阅读说明：本技术 一种推力发生器及具有其的飞行器 (thrust generator and aircraft with same ) 是由 李宇家 于 2019-09-05 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种推力发生器及具有其的飞行器,包括：机架,轴,伸缩套件,控制组件,中央控制器。以伸缩套件及轴组成转动部,控制组件及中央控制器联合工作,控制伸缩部的运动,使得推力发生器产生指定方向的推力。其特点是不依靠与外部空气相互作用而产生推力,因此具有无噪音,体积小,易操控等优点点。配置有该推力发生器的飞行器具有飞行稳定,安全性高,可适用城市低空飞行的特点；使用该推力发生器的外太空飞行器具有良好的太空机动能力,使用核动力可远航等特点。(The invention relates to a thrust generator and an aircraft with the same, comprising: the device comprises a rack, a shaft, a telescopic external member, a control assembly and a central controller. The telescopic sleeve and the shaft form a rotating part, and the control component and the central controller work together to control the movement of the telescopic part, so that the thrust generator generates thrust in a specified direction. The device has the characteristics that the device does not depend on the interaction with the external air to generate thrust, so that the device has the advantages of no noise, small volume, easy control and the like. The aircraft provided with the thrust generator has the characteristics of stable flight, high safety and suitability for low-altitude flight in cities; the outer space vehicle using the thrust generator has the characteristics of good space maneuvering capacity, capability of long-range navigation by using nuclear power and the like.)

一种推力发生器及具有其的飞行器

技术领域

航空航天技术领域，具体为航空航天飞行器的无工质推进技术及具有该技术的飞行器，尤其涉及一种镜像对称转动轴上伸缩部动能变化及控制组件等的共同作用对整机的影响，从而在整机上产生指定方向的推力的技术。

背景技术

迄今为止，人类发明的飞行器，有飞艇，飞机，火箭等几大类。飞机，飞艇两类需要依靠空气来获得升空的升力和飞行的推力。飞机因其发动机或螺旋桨与空气相互作用，所以总是伴随着巨大的噪音。飞艇虽然无噪音，但需要体积巨大的气囊产生浮力，安全性也不高。同时这类飞行器还有技术复杂，外太空无行动能力等制约因素。火箭类有工质喷出的推进装置或飞行器，同样的有技术难度大，成本高，噪音巨大等问题，虽然有外太空行动能力，但却非常有限。本发明提供一种全新的技术，至少解决目前飞行器噪音巨大，依赖空气获得升空推力及飞行动力，外太空无行动能力或者行动能力差等问题。

本发明要解决的技术问题是，提供一种不喷射工质，无巨大噪音，有外太空行动能力，能够不依赖空气而产生推力的推力发生器。

本发明还提供一种具有上述推力发生器的飞行器。

为解决上述问题，本发明提供技术方案如下：

一种推力发生器，包括机架，轴，伸缩套件，控制组件，中央控制器。

本发明是这样实现的，所述轴上旋转对称的安装至少两个所述伸缩套件，所述伸缩套件具有固定部与伸缩部，所述固定部固定的安装在所述轴上，所述伸缩部与所述固定部接合安装，使得所述伸缩部以其所在的所述轴为转轴可以做离心运动，向心运动及圆周运动。

安装在所述轴上的所述伸缩套件与该轴共同成为一个转动部，所述控制组件设置在所述转动部及所述机架上，设置在所述转动部上的所述控制组件的零部件以所述轴为转轴具有转动平衡。

所述转动部及其上安装的零部件成为一个工作单元，工作单元成对出现，一对所述工作单元之间设置同步反向传动装置，使两个工作单元同步反向镜像运动，所述工作单元安装在所述机架上。

所述控制组件与所述中央控制器连接，二者联合控制所述伸缩部的伸缩量及伸缩时间点。

所述中央控制器设置外部控制接口。

优选的，在一些实施方式中，所述固定部是气缸，所述伸缩部是活塞。

在一些实施方式中，所述固定部是活塞，所述伸缩部是气缸。

在一些实施方式中，所述伸缩套件是一端封口的具有伸缩性的波纹管状的一体式伸缩件，该一体式伸缩件整体设置在所述气室内，封口端端面是所述气室内的承压面，开口端安装在所述轴上并使得管内空腔连通外界。

进一步的，所述控制组件是对所述伸缩部的伸缩量及伸缩时间点进行控制的组件，包括离心运动控制组件，位置微调组件，向心运动控制组件。

优选的，在一些实施方式中离心运动控制组件包括所述伸缩套件上的外侧空腔以及该外侧空腔配有的空腔气管，所述空腔气管连接有的气压控制器，所述气压控制器具有的气压传感器，所述气压控制器连接有的储气罐，所述储气罐连接有的气泵；所述气压控制器连接所述中央控制器；所述外侧空腔及所述空腔气管具有气密性。

优选的，在一些实施方式中，所述位置微调组件包括，所述外侧空腔内设置的支架，支架上安装的位置传感器、推杆驱动及推杆；所述位置传感器与所述中央控制器连接，所述推杆与所述伸缩部连接，所述推杆与所述推杆驱动连接，所述推杆驱动与所述中央控制器连接。

优选的，在一些实施方式中，所述向心运动控制组件包括，所述气室上设置的气孔，所述气孔连接有的气压控制器，所述气压控制器具有的气压传感器，所述气压控制器连接有的储气罐，所述储气罐连接有的气泵；所述气压控制器与所述中央控制器连接。

在一些实施方式中，位置微调组件同时是离心运动控制组件或向心运动控制组件。

在一些实施方式中，所述转动部与所述气室接合的固定安装，使得所述气室具有密闭空间，一个密闭空间至少具有圆周环绕包围一个所述转动部上的所有所述伸缩部的连续空间，且不影响所述伸缩部的运动，所述伸缩部的运动使得所述气室具有可变容积；所述气室随所述转动部转动，且所述气室以所述轴为转动轴心具有转动平衡，即每一根所述轴所在的转动部配置独立的所述气室。

在一些实施方式中，所述气室固定安装在所述机架上，所述工作单元置于所述气室内，所述轴通过旋转密封件与所述气室接合安装，使得轴的一部分伸出所述气室之外。

进一步的，在一些实施方式中，一对或者多对所述工作单元共用所述气室；在一些实施方式中各自单独配置所述气室。

在一些实施方式中，于一对所述工作单元之间设置同步反向转动约束装置。

在所有实施方式中，安装在一对所述工作单元上的所述伸缩套件数目相同，一对所述工作单元上设置的所述伸缩套件规格性能统一，一对所述工作单元之间设置同步反向传动装置，使得二者同步反向转动且所述固定部有一一对应的镜像运动；所述中央控制器与所述控制组件配合，使得一对所述工作单元上的所述伸缩部做一一对应的镜像运动。

有益效果

根据本发明提供的一种推力发生器以及具有其的飞行器，有不依赖空气，无工质喷射，无噪音，小型化，安全提升，外太空有行动能力等特点，在工作单元共轴设计的情况下，还有推进方向可以灵活控制的特点。

附图说明

图1是实施例1一对轴平行共面的安装设置，其转动部及气室的结构示意图。

图2是实施例1第一转动部及气室径向剖面立体透视的内部结构示意图。

图3是实施例1第一转动部轴向剖面立体透视的内部结构示意图。

图4是实施例1固定部径向剖面立体透视的内部结构示意图。

图5是实施例1的伸缩部、推杆、推杆驱动、位置传感器及支架之间的安装结构示意图。

图6是实施例1整机的转动部与气室的径向剖面轴向视图，主旨为表示伸缩部的工作状态1。

图7是实施例1整机的转动部与气室的径向剖面轴向视图，主旨为表示伸缩部工作状态2。

图8是实施例1整机的转动部与气室径的向剖面轴向视图，主旨为表示伸缩部工作状态3。

图9是实施例1整机的转动部与气室的径向剖面轴向视图，主旨为表示伸缩部工作状态4。

图10是一种共轴实施例的俯视示意图，表示出各工作单元的位置及旋转方向的设置。

需要强调的是，因本发明中一些类别的零部件、组件出现多个，且各有其特定的对应关系和特定的运动轨迹，为阐述清晰明了，在附图中出现的零件、部件或者组件等的编号，均以四位编号数表示，例如：1221，其中前两位12表示的是上下文中所述的轴这个部件；后两位21中的2表示为该轴属于第二转动部，1表示为在附图中具体指定的一根轴。

又如：1513，其中前两位15表示上下文所述的伸缩部这个部件，后两位13中的1表示该伸缩部属于第一转动部，3是在附图中具体指定的一个伸缩部。

另外如该零部件不单独属于某个工作单元或在不必特别指定时，原表示转动部所在的数字用0代替，比如3201，其中32表示中央控制器，0表示其单独不属于任一工作单元，1则为其在附图中的具体指定标识。

再一个需要强调的是，在以下实施例的表述过程中，一种零部件或者组件有多个的，有时需要提及其全部或多个，有时又需要确定指出其中一个，鉴于此，为清晰明确，在需要提及其全部或多个时，编号的后两位均使用XX表示。

根据上述编号规则，为简述起见，以下列出零部件总览，只给出表示其类别的前两位数的编号，后两位均以XX代替。

11XX-机架；

12XX--轴；

13XX--密闭空间；

14XX--固定部；

15XX--伸缩部；

16XX--活塞环；

17XX--直线轴承；

18XX--推杆；

19XX--推杆驱动；

20XX--位置传感器；

21XX--支架；

22XX--外侧空腔；

23XX--空腔气管；

24XX--气压控制器A；

25XX--储气罐；

26XX--旋转密封接头；

27XX--气泵气管；

28XX--气室；

29XX--气压控制器B；

30XX--气室气管；

31XX--独立控制器；

另外不单独属于某转动部或者不特别指定的零部件有如下：

3201--中央控制器；

3301--气泵；

3401--消音外壳；

3501--动力输入轴；

实施实例

下面接合附图和

具体实施方式

对本发明做进一步说明。

名词解释：

伸缩套件：具有伸缩部与固定部，其中伸缩部可在固定部或者其他约束部件的约束下往复运动。

直线运动约束部件：约束伸缩部相对固定部做直线运动，本实施例1中采用直线轴承，与气缸内壁配合实现约束功能。

旋转密封件：轴与气室的接触安装又有伸出的部分时，使得轴可以自由转动，接合部具有气密性。

旋转密封接头：使得气泵可以给旋转中的储气罐供气。

实施实例1：

参见图1-图5，一种推力发生器，包括第一机架（1111），第二机架（1121）；第一机架（1111）上安装第一轴（1211），第二机架（1121）上安装第二轴（1221），第一机架与第二机架相对固定，第一轴（1211）与第二轴（1221）相互平行且在同一平面。

本实施例中的轴（12XX）采用中空的形式，以方便设置和布局。

第一轴（1211）上旋转对称的依次安装伸缩套件的固定部（1411）、（1412）、（1413）、（1414）；各固定部对应的安装伸缩部（1511）、（1512）、（1513）、（1514），对应的形成有外侧空腔（2211）、（2212）、（2213）、（2214），以上各固定部、伸缩部与轴组成第一转动部，且各伸缩部可以在轴（1211）的径向上自由移动。

第二轴（1221）上旋转对称的依次安装伸缩套件的固定部（1421）、（1422）、（1423）、（1424）；各固定部对应的安装伸缩部（1521）、（1522）、（1523）、（1524），对应的形成有外侧空腔（2221）、（2222）、（2223）、（2224），以上各固定部、伸缩部与轴组成第二转动部且各伸缩部可以在轴（1221）的径向上自由移动。

气室（28XX）与转动部的接合安装，本实施例中采用的方法是气室（28XX）固定的安装在固定部（14XX）上，即第一气室（2811）与第一转动部上的各个固定部（14XX）固定的接合安装，形成有第一密闭空间（1311）；第二气室（2821）与第二转动部上的各个固定部（14XX）固定的接合安装，形成有第二密闭空间（1321）。

本实施例中的固定部（14XX）采用气缸，伸缩部（15XX）采用活塞。

伸缩套件均径向安装，固定部（14XX）与伸缩部（15XX）之间设置直线运动约束部件，本实施例中采用直线轴承（17XX），直线轴承（17XX）设置在伸缩部（15XX）上，即活塞上，并与气缸壁配合使得活塞在气缸中的运动不刮擦气缸壁，活塞上设置有活塞环（16XX）。

第一转动部与第二转动部之间设置同步轮或者同步链条等传动件，使得二者可以同步反向转动，在工作时二者的伸缩套件成一一对应的镜像关系；固定部（14XX）的对应关系是，（1411）对应（1421），（1412）对应（1422），以此类推。

伸缩部（15XX）的对应关系是，（1511）对应（1521），（1512）对应（1522），以此类推。

在上述设置基础上，参见图1，第一轴上安装第一储气罐（2511），第二转动部上安装第二储气罐（2521），储气罐（25XX）相对各自所在轴具有转动平衡。

第一储气罐（2511）上设置第一旋转密封接头（2611），第二储气罐（2521）上设置第二旋转密封接头（2621），第一旋转密封接头（2611）通过气泵气管（2711）连接气泵（3301），第二旋转密封接头（2621）通过气泵气管（2721）连接气泵（3301），气泵（3301）的安装设置可参见图10。

在上述安装设置的基础上，参见图2-图5，本实施例中的位置微调组件包括，外侧空腔（22XX）内设置的支架（21XX），支架（21XX）上安装的位置传感器（20XX）、推杆驱动（19XX）及推杆（18XX）；位置传感器（20XX）与中央控制器（3201）连接，推杆（18XX）与伸缩部（15XX）连接，推杆（18XX）与推杆驱动（19XX）连接，推杆驱动（19XX）与中央控制器（3201）连接。

伸缩部（15XX）连接推杆（18XX），本实施例中的伸缩部（15XX）即活塞，连接有推杆（18XX），本实施例中推杆（18XX）采用直齿条，推杆（18XX）连接推杆驱动（19XX），推杆驱动（19XX）采用伺服电机，伺服电机安装在支架（21XX）上，通过电缆线连接独立控制器（31XX）并受其驱动，支架（21XX）上同时设置位置传感器（20XX），位置传感器（20XX）用信号线连接独立控制器（31XX），独立控制器（31XX）无线通信的与中央控制器（3201）连接，并传递伸缩部（15XX）的位置信息以便中央控制器做出优化的控制指令。

位置微调组件的作用是，配合离心运动控制组件与向心运动控制组件在各种工况与转速下，可以精确的控制伸缩部（15XX）的离心运动、向心运动及圆周运动的开始和结束，以及时长。

参见图2-图4，离心运动控制组件包括：伸缩套件上的外侧空腔（22XX）以及该外侧空腔（22XX）配有的空腔气管（23XX），空腔气管（23XX）连接有的气压控制器A（24XX），气压控制器A（24XX）具有的气压传感器，气压控制器A（24XX）连接有的储气罐（25XX），储气罐（25XX）通过旋转密封接头（26XX）连接有的气泵（3301）。

气压控制器A（24XX）经过数据传输线连接独立控制器（31XX）；本实施例中，独立控制器（31XX）通过无线方式连接中央控制器（3201）；另外，外侧空腔（22XX）及空腔气管（23XX）具有整体气密性。

离心运动控制组件的作用是驱动伸缩部（15XX）做离心运动，在工作时，由气泵（3301）给储气罐（25XX）供气，使得储气罐（25XX）保持工况所需的气压，在伸缩部（15XX）需要做离心运动时，中央控制器（3201）发出指令给独立控制器（31XX），独立控制器（31XX）控制气压控制器A（24XX）打开阀门，储气罐（25XX）中的高压气体通入外侧空腔（22XX），推动伸缩部（15XX）做离心运动，同时位置微调组件予以配合，使得伸缩部可以完成工况所需的离心运动动作；气压传感器监测管路中的气压并将数据通过独立控制器（31XX）传送至中央处理器（3201），以便中央处理器（3201）根据实时工况发出优化的指令以及协调各部工作状态。

参见图2-图4，本实施例中的向心运动控制组件有，气室（28XX）及其上上设置的气孔，气孔连接有的气压控制器B（29XX），气压控制器B（29XX）具有的气压传感器，气压控制器B（29XX）连接有的储气罐（25XX），储气罐（25XX）连接有的气泵（3301）；气压控制器B（29XX）使用数据传输线连接独立控制器（31XX），独立控制器（31XX）无线通信的与中央控制器（3201）连接。

向心运动控制组件的作用是驱动伸缩部（15XX）做向心运动，在工作时，由气泵（3301）给气室（28XX）供气，中央控制器（3201）发出指令给独立控制器（31XX），独立控制器（31XX）控制气压控制器B（29XX）的阀门开关，使得气室（28XX）内部的气压符合工况所需的气压值，在伸缩部（15XX）需要做向心运动时，通过气压控制器A（24XX）释放外侧空腔（22XX）的气压，位置微调组件同时配合动作，从而推动伸缩部（15XX）做向心运动，气压传感器监测管路中的气压并将数据通过独立控制器（31XX）传送至中央处理器（3201），以便中央处理器（3201）根据实时工况发出优化的指令以及协调各部工作状态。

总结的来讲，本实施例中，伸缩部（15XX）做向心运动的时候主要依靠的是气室（28XX）的气体压力，做离心运动的时候主要依靠通入外侧空腔（22XX）的气体压力，位置微调组件以极小的力确保伸缩部（15XX）运动轨迹的精确度及两个对应的伸缩部（15XX）的镜像同步。

另外本实施例中，独立控制器（31XX）的供电可以采用在轴（12XX）上设置电枢，通过电刷从外部供电，也可以在轴（12XX）上设置发电机供电，或者二者兼而有之，以提高安全性与稳定性。

完成上述实施例的安装设置，下面具体陈述推力发生器的工作原理。

推力发生器启动由外部动力带动轴（12XX）转动，亦即一对转动部开始转动，其余各部配合运转，最终达成图6-图9的运行效果。

参见图6-图9所示，

可以看出，一个转动部上的伸缩部（15XX）均具有相同的运动轨迹，图6至图9中所标示的虚线表示出各伸缩部（15XX）的大略运动轨迹。

为叙述准确清楚，在图6-图9中引入直角坐标系，第一转动部以+X轴方向为0度，逆时针转动一圈为360度，第二转动部以-X轴方向为0度，顺时针转动一圈为360度；第一转动部与第二转动部以F1所在的直线为中线互为镜像。

整机工作过程是这样的，伸缩部（15XX）在0度时候处于最大转动半径，此时伸缩部（15XX）将要做向心运动，先有位置微调组件配合动作，即推杆驱动（19XX）放开推杆（18XX）的静止锁定并向心回缩，伸缩部（15XX）受到气室（28XX）气压做向心运动，使得伸缩部（15XX）在180度的时候达到最小转动半径。

具体的来说，即在某个确定的转速时候，气室（28XX）内的气压值是被同步调控到设定所需，这个设定值可以克服掉伸缩部（15XX）因转动而具有的离心力，且还稍有富余，可以推动伸缩部（15XX）做向心运动，在0-180度的转动角度形成一个类似渐开线的轨迹，其他干扰因素比如伸缩部（15XX）与固定部（14XX）的摩擦力，气压不够精确等会造成伸缩部（15XX）偏离设计轨迹的因素，则由位置微调组件予以调整。

然后从180度开始，由离心运动控制组件驱动伸缩部（15XX）做离心运动，即外侧空腔（22XX）通入气体，气压增加，推动伸缩部（15XX）做离心运动，并在270度达到最大转动半径，此时外侧空腔（22XX）气压开始释放，之后伸缩部（15XX）的向心力主要由气室（28XX）气压提供，同时位置微调组件的推杆（18XX）向心运动锁定，离心运动自由，使得伸缩部（15XX）转动半径固定，而后做圆周运动到360度亦即0度位置，再之后，周而复始。

以下做力学分析进一步的阐述推力发生原理。

先只分析伸缩部（15XX）动能变化对整机的影响，以一对对应的伸缩部做分析，比如（1511）与（1521），参见图6可以看到，0-90度，伸缩部（15XX）做向心运动，这将会促使转动部转速增大，如果转动部转速不增大，则有整机向+Y轴方向运动的趋势；参见图7可以看到，90-180度，两个伸缩部（15XX）继续做向心运动，同样促使转动部转速增大，如果转动部转速不增加，则整机有向-Y轴方向运动的趋势；

参见图8，从180度旋转到270度，一对伸缩部（15XX）做离心运动，将会导致转动部转速减小，如果转动部转速不减小，则整机有向+Y轴方向运动趋势。

参见图9可以看到，270度至360度即0度，伸缩部（15XX）运动轨迹是圆周，此过程因为向心力提供主要来自于气室（28XX）的气压，单只分析伸缩部（15XX）动能变化，伸缩部对整机运动趋势无影响。

可以看到，在推力发生器运行过程中，每一对伸缩部（15XX）都具有上述的运动轨迹及作用效果，因此只需要分析所有工作单元同时转过90度的状态就可以得到整体的工作状态，整体的来看，同样以伸缩部（1511）和（1521）各自位于0度的时候来分析，参见图6可知，（1511）与（1521）将产生向+Y轴方向的运动趋势，（1512）与（1522）将产生-Y轴方向的运动趋势，可以发现二者的运动趋势将大致抵消。

同时，（1513）与（1523）将产生+Y轴方向的运动趋势。

另外，（1514）与（1524）因为做圆周运动，且其向心力的提供来自于气室的气压，故此其运动过程在Y轴不对整机产生影响。

最后整体的来看伸缩部的动能变化对转动部的影响，具体为，（1511）（1521）（1512）（1522）向心运动所导致的转动部转速增加趋势，恰好可以被（1513）（1523）离心运动所导致的减小趋势平衡。

综上所述上可以知道，单就伸缩部与整机相互作用来看，推力发生器在工作过程中，每个伸缩部在转过180-270度的期间，总会对整机产生+Y轴方向的脉冲形式的推力。

此外对整机影响最大的力就是气室内的气压和外侧空腔内的气压，分析如下；

先一个，本实施例中气室内壁所受压力有四个缺口，即四个气缸，且其两两对称，在推力发生器运行过程中，只在气缸转过180-270度时，气室的缺口处压力经由外侧空腔气压增加推动伸缩部做离心运动的时候，气压压力传导至轴心，其余各气缸缺口处于放空状态，以至于整机将会产生一个+Y轴方向的力。

更具体的讲，气室内提供给伸缩部的气体压力是大于其最大转动半径所需向心力的，而伸缩部在180度位置的时候其离心力在最小值，故而需要提供额外的力推动伸缩部做离心运动，这个额外的力即本实施例中外侧空腔气体压力，该气压力一面作用于伸缩部，另一面作用于轴心，因此，从整体上看，推力发生器会再产生一个具有脉冲效果的力，这个力与上文所述的因伸缩部动能变化产生的运动趋势，联合标记为F1。

另外，实施例中的直齿条可以看作伸缩部的一部分，驱动电机上设置的是蜗杆，与直齿条配合而具有自锁功能。

显见的，有多对工作单元的实施例，固定部在转动平面均匀错开设置更优化，可以让推力输出更顺滑，转动部转速波动更小。

可以看出，实施例1适合大中型应用，如若是大型高转速，则直线轴承设置在固定部的两端更为适宜，另外大型实施例中位置微调组件可以同时兼具离心运动控制组件的功能，从而略去如实施例1的离心运动控制组件。

显见的，当转动部安装在气室内的时候，固定部可以是活塞，而伸缩部是气缸。

伸缩套件是活塞和气缸类型的，摩擦接触的部件可以设置磨损补偿装置。

再一个，伸缩套件采用波纹管的，在微小型实施例中，更简洁经济。

显见的，向心运动控制组件，离心运动控制组件，位置微调组件等，其实现方式及其组合方式有多种，在不背离本发明专利精神的，及相关领域技术人员可合理预见和想象到的实施方式，应视为本发明范畴内。

本实施例1附图6-9中的所述伸缩部运动轨迹不限定本发明，实施例1所提及伸缩部动作分界的角度数值不限定本发明，实施例1旨在清楚表述发明原理，在附图10中共轴的4个转动部，可以在径向上任意调节伸缩部的动作，也就是可以任意调整推力方向。

工作单元上的各零部件的安装设置均考虑转动平衡，在此不赘述。

实施例共轴设计的，就单个推力发生器单独使用来讲，为考虑平衡性，工作单元数目为2对的整数倍。

另外，在各种实施例中均可采用整体的消音设置，不赘述。

此外，上述“第一”，“第二”等用语只是具体实施例的描述，不是数量上的限定；“安装”，“连接”等用语，本领域的技术人员可以根据具体实施合理理解。在本发明基础上可以合理预见的等效配置，安装和设计，可以合理预见的变形，同功能替换，应视作未脱离本发明的精神及保护范围。

另外，本发明提供一种具有所述推力发生器的飞行器，其构成及操作本领域的技术人员是熟知的，不再详细叙述。