一種光動力飛行器的制造方法
【專利摘要】一種光動力飛行器是采用聚焦太陽光的方法，將光能轉(zhuǎn)換為熱能儲存在熱容量高的載體中作為動力能源的球形運載工具，不僅可以減小自重和體積，增加續(xù)航能力和有效負荷，而且可以實現(xiàn)太空與大氣層空間兩棲作業(yè)。其特征是由光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、復(fù)合動力系統(tǒng)、球形船體、自動控制系統(tǒng)四部分構(gòu)成。其技術(shù)屬于運載工具領(lǐng)域。該飛行器球形船體一方面利于采集不同角度的陽光，另一方面具有運動穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向靈活性；其動力倉內(nèi)處于真空狀態(tài)，有利于隔熱，用于安置光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與復(fù)合動力系統(tǒng)，減少高熱容載體熱量損失；工作倉用于安置操作室和運載裝備。光動力飛行器既可以無人自動航行，也可以載人航行，適宜作為航天器、航空器及返回式衛(wèi)星。
【專利說明】
一種光動力飛行器1、
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]—種光動力飛行器是采用聚焦太陽光的方法，將光能轉(zhuǎn)換為熱能儲存在熱容量高的載體中作為動力能源的球形運載工具，不僅可以減小自重和體積，增加續(xù)航能力和有效負荷，而且可以實現(xiàn)太空與大氣層空間兩棲作業(yè)。其特征是由光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、復(fù)合動力系統(tǒng)、球形船體、自動控制系統(tǒng)四部分構(gòu)成。該飛行器采用隔離板將球形船體分為動力倉和工作倉;動力倉內(nèi)處于真空狀態(tài)，有利于隔熱，用于安置光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與復(fù)合動力系統(tǒng)，減少高熱容載體熱量損失;工作倉用于安置操作室和運載裝備。球形船體一方面利于采集不同角度的陽光，另一方面球形點對稱結(jié)構(gòu)具有運動穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向靈活性。光動力飛行器既可以無人自動航行，也可以載人航行，適宜作為航天器、航空器及返回式衛(wèi)星。其技術(shù)屬于運載工具領(lǐng)域。2、【背景技術(shù)】
[0002]人類的能源基本上來自于太陽。太陽能取之不盡、用之不竭，并且沒有環(huán)境污染， 是人類理想的清潔能源?，F(xiàn)有的太陽能利用技術(shù)，如光伏發(fā)電技術(shù)，由于光電轉(zhuǎn)換效率較低，通常僅為15%左右，因此需要使用較大面積的光電池板提供電能，尚不適合作為運載工具能源。采用聚焦太陽光的方法，將熱容量高的載體加熱至高溫，其光熱轉(zhuǎn)換效率遠遠高于光電轉(zhuǎn)換效率，不僅可以提高光能利用率，而且便于累積與儲存光能。利用一定規(guī)模的高溫高熱容載體降溫時釋放出的熱量作為能源，可以替代化石燃料，用于取暖、加熱、發(fā)電、以及驅(qū)動海陸、空運載工具。一種光動力飛行器是采用聚焦太陽光的方法，將光能儲存在熱容量高的載體中作為能源，推動其運動的球形運載工具，可以作為航天器、航空器及返回式衛(wèi)星。3、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]—種光動力飛行器既可以無人自動航行，也可以載人航行;它是由光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、 復(fù)合動力系統(tǒng)、球形船體、自動控制系統(tǒng)四部分構(gòu)成;光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以解決飛行器的能源問題;復(fù)合動力系統(tǒng)可以解決飛行器的航行動力問題;球形船體一方面利于采集不同角度的陽光，另一方面球形點對稱結(jié)構(gòu)具有運動穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向靈活性；自動控制系統(tǒng)用于飛行器對光熱轉(zhuǎn)換、動力配置、航天、航空運行模式進行智能化管理。
[0004]光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由鑲嵌在球形船體表面的若干聚光透鏡片(1 )、位于聚光透鏡片(1) 光束聚焦點范圍的高溫球(2)，儲存在高溫球(2)內(nèi)部的液態(tài)高熱容載體(3 )，位于高溫球 (2)中心與高溫球(2)擁有共同球心的中空汽化球(4)、位于高溫球(2)上方的球形儲罐(5)， 儲存在球形儲罐(5)內(nèi)的液化氣體(6)，位于球形儲罐(4)內(nèi)部的液化氣體分配器(7)，位于高溫球(2)下方的高壓氣體分配器(8)構(gòu)成;聚光透鏡片(1)外表面涂覆有透光耐高溫保護層，所有聚光透鏡片(1)的焦點均落在高溫球(2)表面;液態(tài)高熱容載體(3)充裝在高溫球 (2)內(nèi)表面與中空汽化球(4)外表面構(gòu)成的空腔中；液化氣體分配器(7)與中空汽化球(4)之間及中空汽化球(4)與高壓氣體分配器(8)之間由導(dǎo)管(24)接通。
[0005]復(fù)合動力系統(tǒng)由包括微型汽輪發(fā)電機(9)、處理汽輪發(fā)電機(9)廢氣的氣體壓縮冷凝器(10)、聯(lián)通冷凝器(10)與球形儲罐(5)的液化氣體(6)循環(huán)管道(11)、用于儲存多余電能的高能蓄電池(25)共同組成的三套發(fā)電裝置，及位于球形船體下半球底部中心的、用于航天的主氣體推進器(26)，位于圓形隔離板(18)上方平行平面內(nèi)、按照內(nèi)接正三角形頂點排列的、用于調(diào)整飛行器航行方向的三臺輔助氣體推進器(12)，固定于圓形隔離板(18)下方的三臺高速電動機(13)，及由三臺高速電動機(13)分別驅(qū)動的、位于高速電動機(13)下方的、用于航空的三只螺旋槳推進器(14)構(gòu)成；由高壓氣體分配器(8)通過管道(28)定量供應(yīng)高壓氣體(23)，驅(qū)動汽輪發(fā)電機(9)供電，通過管道(29)定量供應(yīng)高壓氣體(23)驅(qū)動輔助氣體推進器(12)運行，通過管道(30)定量供應(yīng)高壓氣體(23)驅(qū)動主氣體推進器(26)運行； 輔助氣體推進器(12可以調(diào)整噴射角度改變飛行器姿態(tài);三臺高速電動機(13)驅(qū)動三只螺旋槳推進器(14)運行時，螺旋槳推進器(14)延長到球形船體外部，進入航天模式時，螺旋槳推進器(14)縮進球形船體內(nèi)部。
[0006]球形船體由球形金屬外殼(15)、位于球形金屬外殼(15)頂部的應(yīng)急倉(16)，頂角分別與球形金屬外殼(15)內(nèi)接的正四面體結(jié)構(gòu)金屬龍骨框架(17)與金屬輔助框架(31)、與正四面體結(jié)構(gòu)金屬龍骨框架(17)底面處于同一平面的圓形隔離板(18)，位于球形金屬外殼 (15)殼體中沿著經(jīng)煒線分布的氣體通道(27)，位于金屬外殼(15)底部的、與螺旋槳推進器 (14)同軸的三腳式可收放式起落架(19)構(gòu)成;球形金屬外殼(15)內(nèi)表面涂覆熱反射涂料， 以減少高熱容載體(3)熱量損失;應(yīng)急倉(16)內(nèi)設(shè)置有降落傘(20)，用于飛行器在大氣層空間實施減速;采用頂角分別與球形金屬外殼(15)內(nèi)接的正四面體結(jié)構(gòu)金屬龍骨框架(17)與金屬輔助框架(31)，利于球形船體抵御外部壓力，并且不阻擋太陽光束照射位于球形金屬外殼(15)內(nèi)部的高溫球(2);氣體通道(27)首端與液化氣體分配器(7)連接，術(shù)端與高壓氣體分配器(8)連接，飛行器由太空返回地球通過大氣層時，液化氣體分配器(7)將液化氣體(6)通入位于金屬外殼(15)中的氣體通道(27)，液化氣體(6)汽化時，吸收金屬外殼(15)的熱量成為高壓氣體(23)進入高壓氣體分配器(8)，既解決了金屬外殼(15)冷卻問題，又增加了飛行器動力;采用金屬隔離板(18)將球形船體分為動力倉和工作倉;動力倉內(nèi)處于真空狀態(tài)，有利于隔熱，用于安置光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與復(fù)合動力系統(tǒng)，可以減少高熱容載體(3)熱量損失;在隔離板(18)上表面以高壓氣體分配器(8)為中心，以正六角形對稱安置三臺輔助氣體推進器(12)、三套發(fā)電裝置;在隔離板(18)下表面以主氣體推進器(26)為中心，按照正三角形安置三臺高速電動機(13);工作倉用于安置操作室和運載裝備；在使用主氣體推進器 (26)實施升空和著陸時，采用三腳式可收放起落架(19)保持飛行器在地面處于平衡狀態(tài)。
[0007]自動控制系統(tǒng)由位于工作倉內(nèi)的電腦網(wǎng)絡(luò)裝置(21)及通訊裝置(22)構(gòu)成；用于飛行器對光熱轉(zhuǎn)換、動力配置、航天、航空運行模式進行智能化管理；電腦網(wǎng)絡(luò)裝置(21)及通訊裝置(22)圍繞主氣體推進器(26)排列并固定于圓形隔離板(18)下面。4、【附圖說明】[〇〇〇8]圖1是光動力飛行器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是光動力飛行器外觀示意圖，圖3是球形金屬外殼(15)內(nèi)接的正四面體結(jié)構(gòu)金屬框架(17)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是隔離板(18)上表面結(jié)構(gòu)圖。 圖5是隔離板(18)下表面結(jié)構(gòu)圖。5、【具體實施方式】[〇〇〇9] 一種光動力飛行器是由光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、復(fù)合動力系統(tǒng)、球形船體、自動控制系統(tǒng)四部分構(gòu)成，既可以無人自動航行，也可以載人航行，其具體優(yōu)化實施方式如下:
[0010]光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由鑲嵌在球形船體表面的若干表面沉積耐高溫類金剛石膜的石英玻璃聚光透鏡片(1)、位于聚光透鏡片(1)光束聚焦點范圍的金屬鉬制成的高溫球(2)，儲存在高溫球(2)內(nèi)部的液態(tài)金屬鋰作為高熱容載體(3)，位于高溫球(2)中心與高溫球(2)擁有共同球心的金屬鈦制成的中空汽化球(4)、位于高溫球(2)上方的金屬鈦制成的球形儲罐 (5)，儲存在球形儲罐(5)內(nèi)的液態(tài)氫氣作為液化氣體(6)，位于球形儲罐(4)內(nèi)部的液化氣體分配器(7)，位于高溫球(2)下方的高壓氣體分配器(8)構(gòu)成。
[0011]復(fù)合動力系統(tǒng)由包括微型汽輪發(fā)電機(9)、處理汽輪發(fā)電機(9)廢氣的氣體壓縮冷凝器(10)、聯(lián)通冷凝器(10)與球形儲罐(5)的液化氣體(6)循環(huán)管道(11)、用于儲存多余電能的類金剛石薄膜電容高能蓄電池(25)共同組成的三套發(fā)電裝置，及位于球形船體下半球底部中心的、用于航天的主氣體推進器(26)，位于金屬鈦制成的圓形隔離板(18)上方平行平面內(nèi)接正三角形頂點的三臺用于調(diào)整飛行器航行方向的輔助氣體推進器(12)，固定于球形船體下半球的圓形隔離板(18)下方的三臺高速電動機(13)，及由三臺高速電動機(13)分別驅(qū)動的、位于高速電動機(13)下方的、用于航空的三只螺旋槳推進器(14)構(gòu)成。
[0012]球形船體由球形金屬鈦制成的內(nèi)表面電鍍金屬銀并經(jīng)拋光處理的金屬外殼(15)、 位于球形金屬外殼(15)頂部的應(yīng)急倉(16)，頂角分別與球形金屬外殼(15)內(nèi)接的正四面體結(jié)構(gòu)大塊非晶金屬合金龍骨框架(17)與大塊非晶金屬合金輔助框架(31)、與正四面體結(jié)構(gòu)金屬龍骨框架(17)底面處于同一平面的金屬鈦制成的圓形隔離板(18)，位于金屬外殼(15) 中沿著經(jīng)煒線分布的氣體通道(27)，位于金屬外殼(15)底部的、與螺旋槳推進器(14)同軸的腳式可收放式起落架(19)構(gòu)成。
[0013]自動控制系統(tǒng)由電腦網(wǎng)絡(luò)裝置(21)及通訊裝置(22)構(gòu)成，用于飛行器對光熱轉(zhuǎn)換、動力配置、航天、航空運行模式進行智能化管理；電腦網(wǎng)絡(luò)裝置(21)及通訊裝置(22)圍繞主氣體推進器(26)排列并固定于圓形隔離板(18)下面。
[0014]當(dāng)太陽光穿過球形船體表面的聚光透鏡(1)聚焦在高溫球(2)表面時，光能可以將高溫球(2)及其內(nèi)部的液態(tài)金屬鋰高熱容載體(3 )、中空汽化球(4)加熱至攝氏1000度以上高溫;液化氫氣(6)在液化氣體分配器(7)控制下，定量進入處于高溫狀態(tài)的中空汽化球(4) 時，瞬間汽化、膨脹為高壓氣體(23)，并以極高流速進入高壓氣體分配器(8);高壓氣體(23) 在高壓氣體分配器(8)控制下進入汽輪發(fā)電機(9)，為飛行器提供電能;汽輪發(fā)電機(9)廢氣經(jīng)高壓氣體壓縮冷凝器(10)處理后，凝結(jié)為液體，通過循環(huán)管道(11)進入液化氣體(6)球形儲罐(5)循環(huán)使用；在大氣環(huán)境中，高速電動機(13)驅(qū)動的螺旋槳推進器(14)運行，為飛行器提供航行動力；沒有光照的夜間，飛行器可以利用白晝累積儲存于高熱容載體(3)中的熱能及高能蓄電池(25)儲存的電能。在太空環(huán)境下，高壓氣體(23)在高壓氣體分配器(8)控制下進入主氣體推進器(26)，為飛行器提供航行動力;在大氣環(huán)境中，必要時可以啟動主氣體推進器(26)與輔助氣體推進器(12)，使飛行器獲得瞬間加速或瞬間轉(zhuǎn)向；液化氣體(6)消耗到僅能夠維持汽輪發(fā)電機(9)運行時，必須關(guān)閉主氣體推進器(26)與輔助氣體推進器(12)， 并且在降落后，要及時補充液化氣體(6)。
[0015]啟動航空模式時，可采用主氣體推進器(26)快速升空到指定位置;或?qū)w行器調(diào)整為倒置姿態(tài)，采用螺旋槳推進器(14)反轉(zhuǎn)方式，拉動飛行器緩慢升空，懸停在空中指定位置，或調(diào)整姿態(tài)執(zhí)行航空任務(wù)。
[0016]啟動航天模式時，采用運載火箭將光動力飛行器送到太空后，啟動光動力飛行器主氣體推進器(26)作為航天動力，可以與太空站對接，完成運載任務(wù)，同時補充液化氣體 (6);或直接進入預(yù)定軌道，執(zhí)行衛(wèi)星功能模式。返回地面時，將光動力飛行器調(diào)整為倒置姿態(tài)，并啟動主氣體推進器(26)與輔助氣體推進器(12)，使光動力飛行器減速，進入大氣層后，將液化氣體(6)通入位于金屬外殼(15)中的氣體通道(27)，降低金屬外殼(15)溫度，同時啟動螺旋槳推進器(14)倒轉(zhuǎn)，使其與氣體推進器(12)共同實施減速；當(dāng)飛行器減速至正常運行速度后，進入航空模式，降落在指定地點。[〇〇17]光動力飛行器直徑約為1.8米，采用鈦合金、低比重大塊非晶合金材料制作高強度結(jié)構(gòu)件，采用低比重高熱容的液化氫氣、金屬鋰作為熱能載體，采用金剛石薄膜作為耐高溫表面涂層和膜電容高能蓄電池，可以使飛行器自重降低到100公斤左右，使用累積儲存和航行中不斷補充的熱能足以達到預(yù)定的航行速度，而且白晝在大氣層航行的續(xù)航時間可以達到12小時左右，在太空軌道航行時間可以達到數(shù)月。
【主權(quán)項】
1.一種光動力飛行器，由光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、復(fù)合動力系統(tǒng)、球型船體、自動控制系統(tǒng)四部 分構(gòu)成，其特征是:光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由鑲嵌在球形船體表面的若干聚光透鏡片(1)、位于聚光 透鏡片(1)光束聚焦點范圍的高溫球(2)，儲存在高溫球(2)內(nèi)部的液態(tài)高熱容載體(3)，位 于高溫球(2)中心與高溫球(2)擁有共同球心的中空氣化球(4)、位于高溫球(2)上方的球形 儲罐(5)，儲存在球形儲罐(5)內(nèi)的液化氣體(6)，位于球形儲罐(5)內(nèi)部的液化氣體分配器 (7)，位于高溫球(2)下方的高壓氣體分配器(8)構(gòu)成；聚光透鏡片(1)外表面涂覆透光耐高 溫保護層，所有聚光透鏡片(1)的焦點均落在高溫球(2)表面;液態(tài)高熱容載體(3)充裝在高 溫球(2)內(nèi)表面與中空氣化球(4)外表面構(gòu)成的空腔中；液化氣體分配器(7)與中空氣化球 (4)之間及中空氣化球(4)與高壓氣體分配器(8)之間由導(dǎo)管(24)接通;復(fù)合動力系統(tǒng)由包 括微型汽輪發(fā)電機(9)、處理汽輪發(fā)電機(9)廢氣的氣體壓縮冷凝器(10)、聯(lián)通冷凝器(10) 與球形儲罐(5)的液化氣體(6)循環(huán)管道(11)、用于儲存多余電能的高能蓄電池(25)共同組 成的三套發(fā)電裝置，及位于球形船體下半球底部中心的、用于航天的主氣體推進器(26)，位 于圓形隔離板(18)上方平行平面內(nèi)、按照內(nèi)接正三角形頂點排列的、用于調(diào)整飛行器航行 方向的三臺輔助氣體推進器(12)，固定于圓形隔離板(18)下方的三臺高速電動機(13)，及 由三臺高速電動機(13)分別驅(qū)動的、位于高速電動機(13)下方的用于航空的三只螺旋槳推 進器(14)構(gòu)成；由高壓氣體分配器(8)通過管道(28)定量供應(yīng)高壓氣體(23)，驅(qū)動汽輪發(fā)電 機(9)供電，通過管道(29)定量供應(yīng)高壓氣體(23)驅(qū)動輔助氣體推進器(12)運行，通過管道 (30)定量供應(yīng)高壓氣體(23)驅(qū)動主氣體推進器(26)運行;輔助氣體推進器(12)可以調(diào)整噴 射角度改變飛行器姿態(tài);三臺高速電動機(13)驅(qū)動三只螺旋槳推進器(14)運行時，螺旋槳 推進器(14)延長到球形船體外部，進入航天模式時，螺旋槳推進器(14)縮進球形船體內(nèi)部； 球形船體由球形金屬外殼(15 )、位于球形金屬外殼(15)頂部的應(yīng)急倉(16 )，頂角分別與球 形金屬外殼(15)內(nèi)接的正四面體結(jié)構(gòu)金屬龍骨框架(17)與金屬輔助框架(31)、與正四面體 結(jié)構(gòu)金屬龍骨框架(17)底面處于同一平面的圓形隔離板(18)，位于球形金屬外殼(15)殼體 中沿著經(jīng)煒線分布的氣體通道(27)，位于球形金屬外殼(15)底部的、與螺旋槳推進器(14) 同軸的三腳式可收放式起落架(19)構(gòu)成;球形金屬外殼(15)內(nèi)表面涂覆熱反射涂料，以減 少高熱容載體(3)熱量損失;應(yīng)急倉(16)內(nèi)設(shè)置有降落傘(20)用于飛行器在大氣層空間實 施減速;采用頂角分別與球形金屬外殼(15)內(nèi)接的正四面體結(jié)構(gòu)金屬龍骨框架(17)與金屬 輔助框架(31)利于球形船體抵御外部壓力，并且不阻擋太陽光束照射位于球形金屬外殼 (15)內(nèi)部的高溫球(2);氣體通道(27)首端與液化氣體分配器(7)連接，末端與高壓氣體分 配器(8)連接，飛行器由太空返回地球通過大氣層時，液化氣體分配器(7)將液化氣體(6)通 入位于球形金屬外殼(15)中的氣體通道(27)，液化氣體(6)汽化時，吸收球形金屬外殼(15) 的熱量成為高壓氣體(23)進入高壓氣體分配器(8)，既解決了球形金屬外殼(15)冷卻問題， 又增加了飛行器動力;采用金屬隔離板(18)將球形船體分為動力倉和工作倉;動力倉內(nèi)處 于真空狀態(tài)，有利于隔熱，用于安置光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與復(fù)合動力系統(tǒng)，可以減少高熱容載體 (3)熱量損失;在隔離板(18)上表面以高壓氣體分配器(8)為中心，以正六角形對稱安置三 臺輔助氣體推進器(12)、三套發(fā)電裝置;在隔離板(18)下面以主氣體推進器(26)為中心按 照正三角形安置三臺高速電動機(13);工作倉用于安置操作室和運載裝備；在使用主氣體 推進器(26)實施升空和著陸時，采用三腳式可收放式起落架(19)保持飛行器在地面處于平 衡狀態(tài)；自動控制系統(tǒng)由位于工作倉內(nèi)的電腦網(wǎng)絡(luò)裝置(21)及通訊裝置(22)構(gòu)成；用于飛行器對光熱轉(zhuǎn)換、動力配置、航天、航空運行模式進行智能化管理；電腦網(wǎng)絡(luò)裝置(21)及通 訊裝置(22)圍繞主推進器(26)排列并固定于圓形隔離板(18)下面。
【文檔編號】B64D27/24GK205602126SQ201620128611
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年2月6日
【發(fā)明人】劉南林
【申請人】劉南林