矩形风扇——抓住空气的“手”

我在前面曾说过，要想实现大航空时代，人人航空的时代，就得设计出实用的抓住空气的“手”，能利用空气产生强大升力的装置，使我们在空气中就像在地面上走一样。
为什么非要抓住空气的“手”呢？举个例子，在平地上一个人搬运一个150公斤重的圆柱形钢材，他可能搬不动，抬都抬不起来。实际上我就是搬运150斤重的物体也得累吐血，呵呵。但这个人把150公斤重的圆柱形钢材放在平地上推动它，让它滚动到目的地，就不用费太多的力气了。为什么滚动一个物体就容易多了呢？
我们来分析一下第一种情况实际上需要两种力，一种是抵抗重力抬起150公斤圆柱形钢材的向上的拉力，同时还得挪动走向搬运目的地前进的力，它俩一个是向上的拉力，这是主要的力，一个是水平的推力，这个不需要多少。人使出的力气主要作用在抬起物体的拉力上了，如果物体的重量超过了人的力气，连抬起的可能都没有，别提搬动它了。就像上面的例子，一般人能抬起100公斤左右的物体（我抬60公斤的玉米袋都使尽了吃奶劲），150公斤一般人都很难抬起了。
第二种情况为什么就可以了呢？这是因为人的力气不需要抵抗150公斤圆柱形钢材的重力，地面替我们支撑住了圆柱钢材，地面的支持力与圆柱钢材的重力大小相等，方向相反，达到了平衡，就可以腾出我们有限的力气来推动平地上的圆柱钢材，我们力气只需要对付钢材滚动时的摩擦阻力就可以了。而这个摩擦阻力与重力相比小得多，所以我们就能以我们微薄的力推动很沉重的物体了。
第二种情况的现象就像飞机的飞行。除了有些战斗机外，大部分的飞机的推重比都小于1，可飞机都飞得很好，为什么发动机羸弱的推力能把庞大的飞机推上天呢？就是像钢柱滚动依附地面一样，飞机也依附空气，只要飞机达到一定速度，利用空气与飞机的相对速度性质（压差升力和固态性质）让空气支持飞机的重力达到一种力的平衡，从而让发动机的推力只对付飞机前进时的各种空气阻力，而飞机在空气中飞行的各种阻力与飞机的重力比小得多，所以发动机推力虽小也能让飞机自由翱翔蓝天。这是一种很聪明的利用，是我们研究垂直起降的重要启示，靠这种思想指导我们就能设计出实用的抓住空气的“手”。
史上曾经出现的喷气垂直起降飞机如雅克38或鹞式等就像第一种情况。用发动机的推力直接抵抗飞机的重力让飞机升入空中，那就像把钢材抱起来运走一样，发动机的推力有多大，只能抬升起相应重量的飞机。这种垂直起降飞机的垂直起降时的推重比一般得大于1，谈不上什么省力，飞机的能源都耗在升起这个阶段了。想想本来就在空气中吗，却不利用空气，还想像强大的火箭那样靠一对一的推力换升力，与飞机的一对二或一对几的推力换升力比，这是一种很不聪明的垂直起降方式。由此可见，利用空气，设计出实用的原地就能抓住空气的“手”，才是一种非常聪明的升力获取方式。
那利用空气，在原地就能抓住空气，利用它产生升力的装置都有哪些呢？
飞机的机翼虽然是利用空气的一种很聪明的升力获取方式，但那是开弓的箭，无法原地获取升力。现在能利用空气原地获取升力的有直升机的旋（转的机）翼，满天飞的无人机的螺旋桨也称为旋翼了，还有像F-35B的升力风扇。但这些是以旋转的运动方式原地获取升力的，因为旋转运动的本质导致这种升力装置难以实现实用的垂直起降。
旋转运动的装置（扇叶片、旋翼、…）有什么特点？我想主要有五个，一是结构简单，一个轴承上安装几个叶片；二是叶片绕轴承做圆周运动，原地产生风力或升力；三是无论大小形状基本固定，整体呈圆形（近似正方形）；四是中心叶片密集，向四周辐射叶片间距逐渐增大，到最外侧叶片稀疏；五是无论叶片尖线速度多快，总是从叶片尖到叶片根部线速度逐渐为0 。
从上面的前两点可以看出以旋转为运动方式的旋翼或风扇的好处是明显的，结构简单，便于制造，同时又能原地获取升力，这是多么好的条件呀。可是后三点，就拖后腿了。圆形的形状太呆板，适应性差，不易于安装利用。风扇（旋翼）中心叶片密集，风扇（旋翼）四周叶片稀疏，造成中心面积利用率高，四周面积利用率低，而叶片尖线速度很高到叶片根部线速度逐渐为0又造成四周空气动力效率高，中心空气动力效率低，综合上看风扇的各部分效率都受到影响降低了。所以这种旋转运动的装置做个电风扇吹吹风还可以，做个实用的升力风扇产生升力就困难了，因为它很难利用空气的固态性质。
前面我分析过空气的速度性质，当运动物体超过某个速度范围时相遇的空气会呈现类似固体性质，也就是说空气在物体高速相对运动中因惯性而表现的“坚硬”。以旋转为运动方式的风扇（旋翼）就算叶片尖线速度达到340米/秒，叶片中间线速度就降为170米/秒，直到叶片根线速度为0  。整个叶片在运动中不同部位线速度不同，就无法有效利用空气的性质来获取升力，所以我建议设计扇叶片平移的矩形升力风扇，只有扇叶片平移，叶片各部位速度一致，当平移叶片速度达到一定程度时就可以利用相对运动时空气的固态性质，这时矩形风扇的叶片就成了抓住空气的“手”，它的叶片高速运动时就像在坚硬的空气上滑行，空气的惯性坚强地支撑风扇产生强大的向上动力。
   
矩形升力风扇形状可塑，能适应各种机翼形状，可以制造大面积的风扇。获取空气升力的两大因素是速度和面积，在一定数值范围内，速度和面积成反比，与升力成正比。在一定条件下可以理解成下面的公式：
速度*面积*（？）=升力
只要在条件允许的情况下，尽量增大矩形升力风扇的面积和提高扇叶片的运行速度，这样就可以获取强大的升力。我们知道，一般飞机起飞时的速度也不是太高，几十千米到300多千米，但机翼的面积是很大的，所以机翼的前进速度虽然较低，但仍能获取较大的升力把整个飞机抬升起来。而我们的矩形升力风扇只能安装在机翼中，面积比机翼小得多，怎么办？只能提高风扇的运行速度，这样小面积高速度也能获取同样的升力把整个飞机抬升起来，以实现飞机的垂直起降。
由于发动机推动扇叶片运动的力会小于所获取的升力，所以这是一种省力的获取升力的方法，是把水平的小推力获取垂直的大升力的过程，是一种聪明的好方法。但这种扇叶片平移的矩形升力风扇的研制是个大难题，特别是叶片循环回位的设计，需要我们人类共同努力，找出更有效的方法来制造出抓住空气的“手”，以实现航空飞行中实用的垂直起降方式。我在前面曾说过，要想实现大航空时代，人人航空的时代，就得设计出实用的抓住空气的“手”，能利用空气产生强大升力的装置，使我们在空气中就像在地面上走一样。
为什么非要抓住空气的“手”呢？举个例子，在平地上一个人搬运一个150公斤重的圆柱形钢材，他可能搬不动，抬都抬不起来。实际上我就是搬运150斤重的物体也得累吐血，呵呵。但这个人把150公斤重的圆柱形钢材放在平地上推动它，让它滚动到目的地，就不用费太多的力气了。为什么滚动一个物体就容易多了呢？
我们来分析一下第一种情况实际上需要两种力，一种是抵抗重力抬起150公斤圆柱形钢材的向上的拉力，同时还得挪动走向搬运目的地前进的力，它俩一个是向上的拉力，这是主要的力，一个是水平的推力，这个不需要多少。人使出的力气主要作用在抬起物体的拉力上了，如果物体的重量超过了人的力气，连抬起的可能都没有，别提搬动它了。就像上面的例子，一般人能抬起100公斤左右的物体（我抬60公斤的玉米袋都使尽了吃奶劲），150公斤一般人都很难抬起了。
第二种情况为什么就可以了呢？这是因为人的力气不需要抵抗150公斤圆柱形钢材的重力，地面替我们支撑住了圆柱钢材，地面的支持力与圆柱钢材的重力大小相等，方向相反，达到了平衡，就可以腾出我们有限的力气来推动平地上的圆柱钢材，我们力气只需要对付钢材滚动时的摩擦阻力就可以了。而这个摩擦阻力与重力相比小得多，所以我们就能以我们微薄的力推动很沉重的物体了。
第二种情况的现象就像飞机的飞行。除了有些战斗机外，大部分的飞机的推重比都小于1，可飞机都飞得很好，为什么发动机羸弱的推力能把庞大的飞机推上天呢？就是像钢柱滚动依附地面一样，飞机也依附空气，只要飞机达到一定速度，利用空气与飞机的相对速度性质（压差升力和固态性质）让空气支持飞机的重力达到一种力的平衡，从而让发动机的推力只对付飞机前进时的各种空气阻力，而飞机在空气中飞行的各种阻力与飞机的重力比小得多，所以发动机推力虽小也能让飞机自由翱翔蓝天。这是一种很聪明的利用，是我们研究垂直起降的重要启示，靠这种思想指导我们就能设计出实用的抓住空气的“手”。
史上曾经出现的喷气垂直起降飞机如雅克38或鹞式等就像第一种情况。用发动机的推力直接抵抗飞机的重力让飞机升入空中，那就像把钢材抱起来运走一样，发动机的推力有多大，只能抬升起相应重量的飞机。这种垂直起降飞机的垂直起降时的推重比一般得大于1，谈不上什么省力，飞机的能源都耗在升起这个阶段了。想想本来就在空气中吗，却不利用空气，还想像强大的火箭那样靠一对一的推力换升力，与飞机的一对二或一对几的推力换升力比，这是一种很不聪明的垂直起降方式。由此可见，利用空气，设计出实用的原地就能抓住空气的“手”，才是一种非常聪明的升力获取方式。
那利用空气，在原地就能抓住空气，利用它产生升力的装置都有哪些呢？
飞机的机翼虽然是利用空气的一种很聪明的升力获取方式，但那是开弓的箭，无法原地获取升力。现在能利用空气原地获取升力的有直升机的旋（转的机）翼，满天飞的无人机的螺旋桨也称为旋翼了，还有像F-35B的升力风扇。但这些是以旋转的运动方式原地获取升力的，因为旋转运动的本质导致这种升力装置难以实现实用的垂直起降。
旋转运动的装置（扇叶片、旋翼、…）有什么特点？我想主要有五个，一是结构简单，一个轴承上安装几个叶片；二是叶片绕轴承做圆周运动，原地产生风力或升力；三是无论大小形状基本固定，整体呈圆形（近似正方形）；四是中心叶片密集，向四周辐射叶片间距逐渐增大，到最外侧叶片稀疏；五是无论叶片尖线速度多快，总是从叶片尖到叶片根部线速度逐渐为0 。
从上面的前两点可以看出以旋转为运动方式的旋翼或风扇的好处是明显的，结构简单，便于制造，同时又能原地获取升力，这是多么好的条件呀。可是后三点，就拖后腿了。圆形的形状太呆板，适应性差，不易于安装利用。风扇（旋翼）中心叶片密集，风扇（旋翼）四周叶片稀疏，造成中心面积利用率高，四周面积利用率低，而叶片尖线速度很高到叶片根部线速度逐渐为0又造成四周空气动力效率高，中心空气动力效率低，综合上看风扇的各部分效率都受到影响降低了。所以这种旋转运动的装置做个电风扇吹吹风还可以，做个实用的升力风扇产生升力就困难了，因为它很难利用空气的固态性质。
前面我分析过空气的速度性质，当运动物体超过某个速度范围时相遇的空气会呈现类似固体性质，也就是说空气在物体高速相对运动中因惯性而表现的“坚硬”。以旋转为运动方式的风扇（旋翼）就算叶片尖线速度达到340米/秒，叶片中间线速度就降为170米/秒，直到叶片根线速度为0  。整个叶片在运动中不同部位线速度不同，就无法有效利用空气的性质来获取升力，所以我建议设计扇叶片平移的矩形升力风扇，只有扇叶片平移，叶片各部位速度一致，当平移叶片速度达到一定程度时就可以利用相对运动时空气的固态性质，这时矩形风扇的叶片就成了抓住空气的“手”，它的叶片高速运动时就像在坚硬的空气上滑行，空气的惯性坚强地支撑风扇产生强大的向上动力。
   
矩形升力风扇形状可塑，能适应各种机翼形状，可以制造大面积的风扇。获取空气升力的两大因素是速度和面积，在一定数值范围内，速度和面积成反比，与升力成正比。在一定条件下可以理解成下面的公式：
速度*面积*（？）=升力
只要在条件允许的情况下，尽量增大矩形升力风扇的面积和提高扇叶片的运行速度，这样就可以获取强大的升力。我们知道，一般飞机起飞时的速度也不是太高，几十千米到300多千米，但机翼的面积是很大的，所以机翼的前进速度虽然较低，但仍能获取较大的升力把整个飞机抬升起来。而我们的矩形升力风扇只能安装在机翼中，面积比机翼小得多，怎么办？只能提高风扇的运行速度，这样小面积高速度也能获取同样的升力把整个飞机抬升起来，以实现飞机的垂直起降。
由于发动机推动扇叶片运动的力会小于所获取的升力，所以这是一种省力的获取升力的方法，是把水平的小推力获取垂直的大升力的过程，是一种聪明的好方法。但这种扇叶片平移的矩形升力风扇的研制是个大难题，特别是叶片循环回位的设计，需要我们人类共同努力，找出更有效的方法来制造出抓住空气的“手”，以实现航空飞行中实用的垂直起降方式。