CN107082117A - 一种航行器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种航行器，包括陀螺飞行装置和密封包围陀螺飞行装置的罩体。陀螺飞行装置通过保持机构与罩体相连接。陀螺飞行装置包括：陀螺转子，具有轴对称结构并能绕其中心轴线进行旋转；和驱动机构，与陀螺转子共轴安装，用于驱动陀螺转子绕其中心轴线旋转，以操控航行器的升降。保持机构还被设置为调节陀螺飞行装置的倾角，以调整航行器的飞行方向。该航行器具有安静、安全、无摩擦、用途广泛等优点。

Description

一种航行器

技术领域

本发明涉及航空航天以及航海技术领域，具体涉及一种新型航行器。

背景技术

传统的航空器，无论是飞机或者是火箭，都是依靠空气或燃气的流体动力或反作用力推动。传统的航海器(例如，船舶、潜艇)，依靠水的流体动力或反作用力推动。此种推动方式，必不可少地需要产生具有强大反吹力的气流或液流，进而利用反作用力等流体动力使航空器或航海器上升、运动或悬浮。这就决定了此类航空器或航海器的启动与航行必须依靠气流或液流，而这需要开放的流体空间与大尺寸的翼片，以便于产生足够的反作用力以实现航空器或航海器的运动。

现有的航空器/航海器的推动方式，无法满足低气流/低水流扰动、无翼片、静音、高安全性、同时兼备航空和航海功能等多方面要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明实施例提供给了一种新型的航行器，该航行器利用高速旋转的物体相对于星体(例如地球)产生的离心力，产生升力并自由运动，具有安静、安全、无摩擦、用途广泛等优点。

本发明的一个方面，提供了一种航行器，该航行器可以包括陀螺飞行装置和密封包围所述陀螺飞行装置的罩体，所述陀螺飞行装置通过保持机构与所述罩体相连接，所述陀螺飞行装置包括：陀螺转子，具有轴对称结构并能绕其中心轴线进行旋转；和驱动机构，与所述陀螺转子共轴安装，用于驱动所述陀螺转子绕其中心轴线旋转，以操控所述航行器的升降，其中，所述保持机构还被设置为调节所述陀螺飞行装置的倾角，以调整所述航行器的飞行方向。

在一个实施例中，所述航行器还可以包括与所述罩体相连接的真空保持系统，该真空保持系统用于使所述罩体内部保持真空状态。

在一个实施例中，所述保持机构可以通过轴承与所述陀螺飞行装置相连接。

在一个实施例中，所述保持机构可以包括多个伸缩调节杆，以实现对所述陀螺飞行装置的倾角调节。

在一个实施例中，所述航行器可以包括两个沿上下方向排布的所述陀螺飞行装置。

在一个实施例中，所述航行器可以包括三个按等边三角形排布的所述陀螺飞行装置。

在一个实施例中，所述驱动机构为电机。

在一个实施例中，所述陀螺转子可以具有从中心向边缘厚度逐渐变薄的剖面结构。

在一个实施例中，所述陀螺转子可以由以碳元素为主体的纤维材料制成。

根据本发明的实施例，航行器可以利用旋转的陀螺转子相对于星体的离心力来获得飞行动力，从而具有安静、安全、无摩擦、用途广泛等优点。

附图说明

当结合附图阅读以下详细描述时，将容易理解本发明的以上及其他优点。这些附图仅是出于例示的目的，而不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为示出物体重心分解的示意图；

图2、图3至图4为根据本发明一个实施例的航行器的结构示意图；

图5为根据本发明另一个实施例的航行器的结构示意图；

图6为根据本发明又一个实施例的航行器的平面示意图。

附图标号说明：

1000：航行器

1110：陀螺转子

1120：驱动机构

1130：罩体

1140：保持机构

1150：轴承

1160：抽真空系统

具体实施方式

下面，结合附图描述本发明的实施例。在所有图中，相似的附图标记始终指示相同或相似的部分/部件。

需要说明的是，下面以“地球”为例进行描述，但并不限于此，本发明的技术方案同样适用于其他引力星体。另外，本发明的航行器可以在不同流体介质(例如，空气、水)中飞行，也可以在真空中飞行。

首先介绍下本发明的基本原理。

发明人发现：当质点沿水平方向运动时(包括在水平面上的曲线运动与直线运动),由于连续的地心引力作用的存在，该质点水平运动的任一瞬间实际上也是组成在以地心为中心所做的围绕地球的圆周运动的一瞬间，也会产生远离地心(即，与地心引力方向相反)的离心力；质点在水平方向上的运动速度大小，决定了该质点远离地心的离心力的大小。

例如，当陀螺在水平面上绕其中心轴线旋转时，一方面，陀螺上的任意部分(质点)都在绕陀螺的中心轴线做圆周运动，从而产生相对于中心轴线的离心力，另一方面，在任一瞬时，该任意部分(质点)实际上也是在其自身运动方向上所在的围绕地球旋转的轨道上做圆周运动，从而会产生远离地心的离心力，由于这个来自陀螺中心轴的向心拉力的存在，使该质点的运动方向在下一瞬时被改变，进入一个新的围绕地球旋转的圆周轨道上来，而该质点的运动方向的改变并不影响这个持续运动的质点持续的产生远离地心的离心力的效果。

当陀螺旋转速度较小时，陀螺各部分产生的远离地心的离心力，将部分抵消陀螺本身因地球引力产生的重量，从而旋转的陀螺会发生失重现象。

随着陀螺旋转速度增大，各部分远离地心的离心力也在增大，当陀螺各部分的远离地心的离心力的总和(积分)大于陀螺本身因地球引力而产生的重量时，陀螺整体将远离地面而升起。

发明人还发现：当旋转陀螺升空后，其自旋平面相对于水平面倾斜时，陀螺将产生横向运动。具体解释如下。

如图1所示，地球的重心O可以被视作地球引力中心，旋转陀螺重心C受到地球的引力(重力)大小为G。地球可以被任意的划分成大小不同的两个部分，其中每一 个部分都会有自己独立的重心，这两个独立的重心可以看成是地球的两个分重心A和B，也可以被称为地球的两个分引力中心。当旋转陀螺升空后，其自旋平面相对于水平面倾斜时，该旋转陀螺重心C可以看作到受两个方向相互垂直的地球分引力中心的吸引，其中一个地球分引力中心自旋轴线方向对旋转陀螺的重心C进行吸引，大小标记为F0，则另一个分引力中心则经由倾斜的自旋平面的外围最低点对陀螺重心C进行吸引，大小标记为F1。这两个分引力的方向相互垂直，其合力大小正好等于旋转陀螺的自身重量G。当陀螺高速旋转时，陀螺就会产生在旋转轴线方向上的上升的力L，其大小可以克服地心分吸引力F0并沿轴线方向上升，相对于地球平面是一个斜向上的方向；同时地球的另一个分引力中心对旋转陀螺的作用力F1只是一个斜向下拉的作用，F0、F1、L的合力可产生垂直向上的拉力G0及横向运动力F2，其中G0的大小可以克服重力G确保陀螺是上升还是下降，F2的大小可以确保高速旋转陀螺以多大的加速度或者需要克服多大的阻力横向运动，这两个力的大小与方向的合成形成了高速旋转陀螺的横向水平、横向向上、横向向下的不同运动方式，并且可以根据旋转陀螺垂直倾斜角度、水平倾斜方向、陀螺自转的旋转速度等参数，灵活控制旋转陀螺的运动。

基于以上发现，发明人发明了一种航行器。该航行器基于陀螺绕自身中心轴线的旋转，实现腾空升起。具体地，当陀螺旋转的平均线速度达到第一宇宙速度时，整个陀螺就会产生克服陀螺自身重量、进而脱离地球引力的离心力；随着陀螺旋转速度的进一步增大，所产生的离心力会进一步带动整个航行器腾空升起。

当航行器腾空升起后，可以通过调整陀螺中心轴线的倾角，来控制陀螺的水平运动方向。例如，如果希望航行器向右飞行，则可以控制陀螺中心轴线沿顺时针方向向右倾斜；反之，如果希望航行器向左飞行，则可以控制陀螺中心轴线沿逆时针方向向左倾斜。总之，无论希望航行器向哪个方向飞行，都可以控制陀螺中心轴线的倾角，使其上端向希望的飞行方向倾斜，而其下端向相反的方向倾斜。

下面结合附图来描述本发明的航行器的实施例。

图2、图3-4示出了根据本发明一实施例的航行器1000的示意结构图。

如图2的A部分所示，航行器1000包括陀螺转子1110、与陀螺转子1110共轴安装的驱动机构1120(图中显示为上、下两侧对称结构，但不限于此，例如也可以仅安装于上、下两侧中的一侧)。陀螺转子1110具有轴对称结构并能绕其中心轴线进 行旋转。驱动机构1120可以驱动陀螺转子1110绕其中心轴线旋转，从而产生相对于星体(例如地球)的离心力。这样，陀螺转子1110和驱动机构1120构成了“陀螺飞行装置”，以操控航行器1000的升降。

驱动机构1120例如可以是电机。

航行器1000还包括罩体1130。罩体1130密封包围由陀螺转子1110、驱动机构1120构成的陀螺飞行装置。

航行器1000还包括保持机构1140。例如，如图所示，保持机构1140是沿陀螺转子1110的中心轴线上下对称的。由陀螺转子1110、驱动机构1120构成的陀螺飞行装置通过保持机构1140来与罩体1130相连接。

保持机构1140可以通过轴承1150连接到陀螺飞行装置。例如，在本实施例中，保持机构1140通过轴承1150连接到驱动机构1120。

图2的B部分、图3和图4分别以轴侧图和平面图的形式示出了保持机构1140和轴承1150的示意结构和示意连接关系。

例如，如图所示，保持机构1140可以包括三个(三个仅为示例，并不限于此)伸缩调节杆1140a、1140b、1140c。这样，通过伸缩调节杆1140a、1140b、1140c在致动机构(图中未示出)驱动下的伸缩运动，保持机构1140可以调节陀螺飞行装置的倾角，从而使航行器1000朝向陀螺飞行装置的倾斜方向(其中心轴线上端所指示方向)飞行。陀螺飞行装置的倾斜角度越大，航行器1000的横向飞行力越大，相应地升力会减小。

当驱动机构1120驱动陀螺转子1110旋转时，陀螺转子1110产生相对于星体(例如地球)的离心力。陀螺转子1110的转速越高，所产生的相对于星体的离心力越大。当陀螺转子1110的转速达到一定值时，陀螺转子1110所产生的相对于星体的离心力可以等于航行器1000(以及其他负载)的整体重量；随着陀螺转子1110的转速进一步提高，陀螺转子1110所产生的相对于星体的离心力可以大于航行器1000(以及其他负载)的整体重量，从而使得航行器1000腾空升起。当陀螺转子1110的转速减小，使得陀螺转子1110所产生的相对于星体的离心力小于航行器1000(以及其他负载)的整体重量时，航行器1000可以下降。

航行器1000还可以包括与罩体1130相连接的真空保持系统1160，用于使罩体1130内部保持真空状态，以克服陀螺转子1110在旋转时受到的摩擦阻力。

图5示出了根据本发明另一实施例的航行器2000的示意结构图。

和图2、图3-4所示的航行器1000不同的是，图5所示的航行器2000包括沿上下方向排布的两个陀螺飞行装置1100-1和1100-2以及相关联的保持机构1140和轴承1150。上、下陀螺飞行装置1100-1、1100-2的保持机构1140通过支承结构1170相连接，支承结构1170与罩体1130相连接。

这样，在操作时，两个陀螺转子转向相反，转速相同，以使角动量变化相互抵消。

图5示出了根据本发明又一实施例的航行器3000的平面示意图。如图所示，在罩体1130中，设置了三个陀螺飞行装置1100-1、1100-2、1100-3以及各自相关联的保持机构1140和轴承1150。

如图所示，三个陀螺飞行装置1100-1、1100-2、1100-3的水平排布，构成了等边三角形。由于三个陀螺转子是水平放置，所以它们没有共轴，也就没有统一的轴心，只要三个陀螺转子按照等边三角形排布，并保持同向同角动量旋转，那么这个三陀螺转子在整体上也没有旋转角动量，内部的角动量变化会相互抵消，使整个整体稳定，对整个航行器不会产生角动量不平衡的不稳定问题。

以类似方式，也可以在罩体1130中安装三个以上陀螺飞行装置。

另外，虽然未具体说明，图5所示的航行器2000和图6所示的航行器3000都具有安装于罩体1130的真空保持系统1160。

下面举例说明陀螺转子1110的构成。

例如，陀螺转子1110可以由高抗拉强度低质量材料(例如，碳纤维系列材料)制成。

为了分散陀螺转子1110的内部应力，陀螺转子1110可以被制成为从中心向边缘厚度逐渐减薄的结构，以避免高速旋转时产生的强大的离心拉力使陀螺转子1110解体。例如，陀螺转子1110的剖面结构在边缘处的夹角可以在20度到60度之间。这仅是示例，本发明并限于此，根据所使用的材料的特性参数，本发明的陀螺转子可以被设计成任何具有合适尺寸的合适回转体。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (9)

1.一种航行器，其特征在于，包括陀螺飞行装置和密封包围所述陀螺飞行装置的罩体，所述陀螺飞行装置通过保持机构与所述罩体相连接，

所述陀螺飞行装置包括：

陀螺转子，具有轴对称结构并能绕其中心轴线进行旋转；和

驱动机构，与所述陀螺转子共轴安装，用于驱动所述陀螺转子绕其中心轴线旋转，以操控所述航行器的升降，

其中，所述保持机构还被设置为调节所述陀螺飞行装置的倾角，以调整所述航行器的飞行方向。

2.根据权利要求1所述的航行器，其特征在于，所述航行器还包括与所述罩体相连接的真空保持系统，该真空保持系统用于使所述罩体内部保持真空状态。

3.根据权利要求2所述的航行器，其特征在于，所述保持机构通过轴承与所述陀螺飞行装置相连接。

4.根据权利要求3所述的航行器，其特征在于，所述保持机构包括多个伸缩调节杆，以实现对所述陀螺飞行装置的倾角调节。

5.根据权利要求4所述的航行器，其特征在于，包括两个沿上下方向排布的所述陀螺飞行装置。

6.根据权利要求4所述的航行器，其特征在于，包括三个按等边三角形排布的所述陀螺飞行装置。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的航行器，其特征在于，所述驱动机构为电机。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的航行器，其特征在于，所述陀螺转子具有从中心向边缘厚度逐渐变薄的剖面结构。

9.根据权利要求8所述的航行器，其特征在于，所述陀螺转子由以碳元素为主体的纤维材料制成。