旋加速时所受合外作用力的反作用力之和,它等于悬浮转子的全质心碰前垂直冲量减去其折返点垂直冲量后除以前期的过程时间,等式中所得的冲量差值是以指向水平线以下的方向为正;其三是在复合平面运动的中期,悬浮转子在强制约束下的非弹性碰撞中获得全质心的指向水平线以上的反弹垂直冲量,在减去其起旋点垂直冲量后除以后期的过程时间,是等于悬浮转子在复合平面运动的后期所受合外作用力的反作用力之向量和。

2、根据重力参考系下的能量守恒,在复合平面运动的后期,共轭的悬浮转子从碰撞结束瞬时到返回起旋点,其全质心所处高度位置有所变化,这会造成重力势能变化。但是,该重力势能变化相对于悬浮转子所具有的动能,实在是太小,因此,对复合平面运动后期的反重力输出影响甚微,故忽略不计。

3、上述的碰前垂直冲量,是指共轭的悬浮转子在彼此间发生碰撞的开始瞬时,其全质心所具有的指向水平线以下的垂直速度矢量与悬浮转子的全质心质量的乘积。它与碰前水平冲量合并为碰前冲量。

4、上述的反弹垂直冲量,是指共轭的悬浮转子在彼此间发生碰撞的结束瞬时,其全质心所获得的指向水平线以上的垂直速度矢量与悬浮转子的全质心质量的乘积。它与反弹水平冲量合并为反弹冲量。

5、上述的起旋点垂直冲量和折返点垂直冲量,是指共轭的悬浮转子做定轴偏心旋转运动的起始点和终点、或者做复合平面运动的终点和起始点的垂直速度矢量与悬浮转子的全质心质量的乘积。它们与各自的水平冲量合并为起旋点冲量和折返点冲量。

6、上述的各种来源的力,其实质是:悬浮转子在做不同形式的运动时所产生的不被抵消、但作用点相同、方向一致的反作用力。合并称其为“反重力”,是因为它们成因各不相同、没有现成的统称,但它们都具有“对抗重力”的实际作用和效果,当它们的周期平均值大于物体的重力时,是可以让物体实现悬浮和飞行的。这与人类一个多世纪的梦想和预言是一致的。

7、一种反重力技术原理,是将共轭的主轴轴心连线定义为水平线,水平线的中点则为共轭原点,过共轭原点垂直于水平线的直线为共轭轴线,如果将水平线向两侧外延的方向规定为0°相位、并规定逆时针方向为正时,那么以右侧为例,该0°相位就是悬浮转子运动周期的起点,15°相位或者45°相位或者15°~45°之间的任意相位被称为起旋点,90°相位被称为离心力极点,135°相位被称为折返点,而180°相位就是共轭原点和运动周期的终点;在此情形下,在共轭轴线的两侧,悬浮转子、主轴及驱动双轴、各副轴及其驱动臂、配重块均按初始相位对称、转速相等、转向相反的共轭动律配置和运行,其中:①共轭的悬浮转子之全质心运动轨迹,是穿过主轴轴心、压水平线并在水平线的上半边区域内运行;②共轭的悬浮转子是在强制约束下进行非弹性碰撞,其碰撞点在水平线以上并落在共轭轴线上,从共轭原点沿共轭轴线指向碰撞点的方向,也就指向水平线以上,是本发明反重力的输出方向;③共轭的悬浮转子是在自身的各质心之间进行能量交换;④共轭的悬浮转子是以180°为一个运动周期,被分为做功期和复位期,其中:在做功期,它们是被各自的主轴及其驱动双轴驱动,从起旋点到折返点做定轴偏心旋转运动,所产生的离心力就是它们所受合外作用力的反作用力,作用于各自的主轴轴心,并与主轴的轴心扭力形成合力,该合力的向量和是作用在共轭原点、沿共轭轴线输出、指向水平线以上,是本发明反重力的主要来源,是不可被抵消的力;在复位期,它们是被提供动力的各副轴及其驱动臂驱动,是被提供阻力的轨迹槽壁或者各副轴及其驱动臂或者驱动双轴分别或者联合约束,从折返点到起旋点做复合平面运动,包括:下沉加速、自旋加速、碰撞、自旋减速、返回至起旋点系列过程,其中:在复位前期,它们开始下沉加速、自旋加速,从折返点到碰撞开始瞬时获得了撞前冲量和反弹空间,所受的合外作用力的反作用力累计的向量和,是等于它们的碰前垂直冲量减去其折返点垂直冲量后除以复位前期的过程时间,该等式所得的冲量差值是以指向水平线以下的方向为正;该合外作用力的反作用力,是分散作用于提供动力的各驱动臂所在的各副轴,并与各自的轴心扭力或轴心推力形成合力,该合力之向量和也作用于共轭原点、沿共轭轴线输出、指向水平线以上,是本发明反重力的第二部分来源,是不可被抵消的力;在复位中期,它们彼此碰撞,从碰撞开始瞬时到碰撞结束瞬时,获得了全质心的反弹冲量和反弹空间;而在复位后期,它们开始自旋减速、返回至起旋点系列过程,从碰撞结束瞬时到返回至起旋点的不同时段里,它们所受的合外作用力的反作用力,其累计的向量和是等于反弹垂直冲量减去起旋点垂直冲量后除以复位后期的过程时间,是分散作用于提供动力或提供阻力的各驱动臂所在副轴、轨迹槽壁、驱动双轴上,该分散的反作用力是与各自的轴心扭力或轴心推力或者接触点的槽壁滚动摩擦力形成合力,而这些合力的向量和同样作用于共轭原点、沿共轭轴线输出、指向水平线以上,这是本发明反重力的第三部分来源,是不可被抵消的力。

8、上述的轴心扭力,是给悬浮转子提供动力时主轴或者副轴所受的动力扭矩的反作用力,它贯穿于过程始终。该轴心扭力分为法向扭力和切向扭力两种,其中:法向扭力是主轴或者副轴所受的驱动臂推力的反作用力,它与推力之间保持平行、大小相等和方向相反;而切向扭力是驱动臂所在副轴所受的驱动臂与外拨轮或者内拨轮之间产生的滚动摩擦力的反作用力,它与法向扭力垂直,但该滚动摩擦力相对于推力而言实在太小,可以忽略不计。因此,在下述的整个复位期内,在所有提供动力的驱动臂所在的主轴、副轴上,只考虑由驱动臂推力的反作用力产生的轴心扭力。

9、在上述的轴心推力,是提供阻力的各副轴及其驱动臂或者驱动双轴所受的反作用力。各副轴及其驱动臂或者驱动双轴都是起限制位移的阻力作用,该阻力的反作用力是与动力方向相同,因此,提供阻力的各副轴及其驱动臂或者驱动双轴,具有回收悬浮转子旋转过程多余能量的功能,为此它们所受的力不再是轴心扭力而是轴心推力。该轴心推力也有法向推力和切向推力区分。该切向推力是驱动臂所在副轴所受的驱动臂与外拨轮或者内拨轮之间产生的滚动摩擦力,是与法向推力垂直,但该滚动摩擦力相对于法向推力而言实在太小,可以忽略不计。因此,在下述整个复位期内,只考虑该阻力的反作用力产生的轴心推力。该轴心推力与该阻力的反作用力保持平行、大小相等和方向相反。

10、上述的接触点的槽壁滚动摩擦力,是提供阻力的轨迹槽壁与外拨轮间在接触点上产生的滚动摩擦力。在复位期内,悬浮转子的上位的外拨轮在轨迹槽壁上滑行时,轨迹轮与轨迹槽壁滚动摩擦力,相对于上位的外拨轮对轨迹槽壁的法向作用力而言,是非常小的力,可以忽略不计。因此,在下述的整个复位期内,上位的外拨轮与轨迹槽壁之间只考虑法向的作用力和反作用力。

11、以下继续以共轭轴线右侧为例,对上述的技术原理再加以详细说明。

12、所述的定轴偏心旋转运动,是悬浮转子在做功期间所做的唯一的一种运动,它从起旋点开始到折返点结束。在运转时,悬浮转子内部的芯槽靠离心力反悬挂在驱动双轴上,芯槽内的下偏心位与主轴轴心重合,上偏心位距离轴心有2r距离,全质心的位置在主轴轴心之上并偏离轴心r距离,芯槽的中心线与驱动双轴轴心连线的夹角为逆时针β角,驱动双轴的两根轴分别同时碰触到悬浮转子芯槽内壁的两侧面,把主轴与悬浮转子实行了物理锁定;与此同时,其内拨轮和外拨轮都脱离与任何驱动臂接触,悬浮转子可在不受任何外力干扰的情况下与主轴一起做定轴偏心旋转运动,其全质心的运动轨迹是半径为r、从起旋点到折返点的一段圆弧线,处在水平线以上;而在整个运动过程中,悬浮转子是由主轴及其驱动双轴提供动力,因此该主轴轴心所受的合外作用力包括:悬浮转子的离心力和轴心扭力,该离心力和轴心扭力之间是相差90°,二者合力的向量和是作用于共轭的原点、沿共轭轴线输出,指向水平线以上,是不能抵消的力。

13、所述的复合平面运动,是悬浮转子在复位期内不同时间段里所做的不同形式的平面运动总称,它包括:下沉加速、自旋加速、碰撞、自旋减速、返回至起旋点系列过程,是从折返点开始到起旋点结束。具体过程如下:

14、——在复位前期,悬浮转子开始下沉加速、自旋加速,是从折返点开始到碰撞开始瞬时结束,持续时间大致6°~12°角区间。在折返点,悬浮转子的上位的外拨轮是被下沉加速臂、碰撞力臂同时碰触,而下位的外拨轮是被自旋加速臂、第一减速臂碰触,在此四臂的共同推动下,迫使驱动双轴中至少一根轴迅速脱离悬浮转子芯槽的一侧内壁,瞬间解除主轴与悬浮转子间的物理锁定关系,使悬浮转子的运动形式从定轴偏心旋转瞬间变为复合平面运动,并开始前半程加速。此时,悬浮转子的全质心运动轨迹发生第一次方向突变,即:全质心的运动轨迹以45°倾斜向下指向共轭轴线的方向,瞬间转变为以与垂线15~45°角倾斜向下指向主轴轴心方向;而它的自旋速度加速至大致1.5倍主轴转速;在全质心到达复位前期总下沉高度的中间点位时,全质心的垂直方向按与前半程加速度完全相反的减速度开始进行后半程减速,此时,悬浮转子全质心的运动轨迹从碰撞前的2°~3°角开始发生第二次方向突变,即;全质心的运动轨迹以与垂线呈15~45°角倾斜向下指向主轴轴心的方向再次掉头,再以与水平线呈≤15°角倾斜向下朝偏向共轭原点的方向运动,直到达成碰前条件,即:全质心的垂直速度被减至大于等于其折返点的垂直速度,全质心的水平速度则被持续加速到折返点水平速度的8~12倍,悬浮转子的自旋速度加速至大致2倍主轴转速,与此同时,在驱动双轴与芯槽内壁之间所创造出的反弹空间,允许悬浮转子以4~8倍主轴转速转动1°~2°角。

15、与上述的下沉加速、自旋加速同时发生的,是驱动悬浮转子的动力转换,即从主轴转移至该下沉加速臂、碰撞力臂、自旋加速臂、第一减速臂所在的各副轴上,其中:下沉加速臂、碰撞力臂、自旋加速臂是提供动力,第一减速臂是提供阻力、并回收多余动力;而在此期间,给悬浮转子提供加减速的合外作用力,是等于下沉加速臂、碰撞力臂、自旋加速臂、第一减速臂上受到的反作用力之和,由于全质心的碰前垂直冲量大于等于折返点垂直冲量,说明该合外作用力在垂直方向上只可能存在指向水平线以下的分力,与之相反,该反作用力之和也只可能存在指向水平线以上的分力。因此,当上述的全质心的碰前垂直冲量与折返点垂直冲量之间进行差值计算时,应以指向水平线以下为正,这是因为只有当其差值为正时,才说明悬浮转子在加减速过程中所获得了冲量增量,只有在此条件下,该反作用力之向量和,即反重力,才能指向水平线以上,成为不能完全抵消的力。

16、——在复位中期,即从碰撞开始瞬时到碰撞结束瞬时,它持续大致1°~2°角区间,是两个多质心刚体之间在强制约束下的非弹性碰撞过程。其间,悬浮转子全质心的运动轨迹是在碰撞点发生第三次方向突变,即:全质心的运动轨迹是从与水平线呈≤15°角倾斜向下偏向共轭原点的方向发生几乎180°折返,并以与水平线呈≤15°角倾斜向上大致指向起旋点方向,并且,从碰撞开始瞬时到碰撞开始后1°瞬时的全质心向上的垂直位移,是大于等于从碰撞前1°瞬时到碰撞开始瞬时的全质心向下的垂直位移。在碰撞过程中,下沉加速臂、第一减速臂、碰撞力臂都不脱离所接触的外拨轮,其中:下沉加速臂可在悬浮转子出现往上运动的非常情形时、或者第一减速臂可在悬浮转子出现往下运动的非常情形时,确保悬浮转子在碰撞点不分离,而碰撞力臂在碰撞期任何情形下始终持续给外拨轮施加水平推力,除了约束共轭的悬浮转子在碰撞点不发生分离外,还为共轭的悬浮转子各质心在碰撞点的质心冲量矩平衡提供所需要的外力冲量矩、和给各质心围绕碰撞点做瞬心旋转提供所需的部分向心力。根据碰撞理论可知,两个物体的碰撞点不发生分离的碰撞,是属于“非弹性碰撞”,这是本发明基于碰撞的核心内容。它与刚体的完全弹性碰撞相比是延长了碰撞时间,使悬浮转子碰撞过程中可以在自身的各质心之间进行能量交换。

17、上述的在自身的各质心之间进行能量交换,是本发明反重力的技术原理的核心内容。在碰撞开始瞬时,悬浮转子全质心具有了碰前冲量,是指向水平线以下、并大致偏向共轭原点的,其碰前垂直冲量是大于等于它在折返点垂直冲量,其碰前水平冲量则是折返点水平冲量的8~12倍,其自旋速度为~2倍主轴转速。在碰撞开始后,共轭轴线两侧的悬浮转子共同受外力约束、在碰撞点粘在一起呈结合一体的非弹性碰撞状态,因此,包括该外力冲量在内的各质心冲量,共同构成了非弹性碰撞的能量交换体系。在强制约束下的非弹性碰撞条件下的两个多质心刚体,彼此之间会发生质心合并和分离现象,即:上位的外拨轮受碰撞力臂施加的水平推力作用,其质心冲量叠加外力冲量后,在碰撞点形成“类合并体”状态,也称为“质心”合并状态;该“类合并体”的“质心”就是碰撞点,质量就是被合并一体的两个上位的外拨轮的质量,所具有的合并冲量,因水平速度为零、垂直速度的方向朝下而被称为“合并俯冲冲量”;在此“质心”合并的同时,悬浮转子的其他质心则发生分离,即:两个中位质心和两个下位的外拨轮质心,都各自围绕碰撞点做瞬心旋转运动,这使它们彼此的质心距离随旋转而逐步拉大、呈分离态势;而它们的质心运动方向,也是随旋转上摆的角度变化而变化的。当中位质心旋转上摆的垂直速度大于等于全质心在起旋点的垂直速度时,即达成碰撞的临界终点。到此时刻,下位的外拨轮质心、中位质心都获得了指向水平线以上的最大垂直速度,亦即最大垂直冲量。到碰撞结束瞬时,“类合并体”解体,各悬浮转子恢复其多质心刚体的运动状态,因此,以中位质心的最大垂直速度继续运动的全质心,就获得了向上的最大的反弹垂直冲量。简而言之,在碰撞结束瞬时,悬浮转子达成了如下状态,即:其全质心的反弹垂直冲量大于等于起旋点的垂直冲量。根据上述的能量交换体系,如果满足质心冲量和冲量矩守恒的原理,那么它就是一个封闭的能源交换体系,为此,在碰撞结束瞬时,碰撞点的合并俯冲冲量的变化,就必须等于悬浮转子全质心碰前垂直冲量+下位的外拨轮质心在碰撞过程中获得的垂直冲量变化+中位质心在碰撞过程中获得的垂直冲量变化的总和,而所述外力冲量也必须大于等于全质心的碰前水平冲量+中位质心和下位的外拨轮质心在碰撞过程中获得的水平冲量变化的总和。如果继续以共轭轴线右侧为例,那么,所述的合并俯冲冲量的表达式为:(hp/τ1°)*ms≥(hq/τ1°)*mq+(hc/τ1°)*mc+(hq/τ1°)*mq,当mq=3mc=3mq=3ms时,简化为hp≥3hq+hc+hq。式中:hp为碰撞点向下垂直移动的距离,hq为全质心点自碰撞前τ1°瞬时到碰撞开始瞬时向下垂直移动的距离,而hc、hq则为下位的外拨轮质心和中位质心从碰撞开始瞬时到结束瞬时向上移动的距离,ms、mq、mc、mq分别为上位的外拨轮质心、全质心、下位的外拨轮质心、中位质心的质量,τ1°为1°角区间的时间。式中:ms也相当于是“类合并体”质心的右半边质量。由此可见,在满足了上述冲量和冲量矩守恒的条件下,强制约束下的非弹性碰撞的悬浮转子,其自身的各质心之间产生能量交换,将使全质心的碰前冲量从指向水平线以下变成了指向水平线以上的碰后反弹冲量,两个外拨轮的自旋转速则从碰前大致2倍的主轴转速提高至4~8倍的主轴转速。

18、——在复位后期,即复合平面运动后期的自旋减速和返回至起旋点系列过程的运动全程,是从碰撞结束瞬时到返回起旋点,它包括两种不同形式的平面运动,其中:

19、——自旋减速的平面运动,是从碰撞结束瞬时开始到到达同心超速点结束。在碰撞结束瞬时,①被非弹性碰撞粘结一起的碰撞点开始分离,是因为轨迹轮碰触壳体内的轨迹槽壁后被强制反推所致,属被推离;②芯槽下侧内壁与驱动双轴的下位轴发生碰触,即悬浮转子在驱动双轴上发生相对运动并产生相位位移,使芯槽中心线逆时针超越驱动双轴轴心连线后呈顺时针β夹角;③结束悬浮转子以碰撞点为瞬心的旋转运动,其运动形式改变为复合平面运动,即是围绕绝对瞬心的自旋运动;在此同时,该绝对瞬心已经到达碰撞终点的相同水平高度,距离轨迹轮和轨迹槽壁的碰触点、和距离芯槽内壁和驱动双轴的触点,有几乎相同的距离。因此,在碰撞结束瞬时,悬浮转子各质心以绝对瞬心的自旋运动还没有来得及进行,就被两个作用半径大致相等的碰触点阻挡,所受的槽壁反推力和驱动双轴的反推力成为一对强大的阻力矩,使悬浮转子在碰撞结束瞬时获得的2~4倍碰前自旋转速,在后续大致2°~4°角区间内被强制减至与主轴转速相同的水平。当悬浮转子的转速等于主轴转速时的相位点,被称为同心超速点,此时,悬浮转子的全质心与主轴的轴心重合,其芯槽中心线与驱动双轴轴心连线之间的夹角是从折返点的逆时针β夹角变成顺时针β夹角。从传动角度看,悬浮转子凭借碰撞获得的2~4倍碰前自旋转速,快速转动超越主轴2β角后开始反方向碰触驱动双轴,是反向给与驱动双轴提供旋转动力,称为回收动力。正因为如此,该回收动力是悬浮转子被迅速和强制地减速的原因,此时的驱动双轴既是减速轴也是动力回收轴,它回收了悬浮转子的自旋动能中的一部分,并凭借其回收动力之推力的垂直分力,产生一个覆盖所述的2°~4°角区间的、作用于共轭原点沿共轭轴线指向水平线以上的反重力脉冲正输出。

20、——返回至起旋点系列过程的平面运动,是从同心超速点开始直到返回起旋点结束。它至少包括两段独立的行程,其中:第一段是从同心超速点到偏心超速点,由第一动力臂施加的大致水平的推力来驱动下位的内拨轮,其轴心扭力呈大致水平的方向、其合力保持水平,其向量和为零;悬浮转子全质心的运动轨迹是从轴心开始、呈大致水平的长度为r的一段线;在此行程中,悬浮转子所受合外力的垂直分力之和为零,因此,给它提供阻力的各副轴所受的反作用力、和轨迹槽壁所受的反作用力所形成的合力,其垂直分力之和为零,即其向量和为零;第二段是从偏心超速点到偏心同速点,是由第二动力臂施加的大致水平的推力来驱动上位的内拨轮,其轴心扭力也呈大致水平的方向、其向量和为零,悬浮转子全质心的运动轨迹,是从水平线开始向上摆动至大致~15°或~45°之间的一段弧线;在此行程中,悬浮转子所受合外作用力是指向水平线以上的,因此,给它提供阻力的各副轴所受的反作用力和轨迹槽壁所受的反作用力,二者的合力也是指向水平线以下的,其向量和是作用于共轭原点、沿共轭轴线输出,指向水平线以下,是与上述的自旋减速过程产生的反重力脉冲正输出形成对冲的负输出。

21、以下继续以共轭轴线右侧为例,对返回起旋点的各段行程加以再进一步说明:

22、——第一段行程,是从同心超速点到偏心超速点,是实现全质心偏心位置的回归。在这个行程中,悬浮转上位的轨迹轮继续与壳体内的轨迹槽壁碰触形成阻力,下位的内拨轮被第一动力臂推动,其推动力是呈大致水平的,因此,该第一动力臂所在的副轴所受的轴心扭力,大致指向水平方向,其合力保持水平、其向量和为零、并被忽略不计;而下位的外拨轮则同时被第一减速臂和第二减速臂限制转速而形成阻力;在此三轮受力的共同作用下,悬浮转子保持反向与驱动双轴之间有形无实的接触,即无实际接触力量的产生,实现与驱动双轴的同速转动。与此同时,悬浮转子被推着在驱动双轴上滑动,其全质心被推远离主轴轴心、到达偏心距r的位置,这样芯槽内的上偏心点得以与主轴轴心重合,出现该偏心点与主轴轴心重合的瞬时点,被称为偏心超速点。在整个过程中,全质心的运动轨迹是从轴心开始、呈大致水平的长度为r的一段线,悬浮转子所受合外力在垂直方向的分力之和是等于零,说明上述的两种阻力在垂直方向上的合力之和也为零,因此,第一减速臂和第二减速臂给悬浮转子的向上垂直分力,将与槽壁给悬浮转子的向下垂直分力相等。此时,第一减速臂和第二减速臂所在副轴所受的反作用力的合力是向下的,它等于轨迹槽壁所受的向上的反作用力的垂直分力。由此可见,在第一行程中,共轭的各副轴所受到的反作用力和槽壁所受的反作用力,其合力累计之向量和为零。

23、——第二段行程,是从偏心超速点运动到偏心同速点,是实现悬浮转子与驱动双轴相互锁定位置的回归。在这个行程中,悬浮转子上位的轨迹轮继续与壳体内的轨迹槽壁碰触形成阻力,上位的内拨轮被第二动力臂推动形成大致水平的推动力,因此,该第二动力臂所在的副轴所受的轴心扭力,大致指向水平方向,其合力保持水平、其向量和为零、并被忽略不计;下位的外拨轮则同时被第二减速臂和第三减速臂限制转速形成阻力;下位的内拨轮被限位臂托住,防止悬浮转子因颠簸跳动在垂直方向失速滑落;在此四轮共同的受力作用下,悬浮转子的转速是低于主轴转速,因此在主轴转速不变的情况下,悬浮转子与主轴将形成差速,这使芯槽中心线与驱动双轴轴心连线之间的夹角从顺时针β角逐步变成逆时针β角。在到达逆时针β角的那一刻,被称为偏心同速点。到该点就相位相当于实现了返回至起旋点相位时悬浮转子与主轴之间的锁定状况,也就是该驱动双轴从逆时针方向同时接触到悬浮转子芯槽两侧的内壁。在上述的这个过程中,悬浮转子全质心的运动轨迹呈一段水平线以上大致0°~15°或0°~45°之间的弧线,因此,悬浮转子的四个轮子所受的合外作用力,在垂直方向上必须有向上的分力存在,否则将不能推动悬浮转子全质心向上产生位移。该垂直方向上的分力是等于第二减速臂、第三减速臂、限位臂所在副轴所受的反作用力和轨迹槽壁所受的反作用力所形成的合力之垂直分力,该合力之垂直分力的向量和也就是该合力的向量和,它必然是指向水平线以下的方向、并作用于共轭原点沿共轭轴线输出。从复位期的全过程看,该合力的向量和,将与上述的自旋减速过程中所产生的脉冲输出进行对冲相抵后,合并计入复位期总的反作用力中。

24、在上述两段行程结束后,如果偏心同速点并非是起旋点,那么,从偏心同速点到起旋点,将是所述的返回起旋点的最后行程。该最后行程仍然维持第二段行程的全部受力状态,所述悬浮转子所受的阻力的反作用力、与轨迹槽壁所受的反作用力所形成合力的向量和,同样是指向水平线以下的方向、并作用于共轭原点沿共轭轴线的。因此,该合力的向量和仍将与第二段行程一样,在与上述的自旋减速过程中所产生的脉冲输出进行对冲相抵后,合并计入复位期总的反作用力中。

25、综上所述,在复位后期,共轭的悬浮转子所受的合外作用力的反作用力有两种:其一,是悬浮转子在自旋减速过程中,主要由回收动力在驱动双轴上产生了一个覆盖2°~4°角区间的反重力脉冲,是正输出;其二:是悬浮转子从偏心超速点返回起旋点系列过程的全程中,在提供阻力的各驱动臂所在的各副轴轴心或轨迹槽壁上,共同形成了一个覆盖全程的持续负输出;它们是分时段分散作用在提供阻力的各驱动臂所在的各副轴轴心和轨迹槽壁上。该正负输出之和,可以从能量守恒角度看成是一种对冲相抵的结果,即把碰撞结束瞬时看成始态,而把返回到起旋点看成终态,那么两种状态之间的任何运动过程都是遵守能量守恒的,并与路径无关,为此根据两种状态的冲量守恒,每个悬浮转子在碰撞结束瞬时所获得的反弹垂直冲量减去起旋点垂直冲量之差值,就是该悬浮转子在复位后期的垂直冲量变化,该垂直冲量变化除以复位后期的过程时间,就等于该悬浮转子在复位后期所受合外作用力的反作用力之和。根据前述的碰撞结束瞬时所达成的条件,即反弹垂直冲量是大于等于起旋点垂直冲量,因此,上述的对冲相抵的结果是:每个悬浮转子在复位后期分时段所受合外作用力的反作用力之和是大于等于零,因此,两个悬浮转子的向量和也必然大于等于零。该向量和也是作用于共轭原点、沿共轭轴线输出,指向水平线以上,这是本发明反重力的第三部分来源,是不可抵消的力。该不可抵消的力,本质上是因悬浮转子在碰撞中获得的反弹冲量所致的。

26、除此之外,根据前述的第一行程、第二行程和最后行程中给悬浮转子提供动力的第一动力臂、第二动力臂及其所在共轭的副轴的轴心扭力,其合力方向是呈水平,其向量和为零,对所述的反作用力之向量和不产生任何影响。

27、鉴于上述复位期的全过程中,起旋点、折返点、碰撞开始瞬时、碰撞结束瞬时、同心超速点、偏心超速点、偏心同速点都是根据需要设置的,有各种不同选择,因此,上述的下沉加速臂、第一动力臂、自旋加速臂、限位臂、第一减速臂、第二减速臂、第三减速臂、第二动力臂,碰撞力臂的起点和范围可予以调整,甚至于它们彼此之间可以合并或进行功能调整。在不同的实施例中,可以将第二减速臂与第三减速臂合并一起;或者可以将第二减速臂兼作“第三推力臂”来推动外拨轮,负责给悬浮转子提供大致35°相位~起旋点相位的复位动力。

28、一种反重力装置,它由动力输入轴、多层的齿轮箱、共轭的悬浮转子、共轭的主轴及其驱动双轴、共轭的各副轴及其驱动臂、配重块、机壳组成。从轴向看,所述共轭的主轴,其轴心连线中点是装置的共轭原点,自共轭原点垂直于轴心连线的是共轭轴线。在共轭轴线的两侧,共轭的悬浮转子都靠自身的的芯槽悬挂在驱动双轴上,被驱动双轴或环布四周的驱动臂驱动,其轨迹轮是运行在轨迹槽中;该环布四周的驱动臂及其所在的副轴,如果以共轭轴线右侧为例、并按逆时针排序分别为:下沉加速臂及其副轴、第一动力臂及其副轴、自旋加速臂及其副轴、限位臂及其副轴、第一减速臂及其副轴、第二减速臂及其副轴、第三减速臂及其副轴、第二动力臂及其副轴、碰撞力臂及其副轴,其中:下沉加速臂和第一动力臂所在的副轴是处在共轭轴线上,也就是共轭轴线两侧的下沉加速臂和第一动力臂所在的副轴是同心的;下沉加速臂、自旋加速臂、第一减速臂、第二减速臂、第三减速臂、碰撞力臂是作用于悬浮转子的外拨轮,而第一动力臂、限位臂、第二动力臂是作用于悬浮转子的内拨轮;第二动力臂是1倍主轴转速、顺时针旋转,下沉加速臂、第一动力臂、自旋加速臂、碰撞力臂是四倍主轴转速、顺时针旋转,而限位臂、第一减速臂、第二减速臂、第三减速臂是2倍主轴转速、逆时针旋转;从径向看,悬浮转子、驱动双轴、中心层齿轮箱及其关联的副轴和驱动臂,是被中心截面一分为二,被截后的两半是以该中心截面为对称面呈镜像对称;在该中心截面两侧,机壳、动力输入轴、外层齿轮箱、内层齿轮箱及其关联副轴和驱动臂、夹层齿轮箱及其关联副轴和驱动臂及副轴,都是镜像对称的;当动力输入轴从外来的常规动力源接入动力时,首先分配给了两个主轴,然后通过主轴对应的外层齿轮箱和内层齿轮箱,把主轴的动力首先分配至与内层齿轮箱关联的副轴,然后,再通过短传动轴将动力传递至夹层齿轮箱,把动力分配至与夹层齿轮箱关联的副轴上,同时还通过长传动轴将动力传递至中心层齿轮箱,之后再把动力分配给与中心齿轮箱关联的副轴上。当本发明的反重力装置在正常运行时,悬浮转子、主轴及其驱动双轴、各副轴及其驱动臂、配重块全部按照按初始相位对称、转速相等、转向相反的共轭动律运行。

29、上述的主轴及其驱动双轴,是一个组件,其两端为单轴,中间为双轴;该双轴是平行的、轴径为d、轴心间距为2r/cosβ。

30、上述的配重块,为了防止本发明的反重力装置因为众多的驱动臂质心偏心带来的简谐振动,因此,每一个驱动臂都必须采用至少一种方法来配平转动惯量。除碰撞臂、第三减速臂采用外平衡而配备配重块之外,其他的驱动臂,比如:下沉加速臂、第一动力臂、自旋加速臂、限位臂、第一减速臂、第二减速臂、第二动力臂都是采用内置的自平衡设置。

31、上述的悬浮转子是三个质心组成的一个刚体,三个质心分别是两个外拨轮质心加一个中位质心;刚体的全质心是与中位质心重合的,也是刚体的中心对称点;单个外拨轮质心的质量,是大于或等于总质量的1/3;在刚体内,矩形芯槽的长度为:4r+d,宽度为:d+2tgβ;其中:r为偏心距,d为驱动双轴的轴径,β为驱动双轴在芯槽内自由旋转角度的一半;在芯槽中心线上,中心点就是全质心或中位质心,它的两侧r距离上是两个偏心位,该偏心位就是芯槽在主轴上往复滑动的两个极点,它们与各自邻近的外拨轮轴心的连线,与芯槽中心线的夹角大致呈30°,而以两个偏心位为圆心、并以该连线为半径的两个圆的交点,就是两对内拨轮的中心,该中心的连线是垂直于芯槽中心线并通过全质心点;所述偏心位与邻近的外拨轮轴心的连线,延长至外轮廓线后的总长度l是等于共轭距,即共轭原点到主轴轴心的距离;所述的芯槽中心线向两端延长至外轮廓的交点,是碰撞点的最佳位置,该交点至芯槽内壁的最短距离大于r;所述的悬浮转子还被轴向分布的两环槽隙分割成的三段式结构,各段之间由联络部相连成一体;在两环槽隙内,安装了内拨轮,它们是背对背或者面对面布置的,它们是以悬浮转子轴向中点的垂直平面为对称面、呈镜像对称,它们共同构成本发明所述的共轭的悬浮转子;在悬浮转子轴向的两个端面上,外拨轮以该对称面呈镜像对称布置,是由4个成串的滚子组成,其最外面一个滚子被称为轨迹轮,其他三个滚子分别对应各层的驱动臂,使得不同层的驱动臂共同作用于外拨轮时,外拨轮的滚动不发生干涉。

32、上述的外拨轮质心,它或者是与外拨轮中心的位置是分离的,外拨轮质心和全质心的连线,与外拨轮中心和全质心的连线之间的夹角在0°~30°之间。

33、本发明没有可比的现有技术。本发明的反重力是定向+单向输出的离心力,是经“全波整流”的离心力,也是常规动力给悬浮转子的合外作用力的反作用力。输出离心力的初级应用早已出现在现有的工业技术领域中,本发明是比照司空见惯的双轴式振动电机,是将固定的偏心块改造成了悬浮转子,把它360°的运动周期改变成180°的运动周期,并基于非弹性碰撞过程,使参与碰撞的悬浮转子在外力的强制约束下发生各质心之间的动量交换,或者在自身复合平面运动的不同运动形式之间进行能量交换,把悬浮转子指向水平线以下的碰前冲量转化为倍数的旋转动能和指向水平线以上的反弹冲量,从而彻底改变离心力在振动电机的应用中往复定向的输出方式,变成单向+定向输出。本发明的反重力装置,就像一个共轭的“离心力整流装置”,能把离心力常规360°的运动周期“整”成180°的周期,并把每一个180°周期中的15°~135°或45°~135°角区间所产生的离心力,从同一个共轭原点沿同一个共轭轴线进行输出,使其成为一种具有确定方向的优良动力。经计算,本发明提供的反重力装置,一匹马力可以输出≥75kgf反重力,7.35kw可产生≥750kgf的反重力。以f5-750-r16型反重力发动机为例,其机壳外圆可以装入16英寸规格的现有轮毂之中,所以它的一种典型的应用场景是:是将现有1.25吨重量的小轿车四个车轮直接更换为四个f5-750-r16型反重力发动机,配置总功率一倍冗余至~60kw,其反重力总计~3000kgf;当载荷250kg时,小轿车的垂直升空加速度为1g、水平飞行的加速度为1.732g,将飞得比现有战斗机还快,其配备的汽油发动机不会超过1l的排量,这将十分节能。

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