[发明专利]一种以燃气轮机为动力的浮行器

说明书

本发明涉及一种可以悬浮在空中并作三维空间运动的低空运载器具，确切地说，涉及一种以燃气轮机为动力的浮行器，属于机电一体化控制的新型运载工具。

现在，随着经济和文化的发展，热气球和飞艇作为人们锻炼身体、培养勇敢顽强的体魄，和登高观光览胜别有情趣的运载工具受到日益重视。它们还可用作广告标牌，参与经济活动。但是，热气球是靠吊轮中火焰燃烧加热空气而使浮球充气上升的。飞艇则靠浮体内充放氦气而实现升降的。两者的缺陷是浮体充气既危险又麻烦，费用昂贵，而且，还需另外的水平驱动力方向可在空中定向水平移动。

本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷，以燃气轮机为动力可兼作水平与垂直驱动的新型浮行器。

本发明也是由浮体和吊轮两部分组成，其特点在于采用把其所排废气充入浮体内作为升降浮力源的燃气轮机与和它同轴的稀土永磁电机构成的受控电传动作为水平驱动的动态可控螺旋浆的动力源。

图1是本发明的硬件结构配置简图。图中1是浮体，可以采用耐高温的尼龙绸或其他纤维织物制成可折叠的软式浮球，也可以采用耐高温的铝合金制成很薄的铝箔作为蒙裹框架的包皮而制成硬壳式浮伞。前者耐高温可达300℃，后者则可达400℃以上，依工作环境和需要选择之。2是燃气轮发电机组，它是由小型航空用辅助燃气轮机A、与燃气轮机同轴安装的超轻型高速稀土永磁电机B、燃料箱C和控制装置4所组成。所用的小型航空用辅助燃气轮机A的功率重量比应＜3马力/公斤，例如GTP30或其他国产机组均可，它们的排气温度可控制在200-450℃之间选择调节，由此可得到不同的升降浮力。机组2可以安置在载入工作轮内，便于使用及维护;为了节约有效使用面积，也可将机组2用金属支架安装在浮体1与载人工作轮3之间的空间中。3是载人工作吊轮，它可根据使用环境及需要制成大小不等的系列，或以载客游览观光为主;或以载货为主，例如用于沙漠腹地和丘陵地带的石油勘探作业中的浮吊、浮运等;也可兼作客货两用。并据此设计成各种不同的规格和式样。4是控制装置，由机电一体化的32位机载计算机作控制主机，工业控制界面作为接口装置，内部插有浮行状态参数采集单元组和操作执行单元所组成。5是螺旋浆，它是动态可控制的，数量可为1个或2个。如为1个螺旋浆，应直接装在稀土电机的转子上;如为两个螺旋浆，应呈平面直交状布置安装。

本发明的工作原理是：我们知道小型航空辅助燃气轮机的功率大，重量轻，本身就是用于航空飞行的，它的排气温度可控制在200℃-450℃之间。而在空气被加热后，由于气体分子活动加剧而变得稀薄，即热空气比重减小就会产生浮力。如果浮体有足够大的容积，内中充满加热的空气就能产生相当的浮力吊起载人工作轮。我们把燃气轮机所排出的热废气充入浮体，由于浮体通常都制得非常巨大，内中可容纳上百、甚至数百立方米的热空气，能够产生比较大的浮力。而且，通过控制燃气轮机A排出的废气温度，就能控制浮体的浮力。本发明的升降驱动力就是这样通过燃气轮机这个动力源来获得的。水平位移的驱动力则是由燃气轮机进气产生的负压牵引力、浮体出口处排出的热气流的反作用力和螺旋浆转动产生的推动力所共同合成的，即也是由燃气轮机为动力源。燃气轮机转轴输出的功率是通过超轻型高速稀土永磁电机以受控电传动方式驱动一个或两个动态可控螺旋浆。而动态螺旋浆的转速、燃气轮机排气温度及速率控制等皆由机电一体化的32位机载计算机根据插在标准工业控制界面中的浮行状态参数采集单元组实时采集的各种数据进行归纳、分析后，由其存储的操作软件发出指令控制操作执行单元来完成的，驾驶人员可以很少介入。

本发明是在利用小型航空用辅助燃气轮机作动力源，将其排出的高温废气作为浮体的充气介质，同时用其驱动超轻型稀土磁电机作为浮行水平驱动力，再配以智能化的仪表控制系统而实现的。它主要可用于沙漠腹地和丘陵地带中油田勘探钻井过程中的浮吊，浮运等作业过程，也可用于旅游、体育运动或广告宣传中。其运行作业成本与飞艇中所充填的氦气（200元/米³）相比较，还是相当便宜的，而且，操作过程比较安全和简便，具有一定的应用前景。