《圆盘结构飞行器减阻和减重技术》
摘要:物态变化减阻和减重技术,飞行器构件功能一体化减重技术。
关键词: 超空泡 湍流 气动热 热防护 惯性力 等离子体密度 垂直起降飞行器
科学技术 仅供参考
一、海域
[1]三联动构件⁽²⁾(潜航浮沉控制构件):本构件成为压载水舱,控制三域飞行器的自重,实现下潜/上浮。下潜时,压载水舱注入海水,三域飞行器自重大于浮力,下潜。上浮时,高压气体将压载水舱的水排出舱外,三域飞行器自重小于浮力,上浮水面。
[2]层流电弧等离子体朿射流构件⁽⁵⁾(物态变化控制构件):下潜后,本构件高温射流在转动中形成闭环高温区域,高温使海水汽化/沸腾⁽³⁾形成包裹三域飞行器的超空泡⁽¹⁾,成为一种「气体外衣」,三域飞行器始终航行在自己制造的超空泡内部,最大限度避免水的黏性阻力,实现潜航减阻。
二、空域
[1]离心力驱动构件⁽⁷⁾(非惯性系中的惯性力驱动三联动构件):任何旋转的物体,只要存在着质量偏心,就会产生惯性力,大小可由公式F=mrω平方得到。当惯性力的值在物体回转一周的过程中变化不对称,那么物体在转动一周内的惯性力矢量和不为零,物体在这方向有定向的——复合运动(旋转且直线运动)。
[2]三联动构件⁽²⁾(三联动垂直起降悬停转换飞行控制构件):本构件可以获得两类不发生耦合,干净的气动升力使三域飞行器从垂直起飞/悬停的旋翼状态转换成前飞的巡航状态。或从前飞的巡航状态转换成悬停/降落状态。
[3]层流电弧等离子体朿射流构件⁽⁵⁾(物态变化控制构件)
【背景】众所周知,飞行器热防护问题是限制超高声速飞行器发展的瓶颈。热防护离不开材料,目前为止,耐极端高温的轻质化材料未见端倪。主动防护系统结构和技术较为复杂,热防护以牺牲飞行器减重为代价。物态变化技术能满足飞行器减重需要。
【作用】本构件1.4万℃射流在转动中形成闭环高温区域,热电离⁽⁴⁾(物态变化技术)三域飞行器环境湍流气体,三域飞行器始终飞行在自己制造的等离子体内部,避免三域飞行器与环境湍流气体发生接触。不与环境湍流气体发生接触的三域飞行器产生两个结果,一是将气动加热⁽⁹⁾变化成较低的等离子体密度⁽¹º⁾辐射三域飞行器。二是三域飞行器实现减阻(激波产生条件已经消失——飞行器表面不与气体发生接触)。
本构件1.4万℃射流在转动中形成包裹三域飞行器的闭环高温区域。高温区域热电离大气层湍流气体。三域飞行器表面不与环境湍流气体发生接触。成为一种「等离子外衣」。「等离子外衣」将三域飞行器表面与环境湍流气体物理隔离。
被隔离的三域飞行器的空气动力学升力消失(飞行器表面绕流变化成等离子体流),利用环绕速度对抗引力束缚在大气层内飞行。当飞行速度达到逃逸速度,脱离大气层进入太空。
飞行器再入大气层时,继续起动本构件1.4万℃闭环高温区域热电离飞行器环境湍流气体➨引起物态变化⁽³⁾➨飞行器表面环境湍流气体被隔离➨气动加热⁽⁹⁾消失(变化成较低的等离子体密度辐射三域飞行器,三域飞行器表面不在产生剧烈的烧蚀加热作用)。
[4]三域飞行器的姿态控制
利用陀螺仪定轴性特性(转子角速度愈大,稳定性愈好)控制三域飞行器的姿态。
三、太空域
三联动构件⁽²⁾太空作用:本构件轴心设置电磁棒。利用通电磁棒产生包裹三域飞行器的高强度磁场层屏蔽太空射线,三域飞行器旋转外壳无需加厚,减轻三域飞行器的质量。
四、飞行器构件功能一体化减重技术
【定义】将多个功能集成在一个构件中,以实现减重的目的。简言之飞行器一个构件具有多个功能。
【构件】三域飞行器由两个构件组成。复合运动的圆盘构件集成了三个功能:①姿态控制功能,②驱动功能,③物态变化功能。三联动构件集成了三个功能:①潜航浮沉控制功能,②转换飞行控制功能,③垂直起降悬停升力不受强湍流⁽⁶⁾干扰功能。
五、参考文献
⒈【超空泡】在物体表面和水之间产生一个气体空腔,物体在气体空腔里前进,前进的同时又产生气体空腔,循环往复,因此可减小阻力,增大航速(百科全书[K])
⒉【三联动构件】海域用来潜航浮沉控制。空域用来垂直起降悬停降落转换飞行控制(中国专利网[P])
⒊【物态变化】物质从一种状态变化到另一种状态的过程。固态加温变成液态,液态加温变成气态,气态加温变成等离子态(百科全书[K])
⒋【热电离】气体热状态引起的电离(百科全书[K])
⒌【层流电弧等离子体朿射流构件】利用大功率发生器,产生高温区域长,能量衰减慢,分布均匀,噪声小的层流等离子射流构件(中国专利网[P])。发生器的工作气体可采自大气层中的氮气,飞行器无需携带,随用随取,减轻三域飞行器的质量。
⒍【湍流】又称乱流、扰流或紊流,是一种高度非线性的复杂流动,这使湍流的数学描述非常困难,因为非线性方程难以求解(百科全书[K])
⒎【惯性力】对于非惯性系中的惯性力,因它不符合牛顿力的定义,人们称其「假想力」或「虚拟力」。尽管如此,并不意味惯性力所描述的物理现象也是「假想的」,反过来,它所描述的物理现象倒是真实的。近代人们主张为了不引起错觉,可改用「等效力」说法。由于非惯性系中的惯性力反映了一定的物理实在,它在非惯性系中的作用效果跟真实力相同,它有既定的方向,也可以进行实际测量,它也能使物体产生加速度。从这个意义上说,在非惯性系中,它是实际存在的。力的概念若不是局限于牛顿力的范畴,也可以说惯性力是另一类实在的力了(强元棨,程稼夫,张鹏飞编著《物理学大题典》(力学)[M]科学出版社)
⒏【超导磁能存储构件】(SMES)利用超导线圈和变流器,将电能转化为磁场能量进行高效储存的技术(百科全书[K])。一旦线圈室温常压超导,动力储能构件可满足三域飞行器减重需要。
⒐【气动加热】飞行器在大气层做超声速或高超声速飞行时,由于飞行器与环境气体之间存在巨大动能差以及气体黏性的作用,环境气体会对飞行器表面产生剧烈的加热作用(百科全书[K])
⒑【等离子体密度】等离子体中离子和电子的数量,通常以/㎝3为单位(百科全书[K])。空气密度指在一个标准大气压下,每立方米空气所具有的质量(千克)。气温忽略不计,海拔越高,空气密度越低。物态变化技术制造的等离子体密度愈低。
2024/06/01
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