一種新飛行器的設想

摘 要:本文介紹一種通過改變飛行器表面流速從而使其產生浮力的新型飛行器結構。眾所周知，向兩張紙中間吹氣會促使紙張相互靠攏，而不是分開。根據伯努利定理，物體表面的空氣流速會影響空氣對其的壓力。新飛行器通過緊貼飛行器上表面的螺旋漿快速旋轉來加速飛行器上表面空氣流速，從而使其產生浮力。支持新飛行器飛行所需的動力很有可能會比直升飛機的小很多。如果新飛行器的設想是可行的話，它將會給我們的生活帶來很多的便利。

關鍵詞:新飛行器空氣動力學

中圖分類號:TN97文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(c)-0012-01

船浮在水面上不需要消耗能量，而直升飛機停在空中卻是需要消耗能量。能不能制作一種飛行器，消耗比較少的能量就能夠讓它浮在空中呢？也就是像船借助水的浮力一樣借助空氣的浮力。熱氣球與氫氣球飛行器就是這樣的一種實例。然而由于氣球類的飛行器本身體積很大，且載重能力有限，所以沒能得到廣泛應用。本文提出一種新的飛行器的設計，該飛行器的原理類似借助空氣的浮力的氫氣球，使得它可以使用比較少的能量就使飛行器浮在空中。如果這一設計是可行的，并得以實現的話，以后這種飛行器將會代替汽車。

新飛行器的設計方案如圖1所示，整個飛行器由螺旋器、碟盤和擋風板組成。螺旋漿的一邊為三角槽形狀的。螺旋器順時針方向旋轉。根據伯奴利定理得知，流體流速大的地方壓力會減小[1]。如果螺旋漿比較密集而且很貼近錐形碟盤，當螺旋漿的速度足夠快時，碟盤表面的空氣會快速流向邊沿而使得碟盤表面的氣壓減少。而碟盤上下表面的氣壓差將會使得碟盤產生向上的浮力。除了浮力外，推上碟盤周圍的空氣還會在擋風板的作用下而產生向上的推力。新形飛行器將靠這浮力和推力浮在空中。

如果上面的螺旋漿的轉速能夠使得一平方的盤面的氣壓減少1/4。那么產生的浮力是:1.013×105N/m2/9.8N/kg的浮力/4kg，約為2584kg。這個浮力足可以讓一部小汽車浮在空中。而這種飛行器所需的動力只需要讓螺旋漿快速運轉。如果維持這個螺旋漿運轉所需的動力比直升飛機的動力小很多，例如:使用汽車的發動機就足夠的話，那么這種飛行代替汽車成為未來的交通工具將不在是夢想。而且這個設想并不是異想天開，因為新飛行器的螺旋槳可以做得小一些，這樣接觸空氣的橫截面就會變小，從而使得空氣阻力變小，所需的動力也會隨之變小。

新飛行器利用了空氣動力學的原理，當碟盤上表面空氣快速流動時，上表面的空氣壓力會減小，然后利用上下表面的壓力差使其浮在空中。支持這種飛行器浮在空中所需的動力等于克服螺旋槳阻力所需的動力。螺旋槳阻力的大小與螺旋槳的大小以及轉速有關。可以把螺旋槳做小一點，密集一些來減少空氣的阻力。與直升飛行不同的地方在于新飛行器的浮空利用的是飛行器上下表面壓力差所產生的浮力，而直升飛行利用的是螺旋槳的上下表面的壓力差產生的浮力。新飛行器螺旋槳的作用并不像直升飛機那樣為飛行器直接提供升力，而是用于使碟盤上表面的空氣快速流動。

昆蟲的振翅飛行時會在其翅的上表面產生氣體螺渦，導致翅面的上方產生一個低壓區，從而使其獲得升力[2]。新飛行器的原理與昆蟲的飛行原理類似，當螺旋槳快速轉動時，會把空氣推向碟盤的邊沿，從而使得碟盤的上表面產生快速流動的氣體旋渦，流動的旋渦會使得碟盤表面的氣壓減少，上下表面的氣壓力會使其產生浮力。

利用碟盤上下表面的氣壓差產生的浮力用于支持飛行器浮在空中擁有十分大的可行性。1654年時，德國的奧托·馮·格里克做的馬德堡半球實驗，用直徑14英寸的半球抽成真空后，使用16匹大馬都沒能拉開[3]。從這個實驗可以看到，當新飛行器上表面的氣壓減少得足夠可觀時，上下表面氣壓差產生的浮力是完全可以使得飛行器浮在空中的。用更小的動力就使飛行器浮在空中是符合能量守恒定律的，因為當飛行器停在空中時，其勢能與動能都是不變的。就像氫氣飛艇浮在空中不需要額外的能量類似，新飛行器只需要比較少的能量維持其上下表面的氣壓差使其浮在空中也是可行的。

如果新型飛行器的設計是可行的，那么偏遠的山區將不會因交通不便而貧窮，人們將可以將選擇離上班很遠的地方居住。當然，該模型還待進一步的完善與驗證，希望有條件、有興趣的人能把新飛行器做成實物，使它能真正的飛起來，謝謝！

參考文獻

[1]錢翼稷.空氣動力學[M].北京:北京航天航空大學出版社.2004:46-80.

[2]程暮林.昆蟲振翅飛行原理的數值模擬研究.百度文庫. http://wenku.baidu.com/view/b41dfad8ce2f0066f5332225.html

[3]馬德堡半球實驗.百度百科.http://baike.baidu.com/view/25406.htm.