求助：伯努力定理与一种新构想飞行动力机

yt_zhuang

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
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yt_zhuang

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1

yt_zhuang

图2

yt_zhuang

　　我的帖子很长，感谢朋友们花时间审看。我还有一点问题，请大家再帮忙看一下。

一、 关于“所有发动机都是通过反推力得到动力”的讨论
　　我对热源发动机的命名是有问题的，也许应改为含有“环翼”之类的名称。
　　在流体动力学伯努利定理中，不用反冲力（反喷气体而获得的反作用力） 的压力差是存在的，我们来看一个验证伯努利定理时经常出现的实验。
　　如图：向两张相互平行的纸中间吹气，使气流方向与纸面平行，在一瞬间两张纸会向中间靠拢，可判断纸受到了垂直于纸面向内的压力。这是依据伯努利定理，流动气体对纸的内侧压力减低，而外侧还保持原压力，形成了压力差。纸面受此压力时，虽然对气体有方向相反的反作用力，但无垂直于纸面向外的反喷气流出现。这不是不可理解的问题，这与马德堡半球试验有相同之处。
　　1654年5月8日，德国马德堡市市长奥托•格里克，把两个直径30多厘米的空心铜半球紧贴在一起，用抽气机抽出球内的空气，然后用两队马向相反的方向拉两个半球。最终用16匹马才将它们拉开，当马用尽了全力把两个半球最后拉开的时候，还发出了很大的响声。这就是著名的马德堡半球实验。
　　这两个实验虽然力量大小差别很大，但都有气体压强向内的压力，应理解为一种气体对物体表面的静压力，不是反喷气体所获得的反冲力。
　　螺旋桨发动机是靠反推气体，获得向前的动力。而直升机的旋翼与螺旋桨桨叶是有差别的，旋翼与固定翼飞机的机翼有相同之处，它们都是上表面凸一点。
　　另外，机翼升力主要靠根据伯努利定理产生的上下表面的压力差（占总升力的60-80%左右，这个压力差更像是静压力，而不是反喷气体）。而不是靠下表面根据气流冲击效应产生的正压力（只占总升力的20-40%左右，下表面正压力，确实是向下反喷了气体，而获得反作用力）。
　　机翼气流冲击效应会增加飞机的阻力。
　　根据伯努利定理产生的机翼上下表面的压力差，是与飞行速度有直接关系，它并没有很直接明显的增加飞机的阻力，这应该是螺旋桨与直升机旋翼效率差别的原因，如：倾转旋翼飞行器V-22，它的发动机介于螺旋桨与旋翼之间，这可能就是它的起飞效率比直升机差的原因。

二、假设流体为空气等，高速旋转时，受离心力作用流体会向外膨胀，这好象与理想流体的非压缩性定义不一样；但是速度稳定之后，中心部分流体会稳定下来保持较小的密度，在其环形的流线上，它还是可以满足理想流体的定义。
　　同时中心部分会形成负压状态，这对热源动力机的影响是好是坏，我还不太清楚。我想这可能有两种情况：
　　1、中心部分压强减少，形成负压。我认为热源动力机的升力，与速有关，考虑到圆的外边沿线速度最大，所以热源动力机的升力主要在圆形的外沿附近，是一个环形。中心部分的升力较小，形成负压也不会有太大影响。
　　2、如果中心和外沿都形成负压，其对旋转体下表面和底板上表面的作用是一样，方向相反，可相互抵消。（假设：流体对旋转体下表面和底板上表面压力都为零——真空状态。旋转体上部不旋转的流体对旋转体上表面压力减小，也可以与底板下表面不减小的压力，形成压力差。）

　　我很难找到专业的流体力学老师，能找到也不太可能支持这个设想，因为这个设想没有现存动力机的工作原理可参考，所以热切希望各位老师、朋友能帮忙，做进一步研究、实验或用软件计算验证。我个人是不可能也没有能力完成这些工作，全因自己的才疏学浅、能力有限无法解决问题。
　　也热切希望更多的人了解这个设想，恳请名位朋友将此设想多介绍给有关专家，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，真心的非常感谢大家。

Seventy721

应该加分鼓励:@)

qxpydxx

山大南校区有专业的流体力学老师，在能动学院，要从物理方面分析可找山大物理系得老师
粗粗看了一下，没大看懂文中的描述，感觉有点在帆船上面装电风扇的味道

qxpydxx

“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，”
固定格栅的原理是什么，如何保证旋转体不带动上面流体运动？

学习一下什么是热力学第二定律
克劳修斯表述
不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。简言之即是热不能自发的从冷处转到热处，任何高温的物体在不受热的情况下，都会逐渐冷却。

开尔文表述
不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。
开尔文表述还可以表述成：第二类永动机不可能造成。

学习一下速度边界层的概念
边界层厚度沿流体流动方向不断增加，但相对于流体经过表面的长度来说，最大的厚度仍是很小的。对于有限长的物体,边界层厚度约为0.1～10mm。边界层中的流体速度，在很短距离内从零急剧增长到相当于外流速度的数量级，速度梯度很大。因此，在边界层内，粘性作用不能忽略，这是流体运动经受阻力的原因。
你中间旋转体上下的速度边界层不是那么容易控制的。你的意思似乎是旋转体下面的速度边界层很厚，可以带动底板上面流体运动。而上面的速度边界层很薄，几乎不存在。:@L

yt_zhuang

感谢仁兄指正，好久没来了，才看到仁兄回复，不好意思！

我没学过流体力学，只是对此问题很着迷，5月份我做了一个简单的试验，没有预期的压力差产生，看了仁兄回复才知道边界层的重要，关于如何控制（克服）边界层，还请仁兄指教，急盼！！！
如果方便的话，请仁兄给我一个联系邮箱、QQ号什么的，麻烦了，谢谢！

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