我所研究的磁悬浮环形飞行器

长期以来，关于不明飞行物(UFO)的报道已经是屡见不鲜了。据报道，目击者看到最多的是形如碟状的飞行物——俗称飞碟，因此有人干脆把UFO称为飞碟。另外，在我们的日常生活中，类似碟形的物体也不乏其例，如古老的竹蜻蜓，水中的章鱼，玩具飞盘，田径体育项目铁饼等等。正因为UFO和生活中碟形物的启发，使我萌发了研究磁悬浮环形飞行器的想法，而且一发不可收拾，现在我已将这一成果申请国家专利，同时也想同《航空知识》这一深受读者喜爱的“老朋友”，说说我的想法，与大家分享，向各位求教。

环形飞行器的雏形

一个碟形物体，如果要想让它能飞起来，就必须加装扇叶，并让它旋转起来，以产生将飞行器支撑在空中的作用力。由于扇叶旋转，也会带动碟形物体一块旋转，要想使它不跟着一起转，就必须提供一个与之相反的作用力。于是我想到了把碟形物体中央掏空，形成一个环状物，再在环内加装一套反向旋转的扇叶，使外环扇叶与内环扇叶的旋转作用相互抵消，以保持环形体的稳定。只要内外环扇叶对转时，所产生的升力大于等于环形体的重量，它就可以飞起来。如此一来，一个环形飞行器的雏形就出现了。

在这个基础上，再加上扇罩、扇环、起落架、飞行姿态调整器、内部的重心调整系统等装置和设备。一种功能齐全的环形飞行器就完成了，其三面图和1/4剖视图见图一和图二。

动力输出的话题

一种飞行器必须要配有独立的动力系统，动力如何输出?是一个很重要的问题。在环形飞行器上使用传统的内燃机动力系统也不是不可以，但机械设计比较复杂，尤其是外环上的扇叶是主推力的动力扇，需要很高的转速。如果直接在飞行器的圆心上做动力轴，又会影响中央风道的通畅；如果不以圆心为动力轴，那么就需要采取其它的非常手段，以获得所需要的高转速。因此，采用什么样的动力输出方式确实需要认真考虑。

比较起来，相对简便、较为理想的方式就是应用电动力，使内、外扇环系统各自独立；运用磁悬浮技术，用磁力将它们悬浮起来，再应用直流电动机，推动磁悬浮的内、外环扇叶旋转，当达到足够的升力后，飞行器就可飞起来。

这样做的好处是动力输出无机械传导，自然也就无机械阻力和磨损，输出的功率大、操控简便、响应也快。除此之外，飞行器的舱体也可以得到良好的封闭，这样飞行器不仅可以在空中飞行，也可以在水中使用。

另外，将飞行器的舱体设计为一个环形结构，恰恰为应用磁悬浮技术提供了一个最佳的结构形式。在封闭的磁悬浮轨道上，舱体和扇环的磁悬浮斥力被相互抵消了，正好印证了“最合理的也是最简单的”这句话。

环形飞行器的“五脏六腑”

新式的飞行器虽属于“另类”，但它的内部系统结构和现有的飞行器不会有大的区别，不外乎有以下的几大系统：指挥控制系统，动力燃料系统，飞行、起降系统和人员保障系统。

指挥控制系统包括飞行、起降操控系统、雷达导航系统、电子通讯系统和设备自动控制系统。

动力燃料系统包括热力系统、动力发电系统及相应的冷却系统。

飞行、起降系统包括重心调整系统、飞行姿态调整器和起落架等。

人员保障系统是保障驾驶人员和其他乘员工作、安全和舒适的需要，其中包括紧急救生设备等。如果继续研究下去，第一架磁悬浮环形飞行器可能是无人驾驶的，这样就有可能使飞行器变得更为紧凑和易行。

非同凡响的动力

动力是飞行器的“心脏”，配一个什么样的“心脏”给环形飞行器呢?其实，在动力的传输方式决定以后，就已经基本确定了该飞行器的动力特性。如果使用传统的内燃机动力发电再输出电力，似乎不太合理，等于比同样的飞行器多了一套装备，不如直接使用内燃机输出动力，且不是更为简便。环形飞行器为自己的动力装置提出的要求是：体积小、功率大、自重轻，此外还需要能重比大的高效燃料。也就是说，动力装置使用的燃料，所能产生的能量与自重之比越大越好。这样，飞行器的重量才能降到最低，有效荷载才能提高。

于是，我们的目光自然地落到了小型核动力装置上面。由核能提供热力，采用封闭的磁流体发电系统发电。将热能转变为电能，用电力再驱动内外环扇叶旋转，为飞行器提供高效动力。采用核能的另一个好处是，动力的取得不需要空气的助燃，这样的飞行器就可以在水中使用。理论上讲，如果有核能提供动力，一架小小的环形飞行器在天空中飞行几年是没有问题。

当然也可以使用其它方式获取电能，比如燃料电池等，但从目前的世界科技水平来看，磁流体发电可能是一条比较接近的途径。磁流体发电的热效率虽然低，但是核燃料储能较大，因此能耗可能并不是问题。主要是存在安全和环保问题，以及核动力系统的超小型化问题。

特立独行的飞行方式

一般说来，飞行器的外形非常重要，以提供足够的空气动力将其支撑在空中，而磁悬浮环形飞行器的外形是一个圆盘体，主要靠动力装置驱动扇叶产生垂直升力推力。那么，对于它来说，只要控制好重心，就可以轻松地起降和飞行了。

在起降飞行的时候，外环扇叶和内环扇叶提供的作用力(升力推力)都是向上的，而内、外环水平作用力和力矩，由转向相反而相互抵消。因此，只要内外环扇叶的升力推力大于飞行器重量，飞行器便可起飞上升，反之下降。

在水平飞行的时候，则需要调整飞行器内部的重心，使重心保持偏向一侧，使飞行器和水平平面保持一个夹角，使升力推力倾斜，其水平分力推动飞行器前进。这种飞行状态和原理与直升机是相同的。

与直升飞机所不同的是磁悬浮环形飞行器可以利用它外形特点滑行。在铁饼项目的比赛中，一个好的铁饼运动员，可以使铁饼在空中保持一个很好的飞行姿态，最后是铁饼的底面着地，这样投出的铁饼可以滑行很远。环形飞行器也可以升高后下滑，再升高再下滑，采取类似于波浪形的前进方式，这是直升机和其它飞行器都难以做到的。

需要解决的技术难题

首先是动力。该飞行器需要一个超大功率的、超小型化的、安全环保的动力系统。主要是两个方面：一是超小型化的核反应堆，提供热力；二是封闭式的磁流体发电系统。

利用超大功率的核能发电，势必产生大量的热，如何散热就是一个大问题。环形飞行器的表面积有限，空气又是一种密度小、散热效率不高的介质。散热不好，就会直接影响发电的效率；发电不足，又会反过来要求提供更多的热来发电。因此，磁流体发电的冷却问题是一件非常棘手的事。目前，燃料电池技术虽然有很大进展，但无论是电池的反应速度和密度都还差得比较远。

其次是材料。可以有多种选择，如高磁材料、超导材料等。高磁材料可以有效地降低飞行器总的负荷，也有利于获得较大的推力。据报道：日本已开发出了新型磁铁，具有17特斯拉的磁场，磁力是目前市场上普通磁铁的400倍。超导材料可以大幅度增强线圈的磁力，加大功率，降低发热，减小自重。此外，还有舱体的外部材料要求强度高、散热好、重量轻、耐腐蚀。再说，核能的利用是以高温材料的应用为前提的。

现代的雷达技术、通讯技术、自动控制技术都已比较成熟，似乎还有些超前，应用在环形飞行器上应该是游刃有余。

广阔的应用前景

说到磁悬浮环形飞行器的应用前景，这首先要从飞行器所具备的优点说起，它具备的优点主要有如下几个方面：可垂直起降，起飞和降落场地几乎无限制；转向自如、移动灵活、空中还可以悬停静止，飞行时噪音小；舱体可完全密封，动力取得方式不需要空气助燃，因此可以直接进入水下，实现水、空两栖；因扇叶面积大，旋转速度高，可以获得较大的推力，因此与其它航空器相比飞行高度要大得多，可以升入空气稀薄的高空；如加装火箭发动机可直接进入地球低轨道运行； 可以大环套小环，母环套子环，安全逃逸或执行子任务； 结构简单， 操纵容易，舱体和扇环之间，不需要润滑系统， 维修方便等。

具备了这些优点，我们就不难发现它的适用范围其实很广，如航空探测、紧急救援、水下作业、空中运输等等；和卫星相比它可以超低空作业，和直升飞机相比它可以超高空作业，和潜艇相比它可以升空，和飞机相比它可以下潜，来去无声；如加装火箭发动机还可以直接进入地球外层空间的低轨道。因此，在军事、气象、通讯、救援等方面都应该能找到施展它的才能的位置。

进一步大胆设想，人类在外层空间的宇宙探测和旅行，一直是一个人类的梦。我们知道，宇宙中许多星球的都有大气层，但大多数的大气层中没有氧气，也没有氢气，人类要实施往返登陆，只能是垂直起降，如果采用火箭方法，就需要携带非常多的燃料，而且每次登陆都是一次性的。如果使用这种新式飞行器实施登陆就简便得多。它可以任意移动，甚至还可以穿越水下(如果有水)，也不需要携带那么多的燃料。另外，别忘了，它还可以直接返回地球的大气层。当然，这些都是一些畅想，要实现需要我们不断努力，我在这里只能起一个抛砖引玉的作用。

责任编辑：思 空 ■

推荐访问:飞行器 环形 我所 研究