【技术实现步骤摘要】
一种采用反动翼的推进方法及其相关工具系统 所属
属于运载与交通工具范畴。
技术介绍
现有的水翼船、地效飞机及其它水上运行的高速运载工具在诸多方面表现出了优越的性能与价值，但目前也都面对各自的问题从而限制了它们的发展与应用。受气蚀对水翼及螺旋桨等的影响，目前的水翼艇的速度难以进一步提高，即使解决了气蚀等限速原因，目前形式的水翼艇进一步高速化其所带来的功耗需求也会明显提高，载荷功率比也会较明显地降低；而地效飞机的操控性能不够可靠、突然失速的危险、高速转向性能等在目前的结构形式与原理方案下，也是很难改善；其它如小水线船的垂直稳定性、气垫船的抗浪性差、高功耗等问题也都限制着当代高速船机系统的发展，新的突破需要新的推进方法与新的结构系统。 这里特别有必要对现有船机推进方式及船机系统上最关键、最重要的机构之一的翼结构的传统使用原理与方法做如下分析: 首先，机翼与水翼等翼结构在流体的(一个)动力的作用下(却)可在与来流方向相同与相垂直的两个(相互垂直的)方向上分别形成升力与推力(阻力或动力)两个作用力，但由于种种原因人们多为传统的技术路径所吸引乃至控制，目前对翼结构的使用受限于、止步于下述情况: 1，传统推进器螺旋桨方式:利用翼结构产生的大升力作为船舶、飞机系统——船机系统的推进力，而来流方向上的阻力及其反作用力与船机系统的前进方向基本垂直，对船机系统的进退基本不产生大的影响一这相当于仅利用了一个功耗所同时形成的两个相互垂直的力量中的一个，虽然升力大大高于与其垂直的阻力，但两个方向上介质的运动速度差异与力量差异正相反，所对应的都是消耗的那个功...
【技术保护点】
一种采用反动翼的推进方法及其相关工具系统，反动翼与反动翼推进方法：翼结构在其以运载工具为参照的运动方向与其所处的该运载工具以环境介质为参照的运动方向相反时，对该运载工具提供升力的同时直接或间接地为该运载工具提供推进动力，且这一推进动力大于翼结构在与上述相反的方向上运动时所产生的阻力的翼结构系统与翼结构推进方法，上述反动翼推进方法的实现方式是：采用可循环运动的反动翼结构系统，利用同时或单独改变反动翼的运动速度、仰角、运动方向，或依靠所处运动介质间的差异、特别是依靠在液气两种密度差异大的流体环境介质间可产生的极不相同的升力、阻力及动力的原理，使循环运动的反动翼结构系统在可向运载工具提供净的升力的同时可直接或间接地为运载工具提供净的推进动力；采用反动翼推进方法的相关工具系统分别包括：至少由一个可循环运动的反动翼结构构成的翼车结构系统，以及至少含有一个上述反动翼结构或翼车结构系统的运载工具；对反动翼推进方法与原理进一步分述如下：通过同时或单独改变反动翼的运动速度、仰角/冲角、运动方向，可实现反动翼在同一介质中的反动式推进与推动，即当反动翼以运载工具为参照的运动方向与其所处的该运载工具以环境介质...
【技术特征摘要】
1.一种采用反动翼的推进方法及其相关工具系统，反动翼与反动翼推进方法:翼结构在其以运载工具为参照的运动方向与其所处的该运载工具以环境介质为参照的运动方向相反时，对该运载工具提供升力的同时直接或间接地为该运载工具提供推进动力，且这一推进动力大于翼结构在与上述相反的方向上运动时所产生的阻力的翼结构系统与翼结构推进方法，上述反动翼推进方法的实现方式是:采用可循环运动的反动翼结构系统，利用同时或单独改变反动翼的运动速度、仰角、运动方向，或依靠所处运动介质间的差异、特别是依靠在液气两种密度差异大的流体环境介质间可产生的极不相同的升力、阻力及动力的原理，使循环运动的反动翼结构系统在可向运载工具提供净的升力的同时可直接或间接地为运载工具提供净的推进动力；采用反动翼推进方法的相关工具系统分别包括:至少由一个可循环运动的反动翼结构构成的翼车结构系统，以及至少含有一个上述反动翼结构或翼车结构系统的运载工具； 对反动翼推进方法与原理进一步分述如下: 通过同时或单独改变反动翼的运动速度、仰角/冲角、运动方向，可实现反动翼在同一介质中的反动式推进与推动，即当反动翼以运载工具为参照的运动方向与其所处的该运载工具以环境介质为参照的运动方向相反时，可通过同时或单独增加反动翼的运动速度、仰角从而为运载工具直接或间接地提供相应的升力与推进动力，而在同一介质中进行回车时，即当反动翼以运载工具为参照的运动方向与其所处的该运载工具以环境介质为参照的运动方向相同时，可通过同时或单独减小反动翼的运动速度、仰角从而对运载工具产生小的运动阻力，并使这一小的运动阻力小于反动翼所提供的前述的推进动力，从而使反动翼在单一介质的循环运动中在可向运载工具提供升力的同时直接或间接地提供净的推进动力； 当反动翼结构处 于液气间或其它原因形成的密度差异大的流体环境介质中循环工作的情况下，使反动翼结构处于高密度环境介质中时的以运载工具为参照的运动方向与其所处的该运载工具以环境介质为参照的运动方向相反，从而产生与高密度环境介质相对应的大的升力及对运载工具的直接或间接的推进动力，而在低密度环境介质中进行回车循环时，即当反动翼结构以运载工具为参照的运动方向与其所处的该运载工具以环境介质为参照的运动方向相同时，产生与低密度环境介质相应的作用于运载工具的小的运动阻力，并使这一小的运动阻力小于反动翼所提供的前述的推进动力，从而使反动翼结构在密度不同的介质的循环运动中在向运载工具提供净的升力的同时直接或间接地向运载工具提供净的推进动力。2.根据权利要求1所述的反动翼的推进方法及其相关工具系统，其特征是:利用水与环境空气两种流体介质间密度的大差异，使江河湖海中航行的运载工具采用可同时处于水与空气两种介质间循环运动的反动翼翼车结构系统，形成高效的反动翼推进方式，其基本工作原理与相关结构设置是:使所采用的翼车结构系统中的处于水与空气两种介质中循环运动的反动翼结构在全部或大部分水中的运动行程阶段具有反动翼的工作能力，即使反动翼在全部或大部分水中的运动行程阶段以运载工具为参照的运动方向与运载工具以水体为参照的运动方向相反，且使水中运动的翼结构处于产生有效升力的仰角状态，从而使反动翼结构在该行程对该运载工具提供与水的密度相对应的大的升力的同时可直接或间接地为该运载工具提供大的推进动力；而循环运动的反动翼结构在全部或大部分空气中的回车运动行程阶段则形成与空气的密度相对应的小的升力或小的下沉力、以及小的阻力，从而使反动翼结构在整个循环运动中在向运载工具提供大的净升力的同时直接或间接地向运载工具提供净的推进动力；采用上述反动翼推进方法的相关工具系统分别包括:至少由一个可循环运动于水与空气中的反动翼结构构成的翼车结构系统，至少含有一个上述反动翼结构或翼车结构系统的船舶或飞机或其它适宜形式的船机系统与运载工具。3.根据权利要求1或2所述的反动翼的推进方法及其相关工具系统，其特征是:可采用的反动翼可分为主动式反动翼和被动式反动翼，主动式反动翼相对于运载工具的反向运动的速度高于运载工具的前进速度，故对水及其它工作介质可直接产生向后的推力，同时使水及其它工作介质对反动翼及运载工具产生向前的推力，主动式反动翼的运行要有动力源提供动力；被动式反动翼相对于运载工具的反向运动的速度低于运载工具的前进速度，故对水及其它工作介质会产生向前的推力，而水及其它工作介质在通过反动翼对运载工具产生相应的升力的同时，还将其与运载工具相对运动的动能传递给运动中的反动翼，并通过运动中的反动翼将动能传递给运载工具的动力系统或直接传递给主动式反动翼系统或运载工具的其它耗功系统； 采用主动式反动翼结构或处于主动式反动翼工作状态的翼车系统可称为主动式翼车系统，主动式翼车系统在可向运载工具提供升力的同时具有可直接向运载工具提供前进推力的能力； 采用被动式反动 翼结构或处于被动式反动翼工作状态的翼车系统可称为被动式翼车系统，被动式翼车系统在可向运载工具提供升力的同时具有吸收水流动能并将其反哺/传递给运载工具动力系统或直接传递给主动式反动翼系统或运载工具的其它耗能系统的能力； 可视需要设计和制造可同时具有主动式反动翼能力和被动式反动翼能力的复合式反动翼结构系统； 可视需要采用双向式反动翼翼型及相应的调控工作系统，通过反动翼工作角度等的调整，可使主动式反动翼系统与被动式反动翼系统之间，主动式反动翼工作状态与被动式反动翼工作状态之间相互转化，从而明显提高整个系统的结构效能； 反动翼可根据需要被设计成为可固定的结构形式，使其可在固定翼与反动翼之间相互转化。4.根据权利要求1或2所述的反动翼的推进方法及其相关工具系统，其特征是:可分别单独或联合采用下述方式方法以进一步提升反动翼及其船机系统的工作效能: a、采用相对低速工作的翼车系统——可实现更低功耗的相对低速运转的反动翼系统； 进一步明显降低反动翼船机系统的总功耗的重要方式与途径在于:使可产生同样前进动力与载荷升力的翼车系统的反动翼相对于水体等环境介质的运动速度明显降低，从而使其在产生等动力的情况下的功率消耗明显降低，虽然相应地要采用更大总面积、占用更大总空间、也可能更大总质量的反动翼系统，但这些相应的增加在划水式水翼船上已经是出现的情况(其高速巡航时所需的水翼的面积大大低于其实现较低速起飞过程中的水翼的面积)，并未很大地影响水翼船的性能与使用，而在总升力及总推进动力相同的情况下，反动翼面积的增加使反动翼单位面积的升力与动力载荷相应地降低，故其总的结构质量不会增加太多甚至不增加(在一定的结构与尺寸范围内、同样载荷力量作用下的反动翼的空间尺寸越大其结构质量可以越小)；占用空间增大的问题也可以通过相应的船机系统的造型与尺寸的选择与优化等使其总的影响大大减小，故采用可实现更低功耗的相对低速运转的反动翼系统或使反动翼系统处于相对低速的工作状态可以大大降低反动翼船机系统的巡航功耗与总的运行功耗； 上述使主动式反动翼低速驱动的省功方式与前述的可吸收和利用水流冲击能量的反动翼偶系统(其本质也在于其中的被动式反动翼结构始终是处于低于船速的迎流工作速度状态)相结合，将可以使反动翼船机系统成为最高速与最高效率的水面触水航行的运载工具，而反动翼触水工作所带来的操控性能、安全性能、水上机动性能及载荷能力的明显提升又是现代的地效飞机、气垫船等水面高速运载工具所不可比的； b、采用长车系统:长车系统一沿船机系统运动方向的循环工作长度明显高于其它方向上的循环长度的反动翼翼车系统； 为确保反动翼始终工作于有效和高效的冲角与仰角状态，反动翼在空气与水体间的循环过程中，其在水体中的下行与上行的分速度相对于水平后退的分速度应尽可能地小，这要求其下行后退与上行后退阶段的运动轨迹与方向与(处于中间部分的)水平后退的轨迹与方向间的夹角应尽可能地小，从而使其在所设计的低功耗的低车速的情况仍能确保形成有效升力，并使升阻比处于高的状态，同时加长处于中间部分的反动翼水平后退的轨迹(反动翼工作的最佳轨迹)及其相应结构的长度，可使整个循环的效能得到更大的提升，这些都要求整个翼车系统要有较大的长度，相应地翼车系统的总长度与反动翼的主浸深之比也应较大，确保反动翼具有高效的进出水的能力和大的高效反动行程，提高反动翼总的工作效能； C、采用将被动式 反动翼系统设于主动式反动翼系统的前面方式，或进一步在被动式反动翼系统的左右两侧及后部均设置主动式反动翼系统，从而使被动式反动翼系统形成的尾流的动能被其后面及左右的主动式反动翼系统所充分地利用，以此可进一步提高整个反动翼系统的工作效能； d、采用主要起操控或缓冲或缓降作用的高速工作的翼车系统。5.根据权利要求1或2所述的反动翼的推进方法及其相关工具系统，其特征是:反动翼结构相对于其所在运载工具可分别采用下述运动与循环轨迹的形式: a、可采用后动俯冲入水、水中水平后动、后动上冲爬升出水、空中水平前动(回车)的倒梯形循环轨迹，在各转向处可采用圆弧及其它适宜的曲线进行过渡； b、可采用后动俯冲入水、后动爬升出水、空中水平前动(回车)的倒三角形循环轨迹，在各转向处可采用圆弧及其它适宜的曲线进行过渡； C、可采用前动入水俯冲、水中水平后动、后动爬升出水、空中水平前动(回车)的菱形循环轨迹，在各转向处可采用圆弧及其它适宜的曲线进行过渡； d、可采用前动入水俯冲、小角度长行程水中后动爬升、出水、空中水平前动(回车)的倒三角形循环轨迹，在各转向处可采用圆弧及其它适宜的曲线进行过渡； e、反动翼相对于其所在运载工具还可采用下弓背、上弓弦式的轨迹与结构形式； 反动翼相对于其所在运载工具的循环轨迹还可分别采用梯形、菱形、前端下冲式菱形、以及可由它们简化而成的倒三角形、三角形及其它适宜的形式； 反动翼相对于其所在运载工具的循环轨迹还可分别采用椭圆形、腰形、圆形、以及与前述的倒梯形、梯形、菱形、三角形、弓形轨迹相近的各种曲线式、含曲线式形式的运动与循环轨迹； 当然、对于反动翼下冲轨迹、上冲轨迹的方向、角度的选择、调整、转换及控制的方法，还可以做更开阔的考虑与设计，人们对于反动翼、翼车系统及其船机系统的整个工作与循环过程的设计可不断做出更加优化的努力与探索。6.根据权利要求1或2所述的反动翼的推进方法及其相关工具系统，其特征是:使反动翼结构实现循环工作的反动翼翼车系统可分别采用下述具体的结构形式: a、履带水车式:也可简称为水车式，由纵向间隔设置并联构结合在一起的若干反动翼结构，采用类似履带的循环轨迹与循环运动方式，在水下与空中循环运动，其在水下运动阶段在形成升力的同时可向所在船机系统提供驱进动力，其在空中的运动主要起使反动翼低耗回车的作用，空中运动阶段形成的升沉力与阻力明显小于水中运动阶段形成的升力与向所在船机系统提供的驱进力； 水车式反动翼翼车系统也可简称为车翼系统，其基本可由反动翼结构1、滚轮结构2、滚轮轴结构3、导轨结构4、牵引索链结构5、驱动轮结构6、驱动导轮结构7、导轮结构8、导轮轴9及其它相关结构所构成； 直接或间接地设于反动翼结构I两端的滚轮轴结构3及滚轮轴结构3外侧的滚轮结构2可在牵引索链结构5的直接或间接带动下沿左右导轨结构4循环运动，并带动反动翼结构I做相应的循环运动，牵引索链结构5与驱动导轮结构7及驱动轮结构6间可相互传递运动动力； 反动翼结构I在横向上可处于两侧的导轨结构4之内或也可横向伸出于两侧的导轨结构4之外一定尺寸，从而增大其翼展长度、翼展面积； 可根据需要在同一车翼系统上同时设更多的可以更佳的工作轨迹与仰角状态工作的反动翼结构，从而获得更佳的总循环升阻比； b、螺旋桨式:具有与现今的螺旋桨结构相似的结构形式，采用旋动平面与水平面成一定角度的倾斜设置方式，从而使旋动的反动翼结构10处于水下与空中以及水与空气两种介质间的循环工作状态，且这种倾斜设置可使反动翼结构在水中运行时可同时向船体11和整个船机系统提供相应的升力及相应的直接或间接的推进动力； 螺旋桨式翼车系统除具有结构简单、少占空间、低风阻、可高速移动、可实现更高旋动速度的优势，还具有在空中回车时也可方便地同时产生与速度、仰角相对应的升力，故其具有可同时方便利用水与空气双介质的更高的结构效能，其可直接借鉴和采用水下螺旋桨与空中螺旋桨的现有成就，包括现有的直升机与船用螺旋桨上使用的各种调角与控制方式及相应的结构形式； 螺旋桨式翼车系统的反动翼结构在旋转轴线方向上可单层设置或多层设置，采用多层设置的方式时，不同层面一不同旋动平面间的反动翼结构之间的外侧部分可彼此完全独立、不相连接，也可彼此连构为一体，从而增强反动翼结构的强度与抗损能力； 为提高反动翼的工作效能，可使处于水中工作的反动翼结构具有更好的水下工作角度及更好的水下延展角度与水下延展尺寸； C、手动桨式:反动翼结构的循环工作轨迹与手动桨的循环运动轨迹相近同，但主动式手动桨式翼车系统依靠的更多的是人力之外的动力，并采用与相关动力形式及动力传递方式相对应的具体结构形式； d、明轮式:整个翼车系统与船舶上使用过的明轮推进器相近，即采用沿圆周布设若干反动翼结构12,各反动翼结构均围绕同一轴心13旋转运动的结构方式； 明轮式翼车系统既可借鉴和采用现有的直升机上所使用的各种调角与控制方式及结构形式，也可采用依靠水流冲击力实现自动调角的反动翼结构形式，以及采用其它适宜的可主动或被动调角的反动翼的结构形式； 明轮式翼车系统具有结构简单，利于高速工作，但低速时总升阻比会较低的特点，轮的直径增大、入水角度高效可调会使低速升阻比得到改善。 e、明轮步行器式——在上述明轮式的基础上，采用各反动翼结构径向位置——距旋转轴心距离可调整的结构设置方式，使反动翼结构在水中工作的曲线运动轨迹的曲率更小、更接近步行的轨迹，使反动翼结构易形成更好的工作角度，从而提高整个翼车系统的工作效能; 实现上述径向位置调节的方式可分别采用依靠动力源动力进行调节的方式和借助运动所形成的压力、离心力进行自动调整的方式；其可采用的方式之一是: 利用可弯转的或可伸缩的径向臂结构14、依靠所设的弹性机构的弹力、反动翼结构运动的离心力、在水中运动所形成的升力、压力、阻力使反动翼结构在水中形成可产生更高效能的工作轨迹； 反动翼结构径向位置可调节的设置方式还可与反动翼工作角度可调节的设置方式相结合，从而形成效能更高的明轮式翼车系统； f、步行器式:——通过相应的结构设置使反动翼结构的工作轨迹与步行器足脚的运动轨迹相近同的翼车系统； g、曲柄连杆式翼车系统一一反动翼结构与曲柄连杆机构的连杆的外侧端相连接，反动翼结构与曲柄连杆机构间可相互带动一动力源可通过曲柄连杆机构带动主动式反动翼结构循环工作，循环工作的被动式反动翼结构也可以通过曲柄连杆机构将所获得的动能传递给相应的机构； h、往复式翼车系统——整个反动翼结构的工作轨迹为简单的直线往复形式或简单的曲线往复形式的翼车系统，其可同时工作于于双介质间、也可仅工作于单一介质中，可采用水平往复运动或只有小的水平倾角的往复运动或其它往复运动情况的往复式翼车系统，其通过反动翼结构的冲角或迎流速度的调节来实现反动翼驱动，故在低速运动的船机系统上使用时的效率更高。7.根据权利要求1或2所述的反动翼的推进方法及其相关工具系统，其特征是:至少一套主动式反动翼系统和至少一套被动式反动翼系统可共同构成反动翼偶系统，各反动翼系统在均产生相应升力的同时，主动式反动翼系统直接推动相关运载工具前进，被动式反动翼系统则吸收运载工具前进所形成的水及其它工作介质的相对运动的动力与能量并直接或间接地再反哺给主动式反动翼系统，从而可构成一种可以小的净动力供给产生大的升力与大的推进力的高效的反动翼联合系统——反动翼偶系统，进而可形成相应的反动翼翼车偶系统； 反动翼翼车偶系统具有自动力的特性，当其中的主动式翼车系统的动力完全由被动式翼车系统提供时，则可将其称为完全自动力翼车偶系统；对于以一定的轴心旋动循环工作的明轮式、螺旋桨式、手动桨式及其它相关形式的翼车系统，可利用与旋动轴心不同距离不同区段处的桨翼部分的线速度的不同，使同一桨翼同时具有主动式反动翼和被动式反动翼的功能，具体而言，处于外侧远端的外桨翼部分的线速度会明显高于处于内侧近端的内桨翼部分的线速度，当它们做为反动翼同处于水中与船一起运动时，处于远端的外桨翼相对于船体的线速度可高于船速而成为主动式反动翼，处于近端的内桨翼相对于船体的的线速度可低于船速从而可设计成被动式的反动翼形式，并发挥被动式反动翼的作用，这样同一桨翼结构即可构成一个可实现更高效率的的反动翼偶系统，其...
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