求龙卷风原理在航空上的应用??
求龙卷风原理在航空上的应用??【专家解说】:龙卷风原理在航空上的应用 高歌谈到,航空发动机最近显示了一些很有前途的方向,就是有没有可能不利用压力膨胀过程来实现热功转换,而以往所
高歌谈到,航空发动机最近显示了一些很有前途的方向,就是有没有可能不利用压力膨胀过程来实现热功转换,而以往所有热机都是压力膨胀实现热功转换的。他把研究方向瞄向了自然界的龙卷风。龙卷风不是利用压力过程而是利用旋涡,依靠龙卷风式的特殊旋涡的旋转把热能变成机械能。高歌带领的研究人员已经在这方面做了大量试验和应用研究。
高歌指出,龙卷风的旋转能量来源对于研究大气流体力学的人来说,他们肯定可以明白无误地说,这是龙卷风外围的热气流的热能提供的旋转能量,但有一些教条的人会说,"热力学上没有这一说法,热能变成机械能必须要有压力膨胀过程!"实际上龙卷风在旋转过程中遵守着流体力学的一个定理,称为克罗科(Crocco)定理。这个定理通俗地讲,就是在一个旋涡的外围,如果外边热里边冷,就产生了一个沿半径方向内指的焓梯度,或是温度梯度,这个焓梯度越大,旋风的旋转强度就越大。如果在龙卷风外围有热量加入的话,龙卷风就会得以强化。
高歌利用龙卷风的原理开发了一项"余热增推",在不改变核心机的前提下可以轻而易举地获取发动机推力的增加,增推效果相当可观。这项原理和技术是高歌首创的,并且在航空发动机上得到了验证,有重大的实用价值。通过"余热增推"技术,可以直接利用龙卷旋涡将热能转换为旋转动能,进而提高发动机的推力和推重比、降低单位推力的耗油率。龙卷风组合燃烧技术也可极大地改善燃烧性能,使燃烧效率从85%提高到97.5%,阻力、贫富油、稳定性等性能指标也达到国际领先水平。可以断言,龙卷风原理开辟了热机一个值得探索的新方向。
克罗科定理在20世纪初就有了,是一个纯粹的理论工具,人们没有找到其工程技术运用的途径。高歌首先在试验中发现龙卷风能够把热能变成机械能,然后想到了能利用它来增加发动机推力,最后才找到了克罗科定理。并不是克罗科定理指导其开发出有关技术,而是高歌做出来以后为了找理论解释才想到了克罗科定理。
高歌强调,中国人应增强自信心,我们有能力在科技领域自主创新。"沙丘驻涡"技术为我国的航空发动机技术做出了贡献,而这项"余热增推"技术比"沙丘驻涡"的价值要大得多。
物质观的改变和能发动机
高歌还将研究方向扩展到高能方面。他说,21世纪伊始,就传出了一些和20世纪科学观有着重大突变性质的观点,一个是物质观的改变,另外一个就是关于真空概念的改变。所谓物质观的改变,就是宇宙的物质构成是4.4%的显物质,95.6%的暗物质、暗能量。暗物质、暗能量是什么,怎么提取它、利用它,将成为21世纪科技具有划时代变革意义的一个标志。如果能够提取和利用暗物质、暗能量,人类的科学技术和文明就要进入一个崭新的新纪元。
有关真空概念,过去的课本上都说真空是什么也没有,现在真空观发生了重大变化,认为"真空是物质的凝聚态"(李政道语),真空是能量海,蕴藏着极大的能量。有人说1立方厘米真空里面含有1095克的能量,通过质能互换定理(E=MC2),可以把真空中的能量看成无穷大。
高歌进一步解释到,暗能量充斥于远离星系的宇宙深空之中,具有单纯磁性斥力而导致宇宙加速膨胀;在地球周围真空中则凝聚着暗物质,具有单纯吸力。暗物质粒子的尺度和电子相同,可以自由穿透显物质实体,实际上人们都"浸泡"在这样一个暗物质的海洋里,因为各个地方的密度都一样,就不易感觉到它的存在。如何才能"感觉"到它呢?就是在容器中用旋涡或者是电磁、冷核聚变等方法,把一个局部空间变成真空,即所谓的显物质真空,这样暗物质的浓度就要进一步地提高,与有显物质的外围就不一样了。暗物质有了密度梯度以后,它就会对显物质发生作用,真空对显物质的作用称为"界变"。
"界变"和物质的"相变"是完全不同的,和"质变"也有区别,真空就是一个界变点,物质和真空相互作用会发生能量形态和物理属性上的突变。可以说,真空的重大作用就是使物质能够发生界变,而界变能够使正熵过程变成负熵过程,正物质变成反物质。真空中的暗物质具有吸聚作用,可增强旋涡的旋转,这就是旋涡真空能动力系统的基础原理。"真空能"在国外称为"ZeroPointEnergy"。以这个理论为指导,应用在工程上,例如:磁流体真空能系统能够制造出反重力系统,而真空能技术也可与航空发动机组合起来。
高歌认为,以上两种观念的改变要引起人类科技的一个天翻地覆的变化,对航空发动机而言,今后一个确凿无疑的发展方向,第一步就是发展涡轮和真空能组合发动机。这是一种混合式动力系统,是一种真空能发动机的初级应用形式,但对于现有的航空发动机技术已经是高级形式了,它将是现有航空涡轮发动机的后续机种。2001年在英国伦敦召开了一次场推进会议,有个美国专家提出来,20世纪是核能世纪,21世纪是真空能世纪。还有人认为,5年之内有可能造出真空能发动机。高歌在真空能发动机方面也做了大量的研究,证明了真空能的存在和提取的可能性,也证实了在航空发动机上应用的可能性。
第二步就是制造纯粹的真空能发动机。真空能发动机既包括水平动力式,也包括垂直动力式。垂直动力的单极磁流体真空能发动机就是做成一个圆盘形,它具有几十吨到上百吨的提升力,可以使飞行器悬浮在空中,也能高速升降。这种发动机在今后的几十年内一定能够造出来,高歌希望能亲自参与我国真空能发动机的研制工作,并亲眼看到它实用化的到来。
除了真空能发动机,下一代航空航天动力系统就是反质子发动机,研究的序幕已经拉开。2003年7月,美国NASA把反质子发动机列为今后十年的三大绝密项目之一。反质子发动机制成以后,将会为航空航天飞行器提供非常强劲的动力,因为它可实现全部的质能互换。高歌说:"美国人能不能成功,我不做评论,美国人走的方向和技术细节我们也不清楚。但我们也不必一天到晚跟着他们后面走,我们可以走出中国人自己的路。以中国人的智慧,完全可以自主创新做出这些东西来。"
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