【专利摘要】本发明公开了一种流体动力设备，包括至少一个附着面，所述附着面上开有一流体通道，还包括流体驱动装置，所述流体驱动装置驱动流体流动，其方向与指向涡心的方向垂直，流体流向流体通道产生涡，涡附着于附着面上，附着面上的流体压强变化提供流体动力。本发明基于鸟的飞行原理和龙圈风的原理，诱导涡产生后，从涡心抽离流体，使得涡流体很短时间内形成高强度的涡结构，涡的内侧与外侧的速度环量相等，涡内侧的压强快速下降，涡的两端闭合于涡附着面上，涡的能量消耗很少，涡能长时稳定，从而提供更强的流体动力。本发明适用于无翼、无反冲力装置、重于空气的飞行设备。

　　[0001]本发明涉及具有涡控制装置的流体动力设备和控制涡流的方法。本发明尤其适用于空中、陆地、水中三栖的航空器。

　　[0002]涡又称旋涡，是流体中的一种运动形式，理想流体中，旋涡具有以下几个特征:

　　[0006]4、在不可压缩流体中(例如水中)，压强与流速遵循伯努力方程。

　　[0007]5、在可压缩气体中(例如空气中)，压强与流速依靠能量方程和状态方程求解。

　　[0008]点涡模型中，涡中各点的速度与涡心距成反比，越接近于涡心，速度越大，到达涡心时，速度趋近于无穷大，在离心力的作用下，靠近涡心时趋近于线]龙卷风是自然界的一种涡，龙卷风形成时，先形成一个直径较大的涡旋场，然后中心气体上升，周边气体向中心补给，根据涡量守衡原则，旋涡直径缩小，风速加大，当直径缩小至原来十分之一时，风速增大到原来十倍，在风的离心力作用下，龙卷风中心气压快速下降。沿着龙卷风涡心线的气压大幅降低，密度下降，周边空气不断补给，加强龙卷风的强度，龙卷风经过之处，可以将重物搬移，是其在地面形成强大的负压(相对于大气压)。

　　[0010]鸟在空气中获得升力:其过程是通过翅膀的周期运动产生附着于翅膀上侧的涡，使得鸟获得强大的升力。发明人通过研究大型鸟类的飞行状态，发现鸟在起飞和降落时在翅膀上侧诱导了涡，涡的两端终止于翅膀或身体。

　　[0011]烟圈是一种较稳定的涡环结构，环内的流体速度很快，压强很低，只需要很少的能量就能够使这种涡环长时间稳定。由于整个涡环低压强区是封闭的，若将环延轴平面切开成对称两个，其中一个形成半涡环结构，在半涡环的两端形成低压区，切开面的两侧，有涡环的一面比无涡环的一面对切开面的压力要小，本发明的原理其于此项构思。

　　[0012]无边界的涡不能长时稳定存在，实际流体中，装置驱动流体的速度是有限的，通常在涡的外侧驱动流体产生涡，涡心流体不能被排出，导致靠近涡心的流体近似刚体的等角速度旋转，其流速远比等速度环量的方式低，从而导致涡心的压强下降缓慢。

　　[0013]现有技术中应用流体中提供流体动力的装置较多，采用的方法有:密度差异、反推、流速变化，主要分布于水和空气范围内。代表性的装置有:气球、火箭、固定翼飞机、旋转翼飞机、潜艇。

　　[0014]气球:依靠密度差异，获得浮力，其流体动力为向上的升力，体积大、速度慢、机动性差，其优点是浮在空中时不消耗能量。

　　[0016]固定翼飞机:优点有升力大、载重大、机动性好，缺点是不能垂直起飞、低速时性能差，起降场地要求严格。[0017]旋转翼飞机(直升飞机):优点是可以垂直起降、载重较大、机动性好，缺点的飞行速度低、构造复杂、易陷入到涡环等不安全状态中。其起降时会产生强大的空气流动，存在较大的安全隐患。

　　[0018]潜艇:优点是可用于水中运行，缺点是仅能运行于水中、机动性能差、速度低、密度低于水时下潜困难、密度高于水时上升困难。

　　[0019]从以上分析可知，现有流体动力装置均存在缺陷，尤其是飞行器，均受到跑道、场地安全或速度的限制，以具有边条翼的飞机为例，飞行时在边条翼上产生脱体涡，在机翼上产生负压，使飞机在空气中产升了垂直于机翼的升力。由于脱体涡的强度和大小难以控制，升力不易控制。飞机静止状态下难以产生脱体涡，在静止状态下难以获得升力。

　　【发明内容】[0020]本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，本发明提供一种在空气中能够以低能耗垂直起降、悬停、翻转、任意方向移动的的具有涡控制装置的流体动力设备，本设备可以在水中和空气中运行、停泊在陆地上。本发明还提供提供一种涡的能量消耗很少，涡能长时稳定，从而提供更强的流体动力的控制涡流的方法，该方法能用于诱导涡使其两端稳定附着于特定的附着面上。

　　[0022]具有涡控制装置的流体动力设备，其特征在于:所述流体动力设备包括至少一个涡附着面、流体通道、涡控制器，所述流体通道设置在涡附着面上，涡控制器用于驱动流体流动，流体流向流体通道产生涡，涡附着于涡附着面上。相对于无流动，涡附着面为负压力，对设备的流体动力为涡附着面压力下降值的合力。

　　[0023]具体的，所述涡附着面为平面或非平面或平面与非平面的组合形成的面。

　　[0024]具体的，所述涡附着面设有两个，两个面存在夹角，一个面相对另一个面转动。上述结构使两个附着面分别为涡的两个终止端，初始状态下，涡的两端终止于两组平行或小角度相交的涡附着面，此时涡位于两组面的锐角内，逐渐加大两组面的夹角，涡被诱导，涡的两端一直终止于两个涡附着面上。面的夹角从O至180度时流体动力增加，两组面相差角度为180度时获得最大的流体动力，此时涡位于两组面的相同侧，由180度至360度时流体动力减小，过程如同鸟拍翅。本装置的诱导模式可以在较小的能量下提供持续稳定的流体动力，优于鸟的飞行模式。对于不可折叠翼的飞机，两翼之间存在较小夹角时，两翼可做为涡附着面，两翼无需转动即可垂直起降。对于可折叠翼飞机，两翼打开时相对转动可更快获得更闻的升力。

　　[0025]具体的，所述流体动力设备还包括调节流体通道面积大小的调节器。通过调节器调节流体通道面积，从而控制涡的强度。

　　[0027]作为本发明的一种改进，所述涡控制器包括负压发生器和流体驱动装置，所述负压发生器设置在流体通道内，所述流体驱动装置设置在涡附着面上或涡附着面上方。在负压发生生器作用下，流体向低压强方向运动，此时流体获得加速并形成涡流，涡流中心压强较小，涡附着面的表面流体压强产生变化，相对于周边流体压强，越靠近涡心，流体速度越快，流体压强越小。流体驱动装置驱动流体形成涡，可选的，流体驱动方向与指向涡心的方向垂直，优选的，涡心与流体通道重合。

　　[0028]作为本发明的另一种改进，所述涡控制器还包括涡动能回收装置，所述涡动能回收装置设置在流体通道内。通过涡动能回收装置使用流体动能提升流体压强。

　　[0029]优选的，涡动能回收装置为离心涡轮。采用离心涡轮时，进入负压发生器内的流体将动能传给涡轮内侧，涡轮外侧产生离心力提升流体压力，涡轮兼做负压发生器和流体驱动装置，流体流出，在涡附着面产生负压，此过程能耗更低，装置结构更简单。

　　[0030]可选的，所述流体驱动装置的流体出口贴近或位于涡附着面上。优化的，所述流体出口方向平行于涡附着面，并且垂直于指向涡心的径向线。可选的，所述流体驱动装置为非接触式驱动。流体驱动装置的流体进口和流体出口不是必需的，其可以采用非接触式的驱动方式。例如，水是导电的，直接采用电磁方式驱动水也可以使得水运动产生涡流；空气中注入导电离子或离子化空气让其导电，然后电磁驱动空气运动。非接触式驱动使得设备表面更紧凑。

　　[0031]作为本发明的改进，流体动力设备包括多组涡附着面对、流体通道、涡控制器，这些组呈阵例和/或组合分布于流体动力设备上。通过这些组合提供更强的流体动力，调节各流体驱动装置的驱动方向、流量、流速，调节负压发生器的压强、流量，调节流体通道的大小，调节各组相对于流体动力设备的方向，通过这些参数一个或其组合的调整可以使得流体动力设备起降、悬停、加速、平移、翻转。

　　[0032]基于同一构思，本发明还提供一种控制涡流的方法，适用于流体动力设备，包括如下步骤:

　　[0035]涡的两端附着于涡附着面对的两个面上，涡附着面表面流体压强降低，相对于无流动，对涡附着面的流体动力为负压力具有涡控制装置的流体动力设备及控制涡流的方法。

　　[0037]本发明基于鸟的飞行原理和龙圈风的原理，设计出涡强度更高、更易于控制的涡附着流体动力设备。本流体动力设备诱导涡产生后，从涡心抽离流体，使得涡流体很短时间内形成高强度的涡结构，涡的内侧与外侧的速度环量近于相等，涡内侧的压强快速下降，涡的两端闭合于涡附着面上，涡的能量消耗很少，涡能长时稳定，从而提供更强的流体动力。本设备在水中运行时，即使低于水的密度，仍能在水中下降和平移，使得设备不受地域的限制。本设备可以叠加在音速或超音速飞行器的机翼上，使得设备的适用性更广泛。

　　[0039]图2为本发明流体动力装置的第一实施例的一种实施方式的主视方向示意图。

　　[0040]图3为本发明流体动力装置的第一实施例的另一种实施方式的主视方向示意图。

　　[0042]图5为本发明流体动力装置的第二实施例的一种实施方式的主视方向示意图。

　　[0043]图6为本发明流体动力装置的第二实施例的另一种实施方式的主视方向示意图。

　　[0044]图7、图8、图9为本发明流体动力装置的第三实施例两个附着面相对转动时的主视方向不意图。

　　[0048]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

　　[0050]如图1所示，一种流体动力装置，包括至少一个涡附着面1，所述涡附着面10上开有一流体通道4，还包括流体驱动装置2，流体驱动装置2以流体通道4的中心点为圆心圆周分布于涡附着面10上或涡附着面I上方，所述流体驱动装置2的流体运动方向3与流体驱动装置2所在圆周上的切线的方向相同，所述流体驱动装置2驱动流体流动，流体流向流体通道4产生涡，涡附着于涡附着面I上，涡附着面10上的流体压强变化提供流体动力。上述结构流体运动方向3不指向涡心，流体螺旋线，产生涡，一端附着在涡附着面I上，相对于无流动状态，涡附着面I产生负压力。

　　[0051]结合图1、图2所示为本发明的第一实施例的一种实施方式，流体驱动装置2以流体通道4的中心点为圆心圆周分布于涡附着面I上方，所述流体动力装置还包括负压发生器5，所述负压发生器5设置在流体通道4的底部。在负压发生生器作用下，流体向低压强方向运动，此时流体获得加速并形成涡流，涡流中心压强较小，涡附着面的表面流体压强产生变化，相对于周边流体压强，越靠近涡心，流体速度越快，流体压强越小。

　　[0052]结合图1、图3所示为本发明的第一实施例的另一种实施方式，流体驱动装置2以流体通道4的中心点为圆心圆周分布于涡附着面I上。所述流体通道4包括设置于涡附着面I上流体入口及一与流体入口导通的流体出口，所述流体出口贴近或位于涡附着面上。所述负压发生器5设置在流体入口与流体出口的通道内。

　　[0053]结合图4、图5所示为本发明的第二实施例，4个流体驱动装置2以流体通道4的中心点为圆心圆周分布于涡附着面10上，并呈对称分布，4个流体驱动装置2的流体运动方向3均与圆周上的切点的切向方向同一指向，上述结构形成对称诱导涡模式，4个流体驱动装置同时驱动流体运动，流体运动方向3与指向涡心线垂直，流体螺旋线，产生涡，一端附着在涡附着面I上，相对于无流动状态，涡附着面I产生负压力。在对称驱动的状态下，涡更易生成和稳定，涡心更易与流体通道重合，从而获得更高的涡强度。

　　[0054]上述流体驱动装置2呈中心对称模式，涡心位于流体通道，在流体驱动装置2作用下，涡逐渐增强，并向无限远处延伸，涡的一端终止于涡附着面1，类似自然界的龙卷风，涡心径向气流指向流体通道，龙卷风径向气流离开地面。

　　[0055]所述流体动力装置还包括涡动能回收装置9，所述涡动能回收装置9设置在流体通道4的通道内，通过涡动能回收装置使用流体动能提升流体压强。

　　[0056]同样的，上述流体动力装置也包括负压发生器5，负压发生器5设置在流体入口与流体出口的通道内。

　　[0057]结合图4、图6所示，所述涡动能回收装置为离心涡轮6。离心涡轮6旋转使得涡轮中心靠近流体通道4的压力降低，涡轮周边压力增加，涡轮同时成为流体驱动装置2的流体动力来源，驱动流体形成涡。

　　[0058]采用离心涡轮时，进入负压发生器内的流体将动能传给涡轮内侧，涡轮外侧产生离心力提升流体压力，涡轮兼做负压发生器和流体驱动装置，流体流出，再流向流体通道，在涡附着面产生负压，此过程能耗更低，装置结构更简单。

　　[0059]如图7所示，所述涡附着面I设有两个，所述两个涡附着面I同向朝上设置，该两个涡附着面I之间呈一夹角，所述流体动力装置还包括驱动所述两个涡附着面I之间的夹角变化的角度驱动装置(图中未示出)。上述结构使两个涡附着面分别为对方的涡的两个终止端，初始状态下，涡的两端终止于两组平行或小角度相交的涡涡附着面，此时涡位于两组面的锐角内，逐渐加大两组面的夹角，涡被诱导，涡的两端一直终止于两个涡涡附着面上。面的夹角从O至180度时流体动力增加，两组面相差角度为180度时获得最大的流体动力，此时涡位于两组面的相同侧，由180度至360度时流体动力减小，过程如同鸟拍翅。本装置的诱导模式可以在较小的能量下提供持续稳定的流体动力，优于鸟的飞行模式。

　　[0060]结合图7、图8、图9，为诱导模式的两个涡附着面I先后顺序相对转动时的示意图。初始状态下，涡7的两端终止于小角度相交的涡附着面I，逐渐加大两组面的夹角，涡7被诱导加长，涡能量增强，涡7的两端一直终止于两个涡附着面上1，负压发生器5提供负压，流体通道4抽吸流体，涡心8与流体通道重合，保障涡的强度。过程如同鸟拍翅。本装置的诱导模式可以在较小的能量下提供持续稳定的流体动力，优于鸟的飞行模式。该模式能以较少的能量生成流体动力。采用此模式可设计垂直起飞又可高速运动的航空器，且不会对起降场地造成破坏。

　　[0061]如图10所示，上述两个涡附着面I中的任何一个均以流体通道4的中心点为圆心圆周分布有流体驱动装置2于涡附着面I上。

　　[0062]优选的，所述夹角为0-180度，所述两个涡附着面I在角度驱动装置的驱动下相对旋转，该两个涡附着面相对旋转的旋转轴平行或重合于两个涡附着面I的交线]具体的，所述流体动力装置还包括调节流体通道面积大小的调节器(图中未示出)。通过调节器调节流体通道面积，从而控制涡强度。

　　[0064]具体的，流体通道的周边为平滑过度的曲面。减少形成的涡旋的阻力。

　　[0065]如图11、图12所示，所述涡附着面包括第一涡附着面11和第二涡附着面12，所述第一涡附着面11为平面，所述第二涡附着面12为锥形面，所述第二涡附着面12设置在所述第一涡附着面11的中部，所述第一涡附着面11与第二涡附着面12的不同位置均分布有流体驱动装置2。同样的，上述流体动力装置也包括负压发生器5，所述负压发生器5设置在流体通道4的底部。上述结构流体驱动装置2、负压发生器5、第一涡附着面11、第二涡附着面12、流体通道4成组构成阵列，形成涡8的阵列，并使得涡心7与流体通道4重合，通过关联控制(如机械、电子或其它方式)调节流体通道的面积、形状，或调节流体驱动装置的速度、流量、方向，或调节负压发生器的压力、流量、方向，调节流体动力的大小、方向，使得装置可以悬停、翻转、快速移动、高加速度，装置可运行于空气、水等流体中。该实施例中涡的两端终止于涡附着面，在提供较强流体动力的情况下仅需要少量的能量。采用此模式可以设计无需滑跑机场、安全可靠、低能耗、机动性强的通用航空器。

　　[0066]基于同一构思，本发明还提供一种产生稳定涡流的方法，适用于流体动力装置，包括如下步骤:

　　[0069]涡的两端附着于涡附着面对的两个面上，涡附着面表面流体压强降低，相对于无流动，对涡附着面的流体动力为负压力。

　　[0070]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

　　1.具有涡控制装置的流体动力设备，其特征在于:所述流体动力设备包括至少一个涡附着面、流体通道、涡控制器，所述流体通道设置在涡附着面上，涡控制器用于驱动流体流动，流体流向流体通道产生涡，涡附着于涡附着面上。

　　2.根据权利要求1所述的流体动力设备，其特征在于:所述涡附着面包含两个涡附着面形成对，同一涡的两端终止于涡附着面对的两个面上。

　　3.根据权利要求2所述的涡附着面对，其特征在于:两个面存在夹角，一个面相对另一个面转动。

　　4.根据权利要求1所述的流体通道，其特征在于:所述流体动力设备还包括调节流体通道面积大小的调节器。

　　6.根据权利要求1所述的涡控制器，其特征在于:所述涡控制器包括负压发生器和流体驱动装置，所述负压发生器设置在流体通道内，所述流体驱动装置设置在涡附着面上或涡附着面上方。

　　7.根据权力要求6所述的负压发生器:其特征在于:所述涡控制器还包括涡动能回收装置，所述涡动能回收装置设置在流体通道内，涡动能回收装置用于使用流体动能提升流体压强。

　　8.根据权力要求7所述的涡动能回收装置:其特征在于，涡动能回收装置为离心涡轮。

　　9.根据权利要求6所述的流体驱动装置，其特征在于:流体驱动装置为非接触式驱动。

　　10.根据权利要求1-9所述的流体动力设备，其特征在于:流体动力设备包括多组涡附着面对、流体通道、涡控制器，这些组呈阵例和/或组合分布于流体动力设备上。

　　11.一种控制涡流的方法，适用于流体动力设备，其特征在于，包括以下步骤: 形成涡附着面对，涡附着面对上形成至少一个流体通道； 驱动流体运动，流体流向流体通道产生涡； 涡的两端附着于涡附着面对的两个面上，涡附着面表面流体压强降低，相对于无流动，对涡附着面的流体动力为负压力。

　　如您需求助技术专家，请点此查看客服电线.精密/超精密加工技术 2.超声波特种加工 3.超声/电火花复合加工 4.超声/激光复合加工 5.复合能量材料表面改性 6.航空航天特种装备研发

　　1. 先进材料制备 2. 环境及能源材料的制备及表征 3. 功能涂层的设计及制备 4. 金属基复合材料制备

　　1.轻合金 适配 交通、航天、医疗器械、LED灯架、散热器、结构功能一体化

　　1.先进材料及特种连接技术 2.金属、非金属同种或异种先进材料的焊接研究和新产品开发，特别是有关航空新材料的研究与开发qxmhjgc.com，