求助：伯努力定理与一种新构想飞行动力机

yt-zhuang

[这个贴子最后由yt-zhuang在 2007/03/18 07:43pm 第 1 次编辑]

一个航空爱好者的求助
我没有学过流体力学课程，出于自己的爱好，学了流体力学中伯努利定理的一点浅薄知识，就突发奇想搞了一个与此定理有关的新型动力机原理设计——热源动力机。但是，我不敢确定热源动力机的工作原理是否正确。出现这样的情况，主要是我的流体力学知识少的可怜，不知道这样利用伯努利定理是否正确。急盼各位导师和学兄给予指导，在此表示忠心感谢！
一、为何想起设计热源动力机？
以我简单认识，将它命名为热源动力机，也不知这样命名是否合理。
出于爱好看了一些简单的航空科普文章，特别对飞机机翼产生升力的原理非常感兴趣。
飞机在平行直线匀速飞行时，一般推重比小于1。也就是说：发动机较小的推力，机翼就产生了较大的升力，以支持其重力；一个小力产生了一个大力。这与其它飞行器有很大的区别，如：假设火箭在空中静止，其发动机推力应等于火箭的重力。在普通物理中，物体直线匀速运动和静止状态，其所受各力矢量总和都为零。
换句话说，从保持飞行高度方面考虑，这显示飞机的效率较高。为何如此？看一下机翼产生升力的原理：气流流过机翼时，分成上下两股，分别沿机翼上下表面流过。因机翼上表面突起的影响，上表面气流流速快，根据伯努利定理空气对机翼上表面压力减小较多；而下表面气流流速慢，压力减小较少。因此，产生了上下压力差。这个压力差就是机翼产生的主要升力，大约占总升力的60-80%。
另外，一般直升机的旋翼，差不多是一匹马力能得到4、5公斤的升力，而飞机螺旋桨，一般是一匹马力得到一公斤的力。我想这是因为直升机的旋翼与普通飞机的机翼一样，都利用了伯努利定理的特性。
我认为值得注意的是伯努利定理，它减少的压力与速度的平方成正比。实际中机翼的升力也是与速度有直接关系，而不与发动机的推力有直接关系，是间接关系，发动机的推力负责克服空气阻力并维持（产生）前进速度。
也许我们能设计一种新的装置，它利用伯努利定理的特性，比飞机机翼有更高的效率。
二、一个新的设想热源动力机
处于以上认识，我做一个热源动力机的设计。
1、热源动力机的结构
如图所示（热源动力机结构示意图见本文最后），其结构：由原动机、传动轴、固定格栅、筒状壳体、底板、旋转体等组成，筒状壳体的上部设置有固定格栅，固定格栅的中间与原动机壳体固定在一起，筒状壳体的底部设置有光滑上表面的底板，原动机之传动轴的下端连接有旋转体，旋转体的上表面较光滑，旋转体的上部与固定格栅相对，旋转体的底部设置有阻尼格栅，阻尼格栅的底部与有光滑上表面的底板相对。
2、热源动力机的工作原理
当原动机高速转动，旋转动力通过传动轴带动旋转体转动，旋转体底部的阻尼格栅带动旋转体下部的流体一并沿筒状壳体底板上表面旋转，使旋转体下部的流体与底板上表面之间产生相对高的旋转速度，这时，旋转体下部的流体与底板产生相对运动速度，根据伯努利定理，旋转体下部的流体对底板上表面的压强随相对运动速度加快而减小；在底板下表面所受压强基本不变的情况下，底板的上表面与下表面之间产生压力差，此压力差使底板获得向上的动力。可称底板动力。
另外，旋转体旋转时，旋转体下部的流体随旋转体一起旋转。这时，旋转体与旋转体下部流体相对运动速度接近为零，旋转体下部的流体对旋转体下表面的压强基本不变；旋转体上部流体因受固定格栅的阻尼，旋转速度极小或不旋转，旋转体上部流体与旋转体产生相对旋转速度，根据伯努利定理，旋转体上部的流体对旋转体的上表面的压强随相对运动速度加快而减小；旋转体的上表面与下表面产生压力差，此压力差使旋转体获得向上的动力。可称为旋转体动力。
综上所述，底板动力与旋转体动力的方向都是向上的，其值可累加，称其为热源动力，这就是热源动力机希望产生的动力。
3、其他说明
经过最简单的估算，热源动力可以非常大，可大于几吨、几十吨。
热源动力大小与旋转体的外沿线速度大小有关，为获得较大线速度，原动机转速要很高；并且应将旋转体、筒状壳体、底板直径做大一些，如直径几米或十几米以上。
圆形的外沿速度最高，可以想象热源动力主要在圆形外边的环形区域。
热源动力机的工作环境为流体环境。如：自然的空气、水等，或经过处理的空气、水等。
三、我的疑问
1、我设想的热源动力机工作原理正确吗？是否真能产生热源动力？
2、原动机的动力是为克服机械摩擦阻力和流体阻力，并保持（或控制）旋转速度。原动机在理想的高速旋转状态时，热源动力是否能大于原动机的动力？是否能有非常高的效率？
3、流体高速旋转会产生离心力，其对热源动力机产生的影响有多大？
4、我们知道在一般状态下，既正常空气大气压下工作的蒸气机和内燃机，都是由两种压强（内能）不同的流体之间的压力差，来驱动活塞运动，从而使流体热能转化为机械能。可不可以这样理解，流体压力差对物体做功时，流体热能就转化为物体机械能。那么热源动力机产生的热源动力也是流体压力差，这此动力做功时，会不会也是将流体的热能转化为机械能？果真如此，就是一个奇怪的问题，因为这是在单一流体中取出热能转化为机械能。这应与热力学第二定律中有关论述相矛盾。
热力学第二定律开尔文的表述：其表述更直接指出了第二类永动机的不可能性。所谓第二类永动机，是指某些人提出的例如制造一种从海水吸取热量，利用这些热量做功的机器。这种想法，并不违背能量守恒定律，因为它消耗海水的内能。大海是如此广阔，整个海水的温度只要降低一点点，释放出的热量就是天文数字，对于人类来说，海水是取之不尽、用之不竭的能量源泉，因此这类设想中的机器被称为第二类永动机。而从海水吸收热量做功，就是从单一热源吸取热量使之完全变成有用功并且不产生其他影响，开尔文的说法指出了这是不可能实现的，也就是第二类永动机是不可能实现的。
四、现状让我太烦心
关于热源动力机设想，直到现在我还是无法确认其工作原理是否正确，自己根本没有能力独立完成相关实验。我对流体力学和机械设计都是一知半解，流体力学的书看不太懂。
我不能与没学过流体力学的人讲，因为他们不会给我什么帮助，甚至会以为我走火入魔。我也找过一些学过流体力学的朋友，但支持这个设想的人很少。在济南我也很难找到专业的流体力学老师。所以热切希望各位老师、朋友能帮帮我，也希望更多的人了解这个设想，恳请名位朋友为我多介绍一些有关专家，也希望大家帮忙在有关网络论坛大量转帖。
如果此设计能成功实现，您对我的帮助不敢忘记，我愿重谢您。
由于自己的一时冲动将热源动力机的设想申请了专利，其专利申请号：ZL200610043909.0
专利申请的工作正在进行，不怕各位笑话，这种状态真让我寝食难安，也无法释怀。全是因自己的才疏学浅、能力有限无法解决问题，急盼各位老师帮助！！！
我的联系方式
地址：济南市二环东路2668号 邮编：250100 收件人：庄
QQ：56040907
E-Mail：yt_zhuang@163.com
一个为新设想不断苦恼的人
附图说明：图1为热源动力机的结构示意图；图2为热源动力机的A-A向固定格栅的结构示意图；图3为热源动力机的B-B向阻尼格栅的结构示意图。
图标记说明：1、流体环境；2、流体；3、浮体；4、浮体连接件；5、传动轴；6、原动机；7、旋转体；8、底板；9、阻尼格栅；10、筒状壳体；11、固定格栅。
图见本论坛-流体力学基础-中的同名帖子