本发明属于运输工具类,尤其是飞行器飞行的驱动,同时也适用于交通车辆的驱动。 做为现代化的运输工具飞机,已是人人皆知的飞行器之一。其飞行离不开空气,飞机在空中的飞行要依赖于空气来维持自身平衡。空气地剧烈波动,会使飞机的起飞、飞行和降落的稳定性受到影响。除直升飞机外,其他飞机地起飞都必须有跑道。以上缺陷,使人们对飞机的享用有许多不便。电磁驱动原理正是为解决这一问题的。
电磁驱动的飞行器,其原理决定了飞行可不依赖于空气,直接从地面起飞,并超低空低速飞行。电磁驱动原理也可与喷气式飞机等进行有机结合,使喷气式飞机等直接从地面起飞。截止目前,有关飞行器的电磁驱动原理国内外未见注于任何报道。
电磁驱动原理是基于安培定律及动量守恒定律。
电磁驱动飞行器包括两部分:驱动芯和迫动体。
驱动芯是由绝缘导体同向绕制而成的线圈,处于迫动体所提供的磁场中,首先由它的运动来改变迫动体的运动状态,是飞行器的主动运动部分。
迫动体是飞行器除驱动芯的所有部分,具备磁场空间,能使驱动芯部分或全部置于磁场空间中。在这样的磁场中,驱动芯在输入电流后各部分能产生同向运动。迫动体是由相对于其运动的驱动芯来改变其运动状态,是飞行器的被动运动部分。
飞行器电磁驱动原理参照图1。图1为飞行器的结构图,因为只有一个驱动芯,因而飞行器仅能起飞,静置空中、及降落。
(1)为迫动体。(2)为迫动体半径不等的两空心园柱永磁体,其间形成恒定磁场,磁场方向为空心园柱体的径向方向,(3)为驱动芯,位于磁场空间中心。其上面及下面与迫动体内上下两面均有一定的间距,驱动芯能相对于迫动体上下运动。
图1具备驱动芯与迫动体相对运动的条件。
1、空间条件:驱动芯与迫动体相互作用面-两力作用面有一定的间距及迫动体提供了能使驱动芯相对于其上下运动的空间。
2、运动条件:驱动芯置于恒定磁场中,并且这个磁场能使驱动芯各部分在驱动芯输入电流后产生同向运动。
驱动芯地运动是实现二者相对运动的前提。而迫动体所提供的磁场是驱动芯相对于迫动体运动所必须依赖的环境。二者是不可分离的统一体。驱动芯置于迫动体提供地磁感应强度为B的磁场中,驱动芯置于磁场中的导线长度为L,当给驱动芯输入直流电流的强度为I时,根据安培定律,作用于驱动芯的力为F=BIL,这个力使驱动芯各部分产生相对于迫动体的同向运动。改变电流方向,可改变驱动芯相对于迫动体的运动方向。由于二者有相对运动,驱动芯必然会对迫动体产生作用,即碰撞,碰撞时遵守动量守恒定律。调节电流的大小,可控制驱动芯相对于迫动体的运动速度大小,从而调节驱动芯对迫动体作用大小。
我们规定驱动芯与迫动体相对运动时两力作用面相距最佳最大距离为驱动芯处于迫动体的相应位置。
飞行器地起飞、飞行、空中静置及降落是由驱动芯与迫动体相对运动及驱动芯对迫动体的作用来实现的。驱动芯与迫动体的相对运动周期分为两个过程。
第一过程:驱动芯与迫动体两力作用面相互接近的过程。这一过程由驱动芯处于迫动体相应位置开始至二者碰撞时结束。
第二过程:驱动芯与迫动体两力作用相互远离的过程。这一过程由二者碰撞后开始至驱动芯处于迫动体相应位置时结束。
在第一过程结束,第二过程开始时,这期间为驱动芯对迫动体的作用,即碰撞。
驱动芯与迫动体相对运动是由这两个过程不断交替进行的,而这两个过程的交替进行可由变换输入驱动芯的电流大小及电流方向来实现。
我们再规定驱动芯与迫动体碰撞时二者所在的平面为二者的接触平面。
以图1为例,论述飞行器起飞升空的过程。由于图1仅有一个驱动芯,飞行器仅能垂直于地面升空。
飞行器起飞升空的特征是:驱动芯与迫动体的接触平面不断上移。
在相对运动的第一过程中,迫动体相对于地面静止。驱动芯相对于地面及迫动体向上运动。第二过程开始后,迫动体向上运动。驱动芯可能向上运动,这种情况下,驱动芯向上运动的速度小于迫动体。再就是驱动芯向下运动。第一过程又开始后,驱动芯及迫动体相对于地面向上运动,由调节电流可使驱动芯向上运动的速度大于迫动体。之后又开始第二过程。这样,这两个过程不断交替进行,飞行器便起飞升空。
然后,论述飞行器静置空中的过程。
飞行器静置空中的特征是:驱动芯与迫动体的接触平面恒定不移动。
在相对运动的第一过程中,驱动芯向上运动。迫动体向下运动;或由向上转为向下运动。在第二过程中,驱动芯向下运动,迫动体向上运动。这两个过程不断交替进行,使飞行器静置空中。
其次,论述飞行器降落的过程。
飞行器降落时的特征是:驱动芯与迫动体的接触平面不断下移。
相对运动的第一过程中,迫动体向下运动。驱动芯的运动有三种情况:(1)向下运动,运动的速度小于迫动体。(2)相对地面静止。(3)向上运动。在第二过程中,迫动体与驱动芯都向下运动,但驱动芯向下运动的速度大于迫动体。这两个过程不断交替进行,使飞行器以一定的速度向下降落。
飞行器在空中的飞行需设置两个以上的驱动芯,同时迫动体提供相应的磁场。其中一个驱动芯维持飞行器在空中的平衡,其它的驱动芯使飞行器在空中以平行于地面或其它方式飞行。
迫动体提供的磁场,可以是如图1的恒定磁场,也可以是交变磁场。对于交变磁场,输入驱动芯电流是与交变磁场同周期的交流电流。改变交变磁场的相位和输入驱动芯的交流电流的相位以及电流强度的大小,可实现驱动芯相对于迫动体的正反方向运动。
驱动芯与迫动体的两力作用面的间距可用弹簧连接,以改善飞行器飞行的性能。所选择弹簧的最小工作载荷大于驱动芯的重量小于迫动体的重量。
驱动芯对迫动体的作用方式有两种:(1)冲击驱动,即驱动芯碰撞迫动体的驱动方式。在这种方式中,驱动芯与迫动体的两力作用面可用压簧连接,如图2。本文是以冲击驱动来论述的。(2)拉动驱动,即驱动芯相对于迫动体运动,然后施加于迫动体一拉力的驱动方式。在这种方式中,两力作用面用拉簧连接,如图3。在两种方式中以冲击驱动为佳。