專利名稱：萬(wàn)向空間推進(jìn)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種封閉式流體機(jī)械萬(wàn)向推進(jìn)器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的推進(jìn)器都必須與外界發(fā)生能量傳遞。車(chē)輛靠克服摩擦力，飛機(jī)靠射流獲得 反作用力，人造天體靠反動(dòng)量等——或多或少都依靠與外界的能量傳遞。人們依靠與外界 的作用獲得動(dòng)力的同時(shí)付出了高能耗、高風(fēng)險(xiǎn)和高污染的代價(jià)。也正是由于依靠與外界進(jìn) 行能量傳遞獲得動(dòng)力這一根本模式的存在，使得交通工具的結(jié)構(gòu)和功能受到這樣和那樣的 限制。追求一種廉價(jià)、高效、環(huán)保、可控、全域適用的交通工具被普遍認(rèn)為是一種妄想。隨著人們對(duì)自然界甚至宇宙中渦旋的認(rèn)識(shí)，渦旋不再神秘。它不再單以災(zāi)難制造 者的身份為人共知。實(shí)際上，流體的渦旋運(yùn)動(dòng)蘊(yùn)藏著巨大的能量可以利用，例如渦旋運(yùn)動(dòng)可 加速燃燒過(guò)程，提高燃燒效率和熱交換率；在水利建筑物中利用渦旋消減能量。在此，我們 將利用渦旋來(lái)消除或減弱作用力或反作用力對(duì)系統(tǒng)的作用效果，使系統(tǒng)獲得單向動(dòng)力。對(duì)稱離心力失衡導(dǎo)致系統(tǒng)單向力輸出，是一項(xiàng)已經(jīng)實(shí)用化的技術(shù)，俗稱振動(dòng)導(dǎo)向 技術(shù)。但目前現(xiàn)有的機(jī)械裝置存在轉(zhuǎn)向不靈活、大小不易調(diào)的缺點(diǎn)。通常的做法是依靠約 束在一個(gè)圓周軌道內(nèi)的對(duì)稱偏心行星輪轉(zhuǎn)動(dòng)，造成特定方向的離心力失衡從而使系統(tǒng)獲得 轉(zhuǎn)動(dòng)平面內(nèi)的徑向動(dòng)力。

發(fā)明內(nèi)容
源于電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換來(lái)的軸向推力和平動(dòng)力，可以與自然重力一起為封閉系統(tǒng)合 成萬(wàn)向推力，以改變現(xiàn)有的推進(jìn)方式。發(fā)明的具體內(nèi)容有4項(xiàng)一、電磁徑向推力器。將超導(dǎo)電磁力輸入平衡轉(zhuǎn)動(dòng)系，利用磁極間的排斥和吸引力 使質(zhì)量塊徑向移動(dòng)，破壞對(duì)稱離心力維持的動(dòng)態(tài)平衡，使系統(tǒng)在轉(zhuǎn)動(dòng)平面內(nèi)獲得靈活可調(diào) 的單向推力；二、流體軸向推力器。倒置傘形結(jié)構(gòu)的軸向推力輪與外支承殼體共同作用使動(dòng)螺 旋管在公轉(zhuǎn)的同時(shí)自轉(zhuǎn)，從而強(qiáng)迫管內(nèi)流體建立徑向流動(dòng)循環(huán)。動(dòng)螺旋管靠混流腔消耗向 內(nèi)液流的能量獲得反作用力，定螺旋管靠矩形螺旋通道阻礙離心流體流動(dòng)獲得動(dòng)力。偶數(shù) 對(duì)稱的動(dòng)、定螺旋管的合力作用完成電動(dòng)機(jī)扭矩向軸向推力轉(zhuǎn)換。三、萬(wàn)向空間推進(jìn)器。徑向推力器與軸向推力器通過(guò)磁重力支承軸承有機(jī)結(jié)合，共 用一個(gè)單軸電動(dòng)機(jī)，加上自調(diào)平部件、支承部件及相關(guān)設(shè)備一起構(gòu)成機(jī)械式萬(wàn)向推進(jìn)器。萬(wàn) 向推進(jìn)器有單/雙徑向推力器組合，不同組合有不同的特點(diǎn)。但都能與載具自身重力一起 提供三維空間的萬(wàn)向推力。四、高轉(zhuǎn)速、高扭矩環(huán)形電機(jī)。將直線電機(jī)的軌道設(shè)計(jì)成首尾相連的環(huán)道，將其固 定在支承結(jié)構(gòu)或輪輻上，等間隔設(shè)置偶數(shù)個(gè)次級(jí)在虛擬環(huán)道上，用霍爾元件感知位置并控 制換向，多個(gè)力偶交替高頻作用。以滿足大直徑、高轉(zhuǎn)速、高扭矩的圓周運(yùn)動(dòng)需求。


圖1單徑向推力輪萬(wàn)向空間推進(jìn)器剖視結(jié)構(gòu)中1直線電機(jī)，2驅(qū)動(dòng)與控制接 口，3超導(dǎo)電磁鐵，4橫置磁支承軸承，5立軸，6徑向推力輪輻，7縱置磁支承，8電機(jī)控制器， 9動(dòng)螺旋管，10定螺旋管，11單軸電動(dòng)機(jī)，12混流腔缸體，13太陽(yáng)棘輪，14單向止推磁軸承， 15軸端密封件，16下支承罩內(nèi)襯，17摩擦環(huán)，18下支承罩骨架，19中間隔板，20連接螺栓， 21上支承罩內(nèi)襯，22直線電機(jī)控制器，23自整角電機(jī)，24陀螺儀，25半圈高壓集電環(huán)。圖2磁懸浮機(jī)械式萬(wàn)向空間推進(jìn)器結(jié)構(gòu)中1、3為初級(jí)，2、4為次級(jí)，5為環(huán)形 電機(jī)控制器，6蓄電池。圖3軸向推力輪腔內(nèi)液體流向及渦流示意圖及螺旋管剖視4動(dòng)螺旋管動(dòng)力分析示意5混流腔內(nèi)液體流動(dòng)示意6定螺旋管動(dòng)力分析示意7螺旋管微觀動(dòng)力分析8徑向推力輪動(dòng)力分析9徑向推力輪失衡示意10正向動(dòng)力——轉(zhuǎn)角關(guān)系11側(cè)向轉(zhuǎn)角——轉(zhuǎn)角關(guān)系12徑向合力矢量周期性變化示意13單/雙徑向平動(dòng)輪萬(wàn)向空間推進(jìn)器在飛碟上的運(yùn)用圖中1載員艙，2外回轉(zhuǎn) 支承，3旋轉(zhuǎn)動(dòng)力艙，4雙徑向推力輪萬(wàn)向空間推進(jìn)器，5內(nèi)回轉(zhuǎn)支承，6角度補(bǔ)償裝置，7單平 動(dòng)輪升降器/低速動(dòng)力備份。
圖14萬(wàn)向推進(jìn)器應(yīng)用示例圖。
具體實(shí)施例方式流體軸向推力器通過(guò)外形似倒傘形結(jié)構(gòu)的腔體與外支承結(jié)構(gòu)的配合，在電動(dòng)機(jī)扭 矩驅(qū)動(dòng)下，使動(dòng)螺旋管在公轉(zhuǎn)的同時(shí)產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，強(qiáng)迫管內(nèi)具有離心傾向的流體由外向內(nèi)流 動(dòng)?？傮w液體流向示意如圖2。被迫流動(dòng)的流體在管內(nèi)形成直線渦管如圖4中(2)。直線 渦管進(jìn)入中心混流腔后，渦管半徑增大，速度變低。由于動(dòng)螺旋管自身的公轉(zhuǎn)使得直線渦管 向轉(zhuǎn)動(dòng)的反方向彎曲。在受到入口脫體渦流、太陽(yáng)棘輪橫、縱向越頂渦流⑶及腔底受迫 渦流(4)等渦流的阻擊之后，直線渦管大部分能量被消耗，斜向下的力&在通過(guò)流體接觸 腔底時(shí)作用方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，能量被分散，對(duì)系統(tǒng)無(wú)明顯的向下作用。動(dòng)螺旋管因此獲得單 向的反作用力圖5中(F2)(包括反流體離心力和反動(dòng)量)傳給機(jī)體；流入混流腔的流體受 壓力和離心力作用經(jīng)定螺旋管向外流動(dòng)，流體流經(jīng)與動(dòng)螺旋管相同結(jié)構(gòu)的反向矩形螺旋通 道，將離心力通過(guò)對(duì)斜面正壓的方式傳給定螺旋管如圖5。螺旋管展開(kāi)相當(dāng)于一個(gè)斜面，液 流質(zhì)點(diǎn)受力如圖6。Ft即是定螺旋管的向上作用力。定螺旋管同時(shí)還起到維系輪輻和混流 腔結(jié)構(gòu)、并共同為動(dòng)螺旋管提供支承的作用。由于整個(gè)升力轉(zhuǎn)輪是一個(gè)倒置的傘形結(jié)構(gòu)，所 以動(dòng)、定螺旋管自身獲得的向外斜向上對(duì)稱的動(dòng)力可以順利的完成大部分離心力及扭力向 軸向升力Ft+F5的轉(zhuǎn)換。整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，流體的離心力的兩個(gè)分量F2、F3在豎起方向的力 作用貢獻(xiàn)F’ 5、F4等效地維持著系統(tǒng)的軸向平衡。也就是說(shuō)我們只對(duì)因轉(zhuǎn)動(dòng)離心力的一個(gè)
4分量施加作用力獲得反作用力，動(dòng)態(tài)平衡軸向推力輪的輪輻平面通過(guò)電磁重力支承軸承將 向上的合作用力傳給系統(tǒng)支承結(jié)構(gòu)，使整個(gè)系統(tǒng)獲得升力。升力與電機(jī)功率、轉(zhuǎn)速、流體的 密度、粘滯阻力以及流體腔內(nèi)壁工藝有關(guān)。由于漏斗狀的下支承罩可以完全密封，所以不用 當(dāng)心工程實(shí)施中的流體滲漏。包括汞在內(nèi)的諸多流體都可以使用。電機(jī)功率大、轉(zhuǎn)速高、流 體密度大粘滯阻力小，腔內(nèi)光滑則升力大，反之則不然。在離心力到升力的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，流 體流動(dòng)粘滯作用、混流腔內(nèi)渦流損耗和質(zhì)點(diǎn)間碰撞會(huì)轉(zhuǎn)化成少量熱能。流體本身就有傳熱 和冷卻的功能。因此，推進(jìn)器的散熱問(wèn)題不是太難解決，必要時(shí)可以通過(guò)外部流體帶走部分 熱量。
‘ R'F1 = 1 ^ρπω2^ sin ε cos f sin α + Αρ^πω1^ {2kxr + r0) cos a sin aF2 =1 β^ρπω1^ sin ε cos ε sin aF3 16 ρπω 4 sin a總升力Fz = 8 (FJF2-F3)其中Ic1為動(dòng)螺旋管長(zhǎng)度與管內(nèi)徑的比值，ε為螺旋角，k2為動(dòng)螺旋管摩擦輪中心 距R'與輪半徑r'的比值，即升力輪與動(dòng)螺旋管的轉(zhuǎn)速比。式中F1為動(dòng)螺旋管在克服離心 力做功獲得的升力，F(xiàn)2為定螺旋管所受動(dòng)壓力的升力，F(xiàn)3為動(dòng)螺旋管通過(guò)流體對(duì)系統(tǒng)向下 的力作用，α是螺旋管與水平面夾角(綜合諸多因素，暫取30度)，螺旋管采用度螺旋角。顯然流體從混流腔向外流動(dòng)是沒(méi)有絲毫向下力作用的，也就是說(shuō)就算動(dòng)螺旋管 排出的流體像剛體一樣，使系統(tǒng)受到與動(dòng)螺旋管傳遞來(lái)的向下的作用力，而在豎直方向與 反作用力的向上分量平衡，那么系統(tǒng)至少還有動(dòng)螺旋管克服螺旋段液體的離心力的反作用 力，以及定螺旋管由于流體離心力正壓矩形螺旋通道獲得的升力。然而，經(jīng)驗(yàn)告訴我們，流 體傳力的定向性遠(yuǎn)比剛體差得多，流體向下的作用力絕對(duì)不能平衡掉動(dòng)螺旋管所受的反作 用力。因此，以水為流體介質(zhì)，直徑1米的升力輪以1800r/min轉(zhuǎn)速帶動(dòng)內(nèi)徑3厘米的動(dòng)螺 旋管轉(zhuǎn)動(dòng)，最保守估計(jì)可以提供7132牛的升力，而自身重不超過(guò)400千克。如果轉(zhuǎn)速稍微 加大，軸向升力將以平方關(guān)系增長(zhǎng)。由于動(dòng)螺旋管與倒置傘形結(jié)構(gòu)一起公轉(zhuǎn)，而且轉(zhuǎn)速以一 定比例關(guān)聯(lián)。各部分渦流的速度和能量隨轉(zhuǎn)速一起變化，因此，轉(zhuǎn)速的提高不會(huì)造成向下力 作用的大幅變化。高轉(zhuǎn)速情況下需要關(guān)注的應(yīng)該是電動(dòng)機(jī)的功率及熱效應(yīng)、軸承的耐受力 和動(dòng)態(tài)密封效果。強(qiáng)迫流動(dòng)因動(dòng)螺旋管而起，進(jìn)多少出多少，也不會(huì)引起流體局部壓強(qiáng)的過(guò) 分上升。電磁徑向推力器如圖7由6根徑向?qū)к壓?8個(gè)動(dòng)/靜超導(dǎo)電磁鐵滑塊及相應(yīng)的 軸承、電器元件組成。輪幅通過(guò)磁重力支承軸承獲得流體軸向推力輪幅的反向動(dòng)力。徑向 推力器主要通過(guò)超導(dǎo)電磁鐵通/斷電產(chǎn)生和消滅電磁排斥/吸引力，與離心力一起造成每 組超導(dǎo)電磁鐵的中間電磁鐵，在其余兩個(gè)固定電磁鐵的共同作用下在導(dǎo)軌上往復(fù)運(yùn)動(dòng)。表 面上電磁鐵之間不接觸，滑塊離心力依靠磁墊傳遞給輪輻，造成對(duì)輪輻離心壓力的變化如 圖7。由于對(duì)稱離心力的失衡如圖8，合力表現(xiàn)為整個(gè)徑向推力輪的單向運(yùn)動(dòng)。由于滑塊的 運(yùn)動(dòng)和特殊結(jié)構(gòu)，會(huì)造成合力的方向在60度范圍內(nèi)周期性擺動(dòng)如圖10、11，力的大小也在 1. 732——2倍單軌失衡力范圍內(nèi)往復(fù)變動(dòng)如圖9?？梢酝ㄟ^(guò)兩個(gè)啟動(dòng)位置相錯(cuò)30度的徑 向推力輪反轉(zhuǎn)或周期性調(diào)整航向和激磁電壓以提供方向、大小相對(duì)穩(wěn)定的平動(dòng)推力。這里
5要注意的是雙徑向推力輪和單徑向推力輪模式的各有特點(diǎn)單徑向推力輪推進(jìn)器自身可以不轉(zhuǎn)動(dòng)，但推力小，方向和大小在周期性變化，如圖 9、10所示，最終的矢量變化情況如圖11，只有采取周期性地調(diào)整航向和激磁電壓以期獲得 較為穩(wěn)定的推力。因此，單平動(dòng)輪的推進(jìn)器適合低速不自旋場(chǎng)合運(yùn)用。比如小型無(wú)輪化車(chē) 輛或集群使用的大型運(yùn)輸工具如圖14。集群使用時(shí)，推進(jìn)器即提供升力和動(dòng)力，又可以參與 不依靠空氣動(dòng)力調(diào)姿和轉(zhuǎn)向操作。雙徑向推力輪如圖1與單平動(dòng)輪相比推力要大，并且相對(duì)穩(wěn)定，不用專門(mén)的調(diào)向 調(diào)速設(shè)計(jì)。由于無(wú)法消除軸向推力輪的扭矩，所以支承結(jié)構(gòu)要繞電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng) 不影響電動(dòng)機(jī)效率。因此，要消除推進(jìn)器轉(zhuǎn)動(dòng)必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的扭矩平衡補(bǔ)償系統(tǒng)或回轉(zhuǎn)支 承。于是，雙平動(dòng)輪的推進(jìn)器較適合允許機(jī)體轉(zhuǎn)動(dòng)的高速運(yùn)用場(chǎng)合。比如高速碟形飛行器 如圖13。對(duì)于徑向推力方向的控制，是通過(guò)自整角電機(jī)或機(jī)械轉(zhuǎn)向裝置帶動(dòng)半圈高壓的集 電環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)完成的。高速旋轉(zhuǎn)的徑向推力輪要從外界獲得激磁電壓，只能通常通過(guò)集電環(huán) 和電刷。為了使平動(dòng)輪的對(duì)稱離心力失衡并使輸出力的方向可控，采取半圈高電壓和半圈 低電壓集電環(huán)設(shè)計(jì)。可調(diào)高電壓提供失衡磁力。恒定低電壓主要是為脫離高壓磁力約束的 離心滑塊提供緩沖磁力墊而設(shè)計(jì)的。它的存在不會(huì)影響平動(dòng)輪力輸出的大小和方向。輸出 力的大小理論可以上等于徑向推力輪所提供的電磁排斥/吸引力的合力。但實(shí)際運(yùn)用中， 應(yīng)根據(jù)輪的轉(zhuǎn)速、滑塊質(zhì)量、滑動(dòng)距離等綜合計(jì)算。公式為行進(jìn)方向徑向合力Fs= mco2Ar[|sin3 | + |sin(3+60° ) | +1 sin ( β+120° ) |]左右合力Fc= mco2Ar[cos3+cos(3+60° )+cos(β +120° )]m為電磁鐵滑塊的質(zhì)量，ω為推力輪的轉(zhuǎn)速，r為滑塊的最大半徑，Ar為滑塊移 動(dòng)的距離，β為徑向推力輪起始角度。Fc是有符號(hào)的，輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí)結(jié)果為正向右，為負(fù)向 左，為零不偏移。徑向推力器的最終力矢量Fxy = Fs+Fc由于徑向推力輪的動(dòng)力一方面來(lái)自電機(jī)輸出的扭矩，另一方面來(lái)自外加的超導(dǎo)電 磁場(chǎng)。因此防止超強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)其他部件造成負(fù)面影響是必要的。由于平動(dòng)輪是在一個(gè)相對(duì)密 封的環(huán)境中運(yùn)行，根據(jù)實(shí)測(cè)磁力線做好強(qiáng)磁屏蔽已無(wú)技術(shù)性障礙。但由于強(qiáng)磁場(chǎng)高速掃過(guò) 立軸，會(huì)使立軸兩端產(chǎn)生電壓差，因此，還必須將立軸與外支承罩用絕緣材料隔開(kāi)，并且設(shè) 置相應(yīng)的充電電路儲(chǔ)能。密閉的環(huán)境同時(shí)也可以阻止外界熱量的傳入。有人試驗(yàn)得知對(duì)超 導(dǎo)電磁鐵脈沖通電不會(huì)引起材料溫度急劇升高，累積溫度升高得也很慢。再則，徑向推力器 也不是一直工作的，因此，自身溫度不可能影響磁鐵線材的超導(dǎo)電性。如果確實(shí)需要低溫環(huán) 境，推進(jìn)器可加外部降溫措施。萬(wàn)向推力器推力矢量控制系統(tǒng)由自平衡分系統(tǒng)、徑向力矢量控制分系統(tǒng)、軸向推 力控制器及外部計(jì)算機(jī)構(gòu)成。在原本軸向、徑向推力輪的旋轉(zhuǎn)已經(jīng)具有軸的穩(wěn)定性基礎(chǔ)上， 在外支承蓋上呈“十”字安裝四部直線電機(jī)和相應(yīng)的控制器與頂置陀螺儀構(gòu)成自身調(diào)平系 統(tǒng)。采用自整角電機(jī)帶動(dòng)半圈高壓集電環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)以控制徑向推力矢量；控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以控 制軸向推力大小。共同采用一個(gè)關(guān)聯(lián)的外部控制接口，為萬(wàn)向推力器推力矢量控制和集群 使用的電控制提供方便。推進(jìn)器的動(dòng)力可以由自帶電動(dòng)機(jī)輸入，也可以延長(zhǎng)底部注液軸從外界獲得傳統(tǒng)動(dòng) 力。
以上是作為低成本、低載荷、低速率低端使用時(shí)的方案。使用時(shí)可能因電動(dòng)機(jī)、軸 承的等方面的局限而無(wú)法獲得更強(qiáng)的動(dòng)力，并且有明顯的噪音、振動(dòng)等其他附帶效應(yīng)。如果 全部使用電磁承軸及超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)，情況會(huì)大有改觀。但是隨著推進(jìn)器直徑的增大。電機(jī)的 扭力會(huì)下降，不利于提高推進(jìn)器能力。下面介紹另一種高端方案。此方案其他部分與前一方案大體相同，主要區(qū)別在于動(dòng)力的設(shè)計(jì)。為了同時(shí)滿足 高轉(zhuǎn)速、高扭矩的要求。采取多次級(jí)環(huán)形線性電機(jī)提供動(dòng)力和磁懸浮回轉(zhuǎn)支承。在軸向推力 輪的輪輻上等距安裝8個(gè)線性電機(jī)的次級(jí)，在支承罩上和中間隔板上安裝環(huán)形導(dǎo)軌如圖2， 低端方案中電動(dòng)機(jī)的位置可以安裝蓄電池和控制器；在徑向推力輪外圈安裝環(huán)形磁導(dǎo)軌， 在支承罩上等間隔安裝8個(gè)U形次級(jí)，用霍爾元件感知磁極位置并控制換向。將8個(gè)次級(jí) 統(tǒng)一協(xié)調(diào)使用，通過(guò)4組力偶高頻交替作用實(shí)現(xiàn)高扭矩、高轉(zhuǎn)速環(huán)形運(yùn)轉(zhuǎn)。若再將中科院電 工研究所專利號(hào)為200310121370. 2的超導(dǎo)磁流體船舶推進(jìn)器縮小用作動(dòng)螺旋管。推進(jìn)器 幾乎可以無(wú)聲、長(zhǎng)時(shí)間、低能耗、免維護(hù)的運(yùn)轉(zhuǎn)，而且尺寸也可做得更大，能力更強(qiáng)，結(jié)構(gòu)更 緊湊。當(dāng)然內(nèi)部復(fù)雜的電磁環(huán)境必須著重考慮。由于此發(fā)明主要基于全新的對(duì)稱離心力失衡和主動(dòng)消耗反作用力的原理，所以這 樣一個(gè)封閉系統(tǒng)在軸向、徑向推力及載具自身重力的共同作用下可以獲得三維空間任意方 向一定大小的推動(dòng)力。此機(jī)械式萬(wàn)向推進(jìn)器有效率高、可控性好、環(huán)保性好等方面的優(yōu)點(diǎn)， 而且能夠方便的集群使用以提供巨大推力，必將帶來(lái)交通工具的革命。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明中的流體軸向推力器由8根動(dòng)螺旋管和8根定螺旋管和輪輻間隔腔體、混流 腔體，一起構(gòu)成倒置傘形結(jié)構(gòu)。在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下，軸向推力輪與下支承殼體共同作用使動(dòng)螺 旋管在公轉(zhuǎn)的同時(shí)自轉(zhuǎn)，從而克服螺旋段液體離心力強(qiáng)迫管內(nèi)液體建立徑向循環(huán)流動(dòng)。動(dòng) 螺旋管靠混流腔與腔內(nèi)太陽(yáng)棘輪共同制造的液體復(fù)雜渦流消耗向內(nèi)液流的能量并改變其 作用力方向，獲得反作用力；定螺旋管靠離心液體流動(dòng)正壓矩形螺旋通道獲得動(dòng)力。偶數(shù)對(duì) 稱的動(dòng)/定螺旋管的合作用力通過(guò)8個(gè)磁重力支承軸承傳遞給支承結(jié)構(gòu)，完成電動(dòng)機(jī)扭矩 向軸向推力的轉(zhuǎn)換。
2.電磁徑向推力器由6根徑向?qū)к壓?8個(gè)動(dòng)/定超導(dǎo)電磁鐵滑塊及相應(yīng)的軸承、電器 元件組成。將超導(dǎo)電磁力通過(guò)集電環(huán)輸入動(dòng)態(tài)平衡轉(zhuǎn)動(dòng)系，通過(guò)超導(dǎo)電磁鐵通/斷電產(chǎn)生 和消滅電磁排斥/吸引力，與離心力一起迫使每組超導(dǎo)電磁鐵中間的電磁鐵動(dòng)滑塊，在其 余兩個(gè)固定電磁鐵的推拉作用下在導(dǎo)軌上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，造成對(duì)輪輻離心壓力的變化。由于對(duì) 稱離心力的失衡，合力通過(guò)8根立軸傳遞給外支承結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為整個(gè)徑向推力器的單向力 輸出。通過(guò)周期性調(diào)壓、調(diào)向或采取雙徑向推力輪組合以期得到較為穩(wěn)定的徑向合力矢量。
3.軸向、徑向推力器共用1個(gè)動(dòng)力源(動(dòng)力來(lái)自倒置傘形結(jié)構(gòu)底部的單軸可調(diào)速電動(dòng) 機(jī)，或延伸注液軸從外界傳來(lái)的傳統(tǒng)動(dòng)力)，徑向推力輪通過(guò)8個(gè)磁重力支承軸承獲得軸向 推力輪輻的反向轉(zhuǎn)動(dòng)力。二者與自調(diào)平部件、支承結(jié)構(gòu)及相關(guān)設(shè)備一起構(gòu)成機(jī)械式萬(wàn)向空 間推進(jìn)器。推進(jìn)器有單/雙徑向推力輪模式，不同模式有不同的特點(diǎn)單徑向推力輪模式推 進(jìn)器支承結(jié)構(gòu)不轉(zhuǎn)動(dòng)，推力矢量方向和大小同時(shí)呈現(xiàn)周期性變化；雙徑向推力輪模式推進(jìn) 器的支承結(jié)構(gòu)會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，徑向推力大且穩(wěn)定。萬(wàn)向空間推進(jìn)器能與自身重力一起合成三維空 間的萬(wàn)向推力。
4.高轉(zhuǎn)速、高扭矩環(huán)形電機(jī)。將直線電機(jī)軌道的初級(jí)/次級(jí)設(shè)計(jì)成首尾相連的環(huán)道， 將其固定在支承結(jié)構(gòu)或輪上，均勻設(shè)置偶數(shù)個(gè)次級(jí)在虛擬環(huán)道上。在支承罩上和中間隔板 上、徑向推力輪外圈安裝環(huán)形初級(jí)，在軸向推力輪的輪輻上、支承罩上等間隔安裝8個(gè)U形 次級(jí)，用霍爾元件感知磁極位置并控制換向。將8個(gè)次級(jí)統(tǒng)一協(xié)調(diào)使用，通過(guò)4組力偶高頻 交替作用實(shí)現(xiàn)高扭矩、高轉(zhuǎn)速環(huán)形運(yùn)轉(zhuǎn)。以滿足大直徑、高轉(zhuǎn)速、高扭矩的圓周運(yùn)動(dòng)需求。
5.在外支承蓋上呈“十”字安裝四部直線電機(jī)和相應(yīng)的控制器與頂置陀螺儀構(gòu)成自身 調(diào)平系統(tǒng)。采用自整角電機(jī)帶動(dòng)半圈高壓集電環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)以控制徑向推力矢量；控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速以控制軸向推力大小。共同采用一個(gè)關(guān)聯(lián)的外部控制接口，為萬(wàn)向空間推力器的集群使 用提供方便。
6.徑向推力器與軸向推力器都在高度封閉的屏蔽空間內(nèi)運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明介紹一種不依靠與外界發(fā)生能量交換來(lái)工作的靈活可控的機(jī)械式萬(wàn)向空間推進(jìn)器。倒置傘形結(jié)構(gòu)的軸向推力輪與外支承殼體共同作用使動(dòng)螺旋管在公轉(zhuǎn)的同時(shí)自轉(zhuǎn)，從而強(qiáng)迫管內(nèi)液體建立徑向循環(huán)流動(dòng)。動(dòng)螺旋管靠混流腔消耗向內(nèi)流體的能量獲得反作用力，定螺旋管靠矩形螺旋通道阻礙離心流體流動(dòng)獲得動(dòng)力。偶數(shù)對(duì)稱的動(dòng)/定螺旋管的合作用完成電動(dòng)機(jī)扭矩向軸向推力的轉(zhuǎn)換；徑向推力輪在轉(zhuǎn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，利用外加電磁力迫使質(zhì)量滑塊徑向位移，以造成外輪輻所受離心力失衡。由前后半圈所受合力差為徑向推力輪提供單向平動(dòng)力。軸向推力輪與徑向推力輪通過(guò)重力支承軸承平衡扭矩。此推進(jìn)器高效、可控、環(huán)保，可單獨(dú)或集群使用，必將帶來(lái)新一輪交通革命。
文檔編號(hào)B64G1/40GK102001454SQ20091022674
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者孟理森 申請(qǐng)人:孟理森