CN112829951A - 零排放航空飞机航行工艺方法及其动力装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种零排放航空飞机航行工艺方法及其动力装置。其技术特征在于，采用变频电动绞车在机场跑道上用缆绳加速拉动飞机起飞，让其在产生出尽量高的离地航速的基础上，再让机载动力装置采用机载与机产液态空气从机产压缩空气中吸热汽化形成高压空气向机后喷出，取代现有飞机采用涡轮发动机烧油喷气产生出反冲力驱动飞机实现空中克服阻力飞行；由此实现航空飞机的零污染、零排放、高效率、低成本航行。

Description

零排放航空飞机航行工艺方法及其动力装置

技术领域

本发明涉及航空飞机航行工艺方法及其动力装置，特别涉及一种显著提高航空工程机械效率与有效荷载、大幅度降低工程成本的零排放航空飞机航行工艺方法及其动力装置。

背景技术

目前航空飞机的航行工艺方法及其动力装置，遵照F·T＝m·V的动量原理、通过采用涡轮发动机燃油驱动、向机后喷出燃气产生反冲力推动飞机在机场跑道上克服轮胎与地面之间的摩擦力以及空气阻力的行进中升空飞行；在其航行过程中，尤其在其起飞与加速阶段消耗航空燃料数量巨大，同时还让这些航空燃料成为了飞机航行中的无效荷载；现有飞机所载涡轮发动机产生的废气全部排向天空，成为了天空中最为主要的工业污染源；由此造成现有航空工业成本高昂，污染严重。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的零排放航空飞机航行工艺方法及其动力装置，利用该方法与装置显著提高航空工程机械效率，大幅度降低航空工程的航行成本，多倍提高航空飞机的有效荷载，在其短航程、中航程、远航程的各类航行工况中完全采用清洁能源驱动，实现零排放，从根本上消除飞机尾气对自然环境产生的污染。

本发明的技术方案如下：

一种零排放的航空飞机航行工艺方法，其方法依据“决定物体运动速度的物理条件是机械功、是动能，而非动量”的物理原理，直接利用由力与力的作用距离形成的机械功拉动飞机升空起飞，高效率地最大限度提高飞机的离地航速，在此基础上，再让飞机机载动力装置将机载与机产液态空气从机产压缩空气中吸热汽化、成为高压空气向机后喷出、产生反冲推力推动飞机在空中克服阻力飞行。

其方法是将现有航空飞机利用机载涡轮发动机燃油向外喷气驱动飞机在机场跑道上克服机载轮胎与地面摩擦力高速行进、让飞机机翼产生升力实现起飞的方法；改进为在机场跑道上设置钢轨、在钢轨上安放平板车、将飞机安放在平板车上，由在机场地面以下设置的变频电动绞车、使用缆绳加速拉动平板车与飞机在钢轨上高速行进，待飞机在平板车上达到设定的最大速度后，调整飞机机翼升力达到最大值，同时打开设置在飞机与平板车之间的弹射器以及扣压装置，让飞机产生出尽量高的离地飞行速度。

同时在不影响飞机驾驶员视野的情况下，在飞机机体前端设置一具金属罩壳，让其阻挡住飞机前端高热热障空气，并在其金属罩壳背部设置热力蒸发金属管网；采用气动工质泵将飞机机仓内存储的液态空气施加高压、泵入金属罩壳背部的热力蒸发金属管网，让热力蒸发金属管网内的液态空气通过金属罩壳从飞机前端的热障空气中吸收热量、汽化成为高压空气，最后从设置在金属罩壳边缘的高压空气喷管朝机后方向喷出、形成飞机行进推力；在其降落过程中，让其高压空气喷管朝飞机行进方向喷气、由此形成让飞机减速与停机的阻力。

在飞机进行短航程飞行的工况中，飞机不再携带燃料、不再设置涡轮发动机，在从变频电动绞车的缆绳拉动与弹射器弹射过程中、最大限度地产生出最大离地航速之后，穿越天空空气稠密层后滑翔飞行；在空中需要加速行进时，利用飞机携带的液态空气经过热力蒸发金属管网从飞机机体前端的热障空气中吸热汽化形成高压空气，最后从设置在飞机前端的金属罩壳边缘的高压空气喷管向机后喷气、推动飞机在空中克服阻力航行。

在飞机进行中航程飞行的工况中，同样不携带燃油，不设置涡轮发动机；为了在飞机所携带的设定数量的液态空气前提下、多倍扩大其飞行航程，在设置上述短航程动力装置的基础上，在现有飞机设置涡轮发动机的机翼下部位置设置涡轮空压机和高压空气喷管，同时在机翼内部设置相向对流换热器、气动工质泵；涡轮空压机从飞机前进方向大量吸入自然空气，经涡轮叶片施压后成为压缩空气，压缩空气经金属管输入相向对流换热器；相向对流换热器由高压内管与中压外管复合组成，压缩空气输入相向对流换热器中热端的中压外管，气动工质泵将机仓内存储的液态空气施加高压、泵入相向对流换热管冷端的高压内管，中压外管中的压缩空气与高压内管中的液态空气进行相向对流换热；压缩空气在相向对流换热器冷端外管内被冷凝液化成低温液态空气，由此源源不断地在空中生产出液态空气；其液态空气经气动工质泵施加高压后，被泵入相向对流换热器中的冷端高压内管，再与相向对流换热器中的中压外管中的压缩空气进行换热，最后成为高压空气；将上述高压空气少量输入涡轮空压机后部的透平膨胀机作功，让其成为驱动涡轮空压机持续运转的动力，其清洁尾气排向自然空间；其余部分的高压空气从设置在机翼下方的高压空气喷管向飞机机后方向喷出，成为驱动飞机在空中克服阻力飞行的行进动力；由压缩空气经相向对流换热器冷凝液化所形成的液态空气，从中分开一部分施加高压后注入机体前端金属罩盖中的热力蒸发金属管网，让其吸热汽化后，从设置在金属罩壳边缘的高压空气喷管向机后喷出；从而，让机载液态空气仅仅为上述相向对流换热器冷端维持设定低温提供其换热温差所需冷量补充。

在飞机进行远航程飞行的工况中，同样不携带燃油、不设置涡轮发动机，在设置上述中航程动力装置的基础上，另外在机翼内部增加设置蓄电池、电热器、节流阀、低温高压空气节流室，在机翼下方增加设置发电机；飞机起飞前，利用地面电源向蓄电池供电；在飞机空中滑翔阶段，启动与上述涡轮空压机同轴运转的发电机发电、并补充蓄电池的电力，间或利用低温高压空气节流室在飞机空中滑翔阶段生产与储存液态空气；在飞机需要空中强劲加速时，加大相向对流换热器冷端高压内管中的液态空气输入量，将相向对流换热器热端高压管流出的高压空气经金属管引入电热器内加热，由蓄电池向电热器供电，让高压空气在电热器内实现等压增容扩膨、吸热成为高温高压空气，最后让其从设置在机翼下方的高压空气喷管向飞机机后方向喷出，强力驱动飞机空中加速航行。

所述在机场跑道上设置钢轨，在钢轨上安放平板车，是指可以是平板车下面的钢制车轮在钢轨上滚动行进，也可以是在平板车与钢轨之间设置磁悬浮装置，让平板车在钢轨上悬浮的工况条件下，实现无摩擦力行进。

一种零排放航空飞机动力装置，它包括航空飞机机体、飞机场，飞机场升降跑道，还包括变频电动绞车，缆绳，钢轨，平板车，机体与平板车扣压装置，弹射器，机体前端金属罩壳，热力蒸发金属管网，涡轮空压机，液态空气储仓，相向对流换热器，低温高压空气节流室，节流阀，气动工质泵，高压空气喷管，发电机，蓄电池，电热器以及若干金属连接管。

变频电动绞车设置在机场跑道终端的地下室，平板车上设置有弹射器，机场起飞跑道上设置有钢轨，钢轨与机场跑道地面实行紧固安装，平板车安放在钢轨上，平板车与变频电动绞车之间由缆绳连系，航空飞机安放在平板车上，平板车与飞机机体之间设置电动扣压装置，平板车后端设置弹射器，弹射器抵靠飞机机体后端。

航空飞机机体前端设置抵挡热胀空气的金属罩壳，金属罩壳背部设置热力蒸发金属管网，金属罩壳边缘的左、右位置对称设置高压空气喷管；热力蒸发金属管网中的冷端进液管口经由金属管与设置在机仓中的气动工质泵连接，其热端出气管口与高压空气喷管连接。

飞机机体内仓设置有液态空气储仓，同时设置有气动工质泵；在短航程工况中，液态空气储仓、气动工质泵经过金属管与热力蒸发金属管网连接；在中航程工况中，还与相向对流换热器经过金属管连接；在远航程工况中，液态空气储仓同时经过金属管还与低温高压空气节流室连接。

中航程航空飞机动力装置在设置上述机载动力装置的基础上，另外增设以下部件：在现今飞机机翼下部设置涡轮发动机的位置左右对称设置涡轮空压机，涡轮空压机前部为空压机，后部为透平膨胀机，空压机内压缩空气气室经金属管与相向对流换热器热端外管连接，透平膨胀机高压空气气室经金属管与相向对流换热器热端高压内管连接；还在机翼内部设置相向对流换热器、气动工质泵，气动工质泵经金属管分别与相向对流换热器冷端的高压内管与中压外管连接；相向对流换热器由复合管构成，内管为高压管，外管为中压管；同时还在机翼底部设置高压空气喷管，高压空气喷管经过金属管与相向对流换热器的热端高压内管连接。

远航程航空飞机动力装置，在设置上述中航程飞机动力装置基础上，另外增设以下部件：在机翼下部设置发电机，发电机与涡轮空压机同轴运转、由透平膨胀机驱动；在机翼内部另外设置蓄电池，电热器，低温高压空气节流室；低温高压空气节流室上方设置节流阀，节流阀经金属管与相向对流换热器中部的高压内管连接，低温高压空气节流室下方经金属管与机仓内的液态空气储仓连接。

在本发明中，所述弹射器，是指可以是强力弹簧弹射器，也可以是电磁弹射器，还可以是压缩空气弹射器。

在本发明中，所述涡轮空压机，是指由涡轮叶片构成的空气压缩机与透平膨胀机同轴装配组成，其前部的空压机负责将常温常压空气压缩成设定压力的中、低压空气；其后部的透平膨胀机在高压空气透平驱动下为前端空压机以及同轴运转的发电机提供机械动力；前端部分的空压机产生的压缩空气经金属管道输入设置在机翼内的相向对流换热器热端外管；其后端透平膨胀机所需的高压空气由相向对流换热器中的热端高压管提供，其清洁尾气排向自然空间。

在本发明中，所述平板车安放在钢轨上，是指可以是通过平板车的钢制车轮支承、安放在钢轨上，也可以是指平板车由设置在平板车与钢轨之间的磁悬浮装置悬浮在钢轨上。

在本发明中，所述气动工质泵，是指由在前端热力蒸发金属管网以及相向对流换热器中的高压管内所产生的高压空气作为驱动动力的工质泵。

附图说明

下面结合附图对本发明做详细描述。

图1是零排放航空飞机升空起飞装置结构示意图。

图2是短航程零排放航空飞机动力装置结构示意图。

图3是中航程零排放航空飞机动力装置增设部件结构示意图。

图4是远航程零排放航空飞机动力装置增设部件结构示意图。

具体实施方式

参看附图1，2，3，4，本发明的零排放航空飞机航行工艺方法及其装置依据“决定物体运动速度的物理条件是机械功、是动能，而非动量”的物理原理，直接利用由力与力的作用距离形成的机械功拉动飞机升空起飞，在最大限度地提高航空飞机的离地航速的基础上，再利用其机载动力装置将机载与机产液态空气从机产压缩空气中吸热汽化、成为高压空气向机后喷出、产生反冲冲力推动飞机在空中克服阻力飞行，由此实现航空飞机的高效率、零排放航行。

本发明所述的零排放航空飞机航行工艺方法的特点是：依据“决定物体运动速度的物理条件是机械功、是动能，而非动量”的物理原理，直接利用由力与力的作用距离形成的机械功拉动飞机升空起飞，在最大限度提高飞机的离地航速的基础上，再利用其机载动力装置将机载与机产液态空气从机产压缩空气中吸热汽化、成为高压空气向机后喷出、产生反冲推力推动飞机在空中克服阻力飞行；其方法是采用在机场跑道地面设置钢轨，将平板车安放在钢轨上，将飞机安放在平板车上，使用变频电动绞车用缆绳加速拉动安放在平板车上的飞机机体高速行进；在飞机机体与平板车之间设置电动开启扣压装置、确保飞机在离地起飞前获得设定的最大离地航速；适时调节飞机机翼的升力装置，在飞机被拉动行进之前、将其升力调节到最小，在飞机升空起飞前瞬间、将飞机机翼升力调节到最大，停止变频电动绞车运转，同时开启在飞机机体与平板车之间设置的电动扣压装置，启动设置在平板上后端的弹射器，将其弹射器储存的弹力势能在平板车与飞机机体之间瞬间释放，让其弹射力在阻止平板车继续高速行进的同时、高效率推动飞机机体离地飞行；在不影响飞机驾驶员视野的情况下，在飞机机体前端设置阻挡热障空气的金属罩壳，利用金属罩壳上由热障空气产生的热量汽化热力蒸发金属管网中的液态空气、使之成为高压空气，让其从高压空气喷管向机后方向喷出、推动飞机在空中克服阻力飞行，同时有效减小飞机在高速行进中的空气阻力，由此形成短航程工况下的动力装置。在中航程飞机的动力装置中，在保有上述短航程动力装置的基础上，另外设置涡轮空压机、相向对流换热器、气动工质泵、高压空气喷管，让其大量生产压缩空气，让高热压缩空气与液态空气在相向对流换热器中实现冷凝液化，由此实现源源不断地在空中生产出液态空气；再经气动工质泵施加高压、将上述液态空气重新泵入相向对流换热器中的冷端高压管、让其再与其中压外管中的压缩空气换热、由此形成源源不断的高压空气，最后经设置在机翼下方的高压空气喷管向机后喷出、驱动飞机在空中克服阻力飞行，由此形成中航程飞机动力装置。在远航程飞机的动力装置中，在保有上述中航程飞机动力装置基础上，另外设置发电机、蓄电池、电热器，利用飞机起飞前在地面向蓄电池供电以及在空中滑翔阶段启动与涡轮空压机同轴运转的发电机发电、给蓄电池补充电力；同时另外设置低温高压空气节流室，在飞机空中滑翔阶段，间或将相向对流换热器高压内管中的低温高压空气输入低温高压空气节流室，让其在大压差节流过程中自动冷凝液化、再输入液态空气储仓储存备用；在飞机需要空中强劲加速时，加大相向对流换热器冷端高压内管中的液态空气输入量，将相向对流换热器热端高压管流出的高压空气经金属管引入电热器内加热，由蓄电池向电热器供电，让高压空气在电热器内实现等压增容扩膨、吸热成为高温高压空气，最后经由高压空气喷管向机后喷出，成为远航程飞机实行空中加速的强劲驱动动力；由于在飞机滑翔期间，利用机载低温高压空气节流室生产出可以储存备用的液态空气，其空中飞行航程因此可以成为无限航程。

在上述各种工况中，飞机在机场跑道上降落过程中，可以将上述高压空气喷管改为向飞机前进方向喷气，由此产生减速阻力。在飞机需要在空中转向航行时，调节设置在前端金属罩壳边缘左、右方向的高压空气喷管的喷气量、让其喷气量一边大、另一边小，由此实现飞机转向航行。

本发明所述的零排放航空飞机动力装置利用上述方法加以实施。

如图1所示，一种零排放航空飞机升空起飞装置包括：变频电动绞车1，缆绳2，钢轨3，机场跑道4，平板车5，弹射器6，飞机机体7，飞机机翼升力调节器8，设置在飞机机体与平板车之间的电动开启扣压装置9。

如图2所示，一种短航程零排放航空飞机动力装置包括：飞机机体7，机体前端抵挡热障空气金属罩壳12，热力蒸发金属管网13，液态空气储仓14，气动工质泵15，高压空气喷管16，金属连接管10。

如图2、图3所示，一种中航程零排放航空飞机动力装置包括：涡轮空压机17，相向对流换热器18，高压空气喷管16，气动工质泵15；同时包括图2所示的飞机机体7，机体前端抵挡热障空气金属罩壳12，热力蒸发金属管网13，液态空气储仓14，气动工质泵15，高压空气喷管16，金属连接管10。

如图2、图4所示，一种远航程零排放航空飞机动力装置包括：气动工质泵15，高压空气喷管16，涡轮空压机17，相向对流换热器18，蓄电池19，发电机20，电热器21，低温高压空气节流室22，节流阀23；同时包括图2所示的飞机机体7，机体前端抵挡热障空气金属罩壳12，热力蒸发金属管网13，液态空气储仓14，气动工质泵15，高压空气喷管16，金属连接管10。

参看附图1，本发明所述一种零排放航空飞机升空装置的使用操作程序如下：

1.如图所示，将飞机机体7放置在平板车5上方，同时将在平板车5后端设置的弹射器6进行蓄能，在平板车5与飞行机体7之间设置电动开启的扣压装置9。

2.将飞机机翼上的升力调节装置8调整到升力最小位置。

3.将平板车5推动到机场起飞跑道4上的钢轨3的始点位置，同时用缆绳2将变频电动绞车1与平板车5系连。

4.启动变频电动绞车1，使用缆绳2加速拉动平板车5，让平板车5与飞机机体7加速在钢轨3上行进。

5.当平板车5与飞机机体7的行进速度达到设定值后，停止变频电动绞车的电力驱动。

6.调整飞机机翼升力调节器8，将其机翼升力调整到最高值；开启设置在平板车5与飞机机体7之间的电动扣压装置9；启动平板车5后端的弹射器6，弹射器6反向推动平板车5迅速减速，同时正向推动飞机机体7获得巨大推进动能；飞机在机翼升力的作用下，飞离平板车5，以设定离地航速飞向天空。

参看附图2，本发明所述一种短航程零排放航空飞机动力装置的使用操作程序如下：

1.在飞机机体7由变频电动绞车1上的缆绳2拉动之前，启动气动工质泵15，将液态空气储仓14中的液态空气施加高压、泵入机体前端抵挡热障空气金属罩壳12后的热力蒸发金属管网13，让其液态空气从常温环境中吸热汽化成高压空气。

2.在飞机机体7随平板车5由变频电动绞车1上的缆绳2加速拉动进程中，飞机机体前端的空气受到快速挤压，其温度迅速升高、形成空气热障；其热量由设置在金属罩壳12后背的热力蒸发金属管网13吸收，管内低温高压空气迅速吸热汽化成为高热高压空气。

3.飞机机体7离地升空之后，打开设置在机体前端金属罩壳12边缘的高压空气喷管16，让其向机后喷气，其反冲力在飞机机体已经具有最大限度的离地航速基础上高效推动飞机机体航行。

4.在飞机机体7高速航行的过程中，断续性地开启高压空气喷管16，利用其高效产生的推进动能克服飞行阻力，确保飞机持续飞行。

5.在飞机需要紧急减速飞行、尤其在飞机在跑道上降落滑行过程中，将高压空气喷管16调整为向飞机行进方向喷气，利用其反冲力迫使飞机迅速减速与停机。

6.在飞机航行过程中需要转向航行时，通过调节设置在飞机前端的金属罩壳边缘左右方向的高压空气喷管16的喷气量，让其喷气量一边大、另一边小，由此实现飞机转向航行。

参看附图2与附图3，本发明所述一种中航程零排放航空飞机动力装置是由图2所示短航程零排放航空飞机动力装置与图3所示中航程航空飞机动力装置增设部件两者综合构成，其使用操作程序如下：

1.如附图2所示，在飞机机体7在机场跑道4上铺设的钢轨3上由变频电动绞车1上的缆绳2拉动之前，启动气动工质泵15将液态空气储仓14内的液态空气施加高压，将其泵入设置在飞机机体前端抵挡热障空气的金属罩壳12背后的热力蒸发金属管网13，同时泵入设置在飞机左右机翼内部的相向对流换热器18冷端的高压内管，让其从常温环境中吸热汽化成常温高压空气。

2.如图3所示，飞机机体7离地起飞之后，将图3所示的相向对流换热器18热端高压管内的高压空气输入设置在机翼下方的涡轮空压机17后部的透平膨胀机，驱动透平膨胀机运转、同轴驱动空压机高速转动，让自然空间的空气源源不断地从飞机前方进入涡轮空压机17，被其压缩成为高热压缩空气。

3.如图3所示，将涡轮空压机17产生的高热压缩空气经过金属管输入设置在飞机机翼内的相向对流换热器18中的中压外管，高热压缩空气与内管中的低温高压液态空气相向对流换热，最后在其冷端外管降温冷凝液化。

4.如图3所示，启动设置在机翼内的气动工质泵15，将相向对流换热器18中的冷端中压外管内的中压液态空气施加高压，让其重新进入相向对流换热器18中的冷端的高压内管，再与由其热端中压外管进入的高热压缩空气进行相向对流换热，重新汽化成为高压空气。

5.如图3所示，将相向对流换热器18热端高压内管产生的高压空气少量输入涡轮空压机17中的后部透平膨胀机、同轴驱动涡轮空压机17持续工作，其清洁尾气向机后排出。

6.如图3所示，开启设置在飞机左右机翼下方的高压空气喷管16，让在相向对流换热器18热端高压管内的高压空气经高压空气喷管16向机后大量喷出，利用其反冲推力推动飞机航行。

7.如附图2所示，断续开启设置在飞机机体7机仓内的气动工质泵15，将液态空气储仓14中的液态空气断续施加高压、少量泵入设置在飞机机翼内的相向对流换热管18冷端的高压管，由此补充维持相向对流换热器18内换热温差所需低温冷量，确保相向对流换热器18冷端持续保持设定低温温度。

8.如附图2所示，将相向对流换热器18冷端高压内管中的液态空气少量输入设置在飞机机体7前端抵挡热障空气金属罩壳12背后的热力蒸发金属管网13，让其从热障空气中吸热汽化成为高压空气，最后由高压空气喷管16向机后喷出推动飞机行进，由此减少液态空气储仓14内的液态空气的消耗。

9.在飞机需要紧急减速以及在机场降落跑道上滑行时，将设置在机翼下方以及金属罩壳12边缘的高压空气喷管16，改为向飞机前进方向喷气，利用其正冲力实现减速。

10.在飞机航行过程中需要转向航行时，通过调节设置在飞机前端金属罩壳边缘左右方向的高压空气喷管16的喷气量，让其喷气量一边大、另一边小，由此实现飞机转向航行。

参看附图2与附图4，本发明所述一种远航程零排放航空飞机动力装置是由附图2所示短航程零排放航空飞机动力装置与附图4所示远航程零排放航空飞机动力装置增设部件两者综合构成，其使用操作程序如下：

1.如附图2、图4所示，在飞机机体7在钢轨3上由变频电动绞车1上的缆绳2拉动之前，启动气动工质泵15将液态空气储仓14内的液态空气施加高压，将其泵入设置在飞机机体前端抵挡热障空气的金属罩壳12背后的热力蒸发金属管网13，同时泵入设置在飞机左右机翼内部的相向对流换热器18，让其从常温环境中吸热汽化成常温高压空气；同时从地面电源向机载蓄电池19充电，让其电量保持充足状态。

2.如图4所示，在飞机机体7离地起飞之后，将相向对流换热管18热端高压管内的高压空气输入设置在机翼下方的涡轮空压机17后部的透平膨胀机，驱动透平膨胀机运转、同轴驱动空压机高速转动，让自然空间的空气源源不断地从飞机前方进入涡轮空压机17，被压缩成为高热压缩空气。

3.如图4所示，将涡轮空压机17产生的高热压缩空气输入设置在飞机机翼内的相向对流换热器18中的热端中压外管，高热压缩空气与高压内管中的低温高压液态空气实行相向对流换热，最后在其冷端外管内被冷凝液化。

4.如图4所示，启动设置在机翼内的气动工质泵15，将相向对流换热器18中的冷端中压外管内的中压液态空气施加高压，让其重新进入相向对流换热器18中的冷端的高压内管，再与由其热端进入的高热压缩空气进行相向对流换热，重新吸热汽化成为高压空气。

5.如图4所示，将相向对流换热器18热端高压内管产生的高压空气少量输入涡轮空压机17中的后部透平膨胀机、同轴驱动涡轮空压机17持续工作，其清洁尾气向机后排出。

6.如附图2所示，断续开启设置在飞机机体7机仓内的气动工质泵15，将液态空气储仓14中的液态空气施加高压、少量泵入设置在飞机机翼内的相向对流换热管18冷端的高压管，由此补充维持相向对流换热器18内外两管之间的换热温差所需的低温冷量，由此确保相向对流换热器18冷端持续保持设定低温温度。

7.如附图2、图4所示，将相向对流换热器18高压内管中的液态空气少量输入设置在飞机机体7前端抵挡热障空气金属罩壳12背后的热力蒸发金属管网13，让其从热障空气中吸热汽化，最后由设置在金属罩壳边缘的高压空气喷管16向机后喷出推动飞机行进，由此减少液态空气储仓14内的液态空气的消耗。

8.如附图4所示，在飞机进行空中滑翔飞行阶段，停止设置在机翼下方的高压空气喷管16喷气；将相向对流换热器18热端高压管产生的高压空气，全部输入涡轮空压机17后部的透平膨胀机运转作功，同轴驱动发电机20发电，并将其电力输入蓄电池19储存。

9.如附图4所示，在飞机进行空中滑翔飞行阶段，停止高压空气喷管16喷气，同时停止发电机20发电，将相向对流换热器18中部高压管内产生的低温高压空气，经节流阀23输入低温高压空气节流室22，让其实现大压差节流、自动冷凝液化。

10.将低温高压空气节流室22内形成的液态空气引入机仓中的液态空气储仓14储存备用。

11.在飞机需要强力加速时，停止上述发电机20发电工况与低温高压空气节流室22生产液态空气工况；启动机仓中的气动工质泵15，同时启动机翼内部的气动工质泵15，加大相向对流换热器18冷端高压内管中的液态空气泵入量。

12.在飞机需要实现强劲空中加速的情况下，让附图4所示相向对流换热器18热端高压管内的高压空气经由金属管进入电热器21，同时将蓄电池19内的电力输入电热器21。

13.如图4所示，将在电热器21内吸热、快速实现等压增容形成的高温高压空气输入设置在机翼下方的高温高压空气喷管16、向机后方向喷出，强劲推动飞机空中加速航行。

14.在飞机需要紧急减速与紧急降落的工况下，将设置在机翼下方与飞机前端金属罩壳12边缘的高压空气喷管16朝飞机前进方向喷射高压空气，利用其正冲力减速停机。

15.在飞机航行过程中需要转向航行时，调节设置在前端金属罩壳12边缘左右方向的高压空气喷管16的喷气量，让其喷气量一边大、另一边小，实现飞机转向航行。

本发明采用在机场跑道钢轨上由变频电动绞车使用缆绳加速拉动与实行弹射的方法实现飞机的升空起飞，同时在飞机已经拥有尽量高的离地航速的基础上，再让设置在飞机上的动力装置采用机载与机产液态空气从机产压缩空气中吸热汽化成高压空气向机后喷出，由此产生反冲力推动飞机在空中克服阻力飞行；同时采用在机体前端设置金属罩壳与热力蒸发金属管网，利用机载液态空气从金属罩壳吸热汽化成高压空气；在中航程工况中，采用涡轮空压机生产压缩空气，再经相向对流换热器将其冷凝液化、源源不断在空中生产液态空气，利用气动工质泵施压、再次让液态空气与压缩空气相向对流换热形成高压空气；在远航程工况中，在飞机滑翔期间，利用低温高压空气节流室生产与储存液态空气；另外设置发电机、蓄电池、电热器，间或利用电热器将相向对流换热器产生的高压空气加热成为高温高压空气；分别利用上述高压空气与高温高压空气产生反冲推力驱动飞机在空中克服阻力飞行。

本发明具有意想不到的技术效果，这种技术效果就是开创出一个零污染、零排放、运行成本极其低廉的航空工业时代。

本发明用途广泛，本发明在原理、工业和商业的应用都包括在本发明权利要求范围内，任何在此基础上的改进技术都取自本发明的权利要求。

Claims (15)

1.一种零排放航空飞机的航行工艺方法，该方法采用机械动力驱动飞机航行；其特征在于，依据“决定物体运动速度的物理条件是机械功、是动能，而非动量”的物理原理，直接利用由力与力的作用距离形成的机械功拉动飞机升空起飞，高效率地最大限度提高飞机的离地航速，在此基础上，再让飞机机载动力装置将机载与机产液态空气从机产压缩空气中吸热汽化、成为高压空气向机后喷出、产生反冲推力推动飞机在空中克服阻力飞行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将现有航空飞机利用机载涡轮发动机燃油向外喷气驱动飞机在机场跑道上克服机载轮胎与地面摩擦力高速行进、让飞机机翼产生升力实现起飞的方法；改进为在机场跑道上设置钢轨、在钢轨上安放平板车、将飞机安放在平板车上，由在机场地面以下设置的变频电动绞车、使用缆绳加速拉动平板车与飞机在钢轨上高速行进，待飞机在平板车上达到设定的最大速度后，调整飞机机翼升力达到最大值，同时打开设置在飞机与平板车之间的弹射器以及扣压装置，让飞机产生出尽量高的离地飞行速度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在不影响飞机驾驶员视野的情况下，在飞机机体前端设置一具金属罩壳，让其阻挡住飞机前端高热热障空气，并在其金属罩壳背部设置热力蒸发金属管网；采用气动工质泵将飞机机仓内存储的液态空气施加高压、泵入金属罩壳背部的热力蒸发金属管网，让热力蒸发金属管网内的液态空气通过金属罩壳从飞机前端的热障空气中吸收热量、汽化成为高压空气，最后从设置在金属罩壳边缘的高压空气喷管朝机后方向喷出、形成飞机行进推力；在其降落过程中，让其高压空气喷管朝飞机行进方向喷气、由此形成让飞机减速与停机的阻力。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在飞机进行短航程飞行的工况中，飞机不再携带燃料、不再设置涡轮发动机，在从变频电动绞车的缆绳拉动与弹射器弹射过程中、最大限度地产生出最大离地航速之后，穿越天空空气稠密层后滑翔飞行；在空中需要加速行进时，利用飞机携带的液态空气经过热力蒸发金属管网从飞机机体前端的热障空气中吸热汽化形成高压空气，最后从设置在飞机前端的金属罩壳边缘的高压空气喷管向机后喷气、推动飞机在空中克服阻力航行。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在飞机进行中航程飞行的工况中，同样不携带燃油，不设置涡轮发动机；为了在飞机所携带的设定数量的液态空气前提下、多倍扩大其飞行航程，在设置上述短航程动力装置的基础上，在现有飞机设置涡轮发动机的机翼下部位置设置涡轮空压机和高压空气喷管，同时在机翼内部设置相向对流换热器、气动工质泵；涡轮空压机从飞机前进方向大量吸入自然空气，经涡轮叶片施压后成为压缩空气，压缩空气经金属管输入相向对流换热器；相向对流换热器由高压内管与中压外管复合组成，压缩空气输入相向对流换热器中热端的中压外管，气动工质泵将机仓内存储的液态空气施加高压、泵入相向对流换热管冷端的高压内管，中压外管中的压缩空气与高压内管中的液态空气进行相向对流换热；压缩空气在相向对流换热器冷端外管内被冷凝液化成低温液态空气，由此源源不断地在空中生产出液态空气；其液态空气经气动工质泵施加高压后，被泵入相向对流换热器中的冷端高压内管，再与相向对流换热器中的中压外管中的压缩空气进行换热，最后成为高压空气；将上述高压空气少量输入涡轮空压机后部的透平膨胀机作功，让其成为驱动涡轮空压机持续运转的动力，其清洁尾气排向自然空间；其余部分的高压空气从设置在机翼下方的高压空气喷管向飞机机后方向喷出，成为驱动飞机在空中克服阻力飞行的行进动力；由压缩空气经相向对流换热器冷凝液化所形成的液态空气，从中分开一部分施加高压后注入机体前端金属罩盖中的热力蒸发金属管网，让其吸热汽化后，从高压空气喷管向机后喷出；从而，让机载液态空气仅仅为上述相向对流换热器冷端维持设定低温提供其换热温差所需冷量补充。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在飞机进行远航程飞行的工况中，同样不携带燃油、不设置涡轮发动机，在设置上述中航程动力装置的基础上，另外在机翼内部增加设置蓄电池、电热器、节流阀、低温高压空气节流室，在机翼下方增加设置发电机；飞机起飞前，利用地面电源向蓄电池供电；在飞机空中滑翔阶段，启动与上述涡轮空压机同轴运转的发电机发电、并补充蓄电池的电力，间或利用低温高压空气节流室在飞机空中滑翔阶段生产与储存液态空气；在飞机需要空中强劲加速时，加大相向对流换热器冷端高压内管中的液态空气输入量，将相向对流换热器热端高压管流出的高压空气经金属管引入电热器内加热，由蓄电池向电热器供电，让高压空气在电热器内实现等压增容扩膨、吸热成为高温高压空气，最后让其从设置在机翼下方的高压空气喷管向飞机机后方向喷出，强力驱动飞机空中加速航行。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在机场跑道上设置钢轨，在钢轨上安放平板车，是指可以是平板车下面的钢制车轮在钢轨上滚动行进，也可以是在平板车与钢轨之间设置磁悬浮装置，让平板车在钢轨上悬浮的工况条件下，实现无摩擦力行进。

8.一种零排放航空飞机动力装置，它包括航空飞机机体、飞机场，飞机场升降跑道；其特征在于，它还包括变频电动绞车，缆绳，钢轨，平板车，机体与平板车扣压装置，弹射器，机体前端金属罩壳，热力蒸发金属管网，涡轮空压机，液态空气储仓，相向对流换热器，低温高压空气节流室，节流阀，气动工质泵，高压空气喷管，发电机，蓄电池，电热器以及若干金属连接管。

9.根据权利要求8所述，其特征在于，一种变频电动绞车设置在机场跑道终端的地下室，平板车上设置有弹射器，机场起飞跑道上设置有钢轨，钢轨与机场跑道地面实行紧固安装，平板车安放在钢轨上，平板车与变频电动绞车之间由缆绳连系，航空飞机安放在平板车上，平板车与飞机机体之间设置电动扣压装置，平板车后端设置弹射器，弹射器抵靠飞机机体后端；航空飞机机体前端设置抵挡热胀空气的金属罩壳，金属罩壳背部设置热力蒸发金属管网，金属罩壳边缘的左、右位置对称设置高压空气喷管；热力蒸发金属管网中的冷端进液管口经由金属管与设置在机仓中的气动工质泵连接，其热端出气管口与高压空气喷管连接；飞机机体内仓设置有液态空气储仓，同时设置有气动工质泵；在短航程工况中，液态空气储仓、气动工质泵经过金属管与热力蒸发金属管网连接；在中航程工况中，还与相向对流换热器经过金属管连接；在远航程工况中，液态空气储仓同时经过金属管还与低温高压空气节流室连接。

10.根据权利要求8所述一种中航程航空飞机动力装置，其特征在于，在设置上述机载动力装置的基础上，另外增设以下部件：在现今飞机机翼下部设置涡轮发动机的位置左右对称设置涡轮空压机，涡轮空压机前部为空压机，后部为透平膨胀机，空压机内压缩空气气室经金属管与相向对流换热器热端外管连接，透平膨胀机高压空气气室经金属管与相向对流换热器热端高压内管连接；还在机翼内部设置相向对流换热器、气动工质泵，气动工质泵经金属管分别与相向对流换热器冷端的高压内管与中压外管连接；相向对流换热器由复合管构成，内管为高压管，外管为中压管；同时还在机翼底部设置高压空气喷管，高压空气喷管经过金属管与相向对流换热器的热端高压内管连接。

11.根据权利要求8所述一种远航程航空飞机动力装置，其特征在于，在设置上述中航程飞机动力装置基础上，另外增设以下部件：在机翼下部设置发电机，发电机与涡轮空压机同轴运转、由透平膨胀机驱动；在机翼内部另外设置蓄电池，电热器，低温高压空气节流室；低温高压空气节流室上方设置节流阀，节流阀经金属管与相向对流换热器中部的高压内管连接，低温高压空气节流室下方经金属管与机仓内的液态空气储仓连接。

12.根据权利要求8所述，其特征在于，在本发明中，所述弹射器，是指可以是强力弹簧弹射器，也可以是电磁弹射器，还可以是压缩空气弹射器。

13.根据权利要求8所述，其特征在于，在本发明中，所述涡轮空压机，是指由涡轮叶片构成的空气压缩机与透平膨胀机同轴装配组成，其前部的空压机负责将常温常压空气压缩成设定压力的中、低压空气；其后部的透平膨胀机在高压空气透平驱动下为前端空压机以及同轴运转的发电机提供机械动力；前端部分的空压机产生的压缩空气经金属管道输入设置在机翼内的相向对流换热器热端外管；其后端透平膨胀机所需的高压空气由相向对流换热器中的热端高压管提供，其清洁尾气排向自然空间。

14.根据权利要求8所述，其特征在于，在本发明中，所述平板车安放在钢轨上，是指可以是通过平板车的钢制车轮支承、安放在钢轨上，也可以是指平板车由设置在平板车与钢轨之间的磁悬浮装置悬浮在钢轨上。

15.根据权利要求8所述，其特征在于，在本发明中，所述气动工质泵，是指由在前端热力蒸发金属管网以及相向对流换热器中的高压管内所产生的高压空气作为驱动动力的工质泵。

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