[kiwaho]

前不久刚修文两篇，论述了百叶窗式透平，在水电技术中的应用。

借雅兴来潮，触类旁通，换一个逆应用的话题，再修一文，谈谈如何将类似技术用于航空推进器。

传统的东西总是根深蒂固的，市场上现有航空推进技术，要么是喷气式，要么是螺旋桨式，别无其它，前者用于需要跑道的飞机，后者用于直升机。

一直未能走出实验阶段的当属：扑翼式飞机。尽管从基于仿生学原理出发的相关科研投入，从世界各国范围来看大得惊人，然而，自达芬奇那个年代算起，历时500多年，至今仍未商用，学界收获的全是论文而已。

从试错入手的科研投入，也占很大部分，但主要来自民科、民企或非政府实验室。他们不在乎在学术上有何造诣，也不指望靠论文晋升职称官阶，只求枚举所有不可能实现的构型，迎接最后那缕成功的曙光。

扑翼飞机现阶段面临的难题是：如何提升有效载荷、比冲系数、减小翼面积、加快飞行速度等。

大自然就是那么神奇，小到笨脑的蚊子，大到翼龙类恐龙，都能娴熟地扑翼飞行，在它们眼里，这不是技术，而是与生俱来的本能。唯独人类把扑翼飞行当作一门高深的仿生学来研究。



个人认为，学界研究特种人工翼材是走到斜路上去了，我不是说邪路。造物主给鸟类搭配的翼材，定是按其体形定制的，而其体形内容物是不能随意增减的。而人工飞行器，几乎都要求机舱内容物，作为可变载荷用于实际飞行任务。

大自然从来没有给任何鸟类，定制螺旋桨那样的软组织，而人类用螺旋桨做成的直升机，不也可以像鸟那样垂直起飞？所以人类无须完全照搬鸟类的飞行模式，也能取得扑翼飞机的成功，关键要物理上的推进作用能讲得通就行。



读者诸君看看我下面这个原理图，物理上能否得到推进作用：



共有4把大伞轮替开合。X型连杆机构组合一起，交叉的一对刚性联结成／或＼。

图中／两端伞全开，即将完成高速蹬伞脉冲，＼两端伞闭合使得回撤时风阻尽量小，一旦＼的上端顶盘，抵达上止位，与基座上的电磁感应发射线圈接触，储备在电容上的可高达万伏的直流电源，通过合上的开关K1，将全部电荷脉冲地泻到发射盘上，之后准备／的上端再次发射，如此不停地周期往复。

巨大脉冲电流激发的感应电磁力，将高速向下撑开对应的大伞，瞬时速度可高达音速。

其实，粗略估计伞的推力并不难：日常碰到刮大风下雨的时候，迎风的伞也许会把人推着跑，那个力度大家心知肚明。

要细算的话，借助空气动力学公式可算出：50m/s的台风，作用于1平方米的迎风面，可产生150kg的推力。总之，推力与风速平方成正比。

电磁发射若产生300m/s的伞速，1平米的伞面风阻可达5.4顿！按牛顿第3定律，可获得等量升力。

好家伙，我的新型推进桨力气大大的，非常容易获得大的有效载荷或比冲。

除了可做成具有商业价值的大飞机外，利用此技术做成空中吊车/叉车也不错，用于企业基地，干些重活，免得飞出企业地盘，得办复杂的证照啥的。

善于类比的人，很容易联想到下图所示的4二极管全桥整流器。飞机的推进力类比于直流，4把伞的往复式运动类比于交流。



领会了此板式桨工作原理，对于不会游泳的人，关键时刻甚至能救你命：落水后，在大喊救命的同时，切记一定要4肢快速往复式扑腾！

做成大飞机，完全可以设计成独立的垂直和水平两路推进伞阵列。

不像机械传动那样，弄成矩阵桨，得要配置复杂的变速器和联轴器，我的伞式桨单元，接受高压脉冲输入，而这靠简单廉价的电工布线即可。下图是我构想的概念型扑伞式大型客机，垂直起飞用m x n的底部矩阵桨，水平飞行用m’x n’矩阵桨。



进一步改进：

展开的伞面毕竟不与推力成90°，尽管很接近，但大飞机应用时，这个引起的损失还是蛮大的。

伞桨的另外一个弊端是它的底盘太高，这是追求大迎风面积的必然结果。要是单人用来上下班，上去下来配个小梯子确实不方便。

若改成百叶窗，上述两个问题都解决了，但设计稍微复杂一些。

伞桨的收拢不需要额外机件，而百叶窗的单元帘片的翻转，需要配置压缩空气，用4个电磁阀，控制4只百叶窗的协调运动。

据我长期观察，鸟类的翅膀实在太像我的百叶窗式板式桨。向下扑翼时，相当于百叶窗帘片单元的羽毛全闭合，此时翅膀就像两块板子向下高速冲击，这是做功冲程。向上收翼时，鸟本能地会使风阻最小，多数鸟类的翅面翻转约90度，还有些鸟靠大幅度缩减翼面积，少数鸟能控制其各单根羽毛同时翻转，而翅面框架不转，就像百叶窗全开那样，这是复位冲程，不需很快，能快更好。

前面的博文中，拿此百叶窗机械传动机构，当水电站的透平使用，那里用上了潜水射流泵，驱动百叶窗的开关。俗点讲，呵呵，这叫一食两吃！

在实际推广中，一定会碰到高压脉冲电源如何搞的问题。

小型无人机，直接用锂电池配直流升压电路即可。用于物流送货蛮好，航空摄影也不错。

大飞机的主动力，还得汽油或柴油机，剩下的问题，就是如何将发动机的扭矩，转换成高压脉冲电源。

现有技术没有合用的，只得依赖我去年搞的例外一个伟大发明，参看我的旧文。当时我称之为科学史上的秋收起义，并从此开创了一门崭新的学科：介电动力学。

为何不用内燃机的活塞直线运动，直接驱动百叶窗板式推进桨呢？这有两个原因：

一则，市场上的内燃机输出端，都做成了旋转轴，早在内部将往复直线运动转成了圆周运动，想用也找不到供货商。若再构建圆周转直线运动，内外两次讨厌的转换，无端地降低了动力效率，因为曲柄连杆机构的作用力与方向，并非理想的一致，而是有角度的，甚至还有死点。

二则，活塞在爆炸做功冲程时的线速度，并不能达到很高值，就算空载状态，也就20m/s那样的谱。虽然能用于我的平板桨，但飞机速度、载荷还有些遗憾。如果用变速箱升速，笨重的铁嘎达，极大削弱了有效载荷，且齿轮寿命在高速冲击下大打折扣。

看来内燃机生产商，也要换脑子，推出些直柄驱动产品。

欢迎国内有兴趣的单位，接洽合作、授权、技术指导或投资等事宜。

理论型学者，欢迎下载我就此发明撰写的英文论文：

Innovative Flapping Umbrella or Flapping Shutter Ornithopter

最后，欣赏一下现有各种原型试验模型，第一个是十五世纪达芬奇最早发明的模型。我们的原型机谍照暂时保密。











转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自魏焱明科学网博客。
链接地址：blog.sciencenet.cn/blo...58615.html

[kiwaho]

其实，我的那篇文章谈到的新型船舶推进系统，理论原理上等价于这里。只不过这里的推进桨一定要高速脉冲激发，否则坠机；而船用驱动可以像鸭子拨清波那样慢悠悠的。

[kiwaho]

还是这个发明靠谱，不像我的船舶推进系统，受到那么多质疑的微言！