垂直起降之翼——扇叶平移式升力风扇

声明：我一个痴迷研究飞机垂直起降技术的业余航空爱好者，经过多年的研究，我认为传统的靠喷气反作用力的升力模式不可行，而传统的以旋转运动的螺旋桨、旋翼和风扇的效率低，升力不足，所以我设计一种扇叶平移运动的矩形风扇，以提高风扇的效率，产生强大升力，实现飞机的垂直起降。如果您认同，您有能力，您可以去实践把它制造出来实现飞机的垂直起降，我可以给您关于如何润滑的改进图。如果您不认同，是否可以提出您的宝贵意见和建议，我们共同改进。希望大家指点我这类文章在什么网站发表能更好传扬垂直起降意识。
本人只是一个喜欢研究的业余人士，是传扬垂直起降意识的，是为了飞机能摆脱跑道的束缚而实实在在搞设计的，是为了人类的自由飞翔的，不是哗众取宠搞噱头的，请认真对待，非诚勿扰！





在前面我已简明传统风扇的局限，这主要受困于旋转运动的本质，所以升力风扇要改革，这就是实现扇叶的平移运动。

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2012-6-1 18:36 上传

  
扇叶平移运动，就像飞机的机翼一样快速前进，利用翼型或迎角获取可观的空气升力。由于平移运动中扇叶片的每一部分的运动状态都是一样的，所产生的升力效果相同，因此能产生强大的升力，这是旋转升力所无法比拟的。

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但事物总有另一面，这就是平移运动是一种开弓没有回头箭的运动，它不会像旋转运动那样还会回来周而复始，这就让人很无奈，如何解决这个美中不足呢？我设计了双层的结构，如下图，每片扇叶从上层平移到左侧面后转到下层，再反相运动到右侧面转到上层完成循环。这种双层结构实际上是平移运动和旋转运动的结合，相当于把一个旋转运动割开，形成左下转和右上移，然后在它们中间加入平移运动。双层的设计会增加风扇的厚度，截面大而影响飞行，可这也是一种无奈的选择，双层扇叶设计是为了扇叶的复位循环，没有扇叶的复位就无法形成原地的升力，而现在我还没有开始设计单层的平移风扇设计。

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   对于这类航空的高端应用来说，再复杂的结构如果能胜任垂直起降升力的产生，那么也是值得的，所以我们在飞机的垂直起降方面要敢于创新，不能观念保守。

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传统风扇的扇叶旋转运动扇动空气，再回到原始位置，周而复始地进行扇动空气。而平移式风扇的扇叶以直线平移的运动方式扇动空气，这就有个问题，扇叶怎么才能回到原始位置，我们总不能让扇叶平移扇动一次扔一个吧，所以就要设计平移叶片的回位机构。由于受到扇叶运动速度及面积大小等诸多方面的限制，扇叶单层平移是很难设计的，而设计成双层往复式平移扇叶结构就比较容易实现每片平移扇叶的归位问题，让平移扇叶能周而复始地进行工作。由于扇叶的运动路径太复杂，所以只能用柔性的链条。

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所谓的双层往复式平移扇叶结构就是指扇叶在上层平移运动向下扇动空气，如上图，安装在链条上的上层叶片向左平移运动，向下扇动空气。到达左侧的链轮后旋转加平移运动到下层后与上层运动方向相反，再向右平移运动，这时叶片调整倾斜方向，仍旧向下扇动空气，到达右侧链轮后再以旋转加平移运动回到原始位置。上下两层叶片的运动方向相反，但都向下扇动空气，所以就形成了强大的气流，也解决了叶片能循环往复扇动空气的问题。那么这里让扇叶片在上下层过渡处的转向就是本风扇设计的关键，这个结构就是滑道，让扇叶片乖乖按要求运动的滑道。

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一、扇叶平移式强力风扇的结构
扇叶平移式强力风扇整体呈矩形上下双层扇叶片结构，是由若干片矩形扇叶片及相关的传动链条、滑道组成的。扇叶片要靠左右同步运行的链条的拉动进行平移运动，在近视环形跑道形滑道的控制下以一定的倾斜角度来实现平移运动，上下层扇叶片运动方向相反，都同时向下扇动空气。由于扇叶片是以平移方式运动的，所以本发明的风扇的外形是矩形，可以是任意尺寸的长方形，主要通过扇叶片的长度和数量来确定风扇的尺寸。

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本扇叶平移式强力风扇主要是由支架系统、叶片系统、控制系统和传动系统组成。如上图所示，支架系统主要是由整体支架和滑道支架组成，是固定叶片滑道等部件和与外界连接的桥梁。叶片系统主要是由分布在一个跑道形滑道上的许多平行排列的扇叶片组成，每一个扇叶片的两端上都有一叶片轴滑轮和两个控制滑轮，扇叶片是产生强大风力的部件。控制系统主要是由滑道组成，分为叶片滑道和控制滑道，是让扇叶片按要求运动的部件。传动系统主要由驱动轮、传动轮（一个或多个）、从动齿轮、链轮和链条组成，为叶片的运动提供强大动力。

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1、支架
主要有框形风扇主支架和若干个滑道支架组成，传动齿轮、扇叶链轮和滑道都连接在风扇支架上，同时风扇支架又要与外界物体相连。安装在支架上的传动系统主要由驱动轮、联动轴、传动轮、从动齿轮和链轮等。

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2、同步传动系统
驱动轮分左右两个，在联动轴串接下同步旋转，同时驱动传动齿轮，再驱动与链轮相连的从动齿轮旋转，从动齿轮再带动链轮旋转，两侧的链轮又带动两侧的链条一起同步运动，链条再带动每一片扇叶规则地平移运动。所以风扇的传动系统有两套，扇叶片的左右两侧各有一套，以保证扇叶片两头同步平移，不产生偏差。

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3、扇叶片
每一个扇叶片都有矩形叶片、扇叶片轴、扇叶片轴滑轮、扇叶片控制轴和扇叶片角度控制滑轮组成（如下图所示）。矩形叶片因为每运行两圈才完成一个循环，运行其间扇叶片要进行两次翻转，所以扇叶片截面要呈对称的形状，比如纺锤状。扇叶片安装在扇叶片轴上，并且能在扇叶片轴上自由旋转。扇叶片轴滑轮安装在扇叶片轴的两端，可以绕扇叶片轴自由旋转。

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在扇叶片的两头端面上，与扇叶片轴等距离两侧安装有两个扇叶片控制轴，其上安装有扇叶片角度控制滑轮，控制滑轮也可以绕轴自由转动。滑轮实际上就像一个小轴承，在滑道里滑动时可以自由转动，以减小摩擦阻力，为了减少磨损，可以在滑轮表面附一层耐磨的涂层（如橡胶层），可以采用喷油雾润滑。扇叶片控制轴较短，这样控制滑轮就紧贴在扇叶片的两头端面上，叶片轴探出较长，在叶片轴上垂直相对控制滑轮位置之外安装链条，链条之外再安装扇叶片轴滑轮，这样扇叶片轴滑轮探出的比控制滑轮的要长，因此扇叶片在运动时控制滑轮、链条和叶片轴滑轮这三者就不会互相碰触了。

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4、滑道
扇叶片的两个扇叶轴滑轮和四个控制滑轮镶嵌在滑道中，接受滑道的控制（如上图所示）。滑道实际上就是一种凹槽，能让滑轮在其内规范滑行的环形模件。滑道系统是由两种滑道组成，一种是扇叶主滑道，另一种是控制滑道，它们被滑道支架固定在风扇支架上，每种滑道在扇叶片的左右各有一条。扇叶主滑道与链条形状相同，让叶片以一个近似操场环形跑道的封闭曲线上循环运动。

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（1）、主滑道
主滑道主要给扇叶片以支持，并且把扇叶片产生的力传递给支架，其次还要配合控制滑道进行扇叶片角度控制。主滑道的形状就是把一个圆形平均分开成两个半圆，再用两条线分别连接起来成一个像环形操场跑道的圆角矩形。扇叶片的宽度就可以等于或略大于这个半圆的长度（圆周长的一半），而每片扇叶之间的距离可以等于或略小于这个半圆的长度，所以在设计滑道长度时只要先计算好扇叶片的数量，再用叶片数量乘以半圆周长，就可以算出滑道的长度了（如右下图，左下图为风扇的截面示意图）。

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（2）、控制滑道
控制滑道就是控制叶片角度姿态的滑道，对运动中的扇叶片的姿态进行控制，让叶片按要求进行角度调节，以利于向下扇动空气。扇叶主滑道在里层，扇叶片轴上的滑轮就在这里滑动。控制滑道在外层，控制滑轮就分别在这里运动。控制滑道的设计比较复杂些，它是通过与主滑道之间的距离来控制扇叶片倾斜角度的，所以控制滑道的形状与主滑道是有些不同的。控制滑道的上下层平直滑道与主滑道相同，平行设置，只不过与主滑道的距离有些变化，例如上层扇叶的角度大于下层扇叶片的角度，那么上层控制滑道与主滑道之间的距离就要大于下层控制滑道与主滑道之间的距离。但到了左右端的半圆处，控制滑道的外形就有较大的变化。控制滑道左端的扇叶片滑过半圆时还要逆时针旋转近90度（如果上层扇叶倾斜45度角，下层扇叶倾斜27度角，那么扇叶片滑过控制滑道左端半圆时逆时针旋转72度），所以控制滑道与主滑道的距离将逐渐到最大（扇叶片控制滑轮到扇叶轴滑轮之间的距离）后再逐渐缩小，这个距离的变化要有利于扇叶片的旋转，对扇叶的不利因素要小，所以可以用一些如正弦涵数等数学计算方法来绘制出符合要求的滑道曲线来（如左下图）。对于上层扇叶片角度大于下层扇叶片角度这样的设计，左侧控制滑道与主滑道距离最大值不是在半圆的左侧正中间，而是稍微靠上一些，总之控制滑道的形状设计要让扇叶在左侧从上到下的滑动中按一定规律地改变角度逆时针旋转近90度。

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控制滑道右端的形状是个缺口设计，缺口的长度等于或稍小于扇叶片头端面上两个控制滑轮之间的距离（如右上图）。控制滑道在右侧的设计也要用一些如正弦涵数等数学计算方法来绘制出符合要求的滑道曲线来，要让扇叶在右侧从下到上的滑动中按一定规律地改变角度逆时针旋转90多度（如果上层扇叶倾斜45度角，下层扇叶倾斜27度角，那么扇叶片滑过控制滑道右端半圆时逆时针旋转108度）。
二、扇叶平移式强力风扇的原理
传统的旋转式风扇的扇叶由于是围绕中心做圆周运动，所以在旋转360度后又回到起点，但本风扇扇叶的平移运动，则是开弓的剑，一去不复返，怎么才能让扇叶再回来到起点？
1、扇叶片产生升力过程
扇叶在上下二层做往复平移运动的设计解决了问题。扇叶在上层以一定的倾斜角度向左平移运动，在这种角度下向下扇动空气，产生风（升）力。

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当运动到风扇左侧时在滑道的控制下到了下层扇叶片倾斜角度做了相反方向的变化，大约逆时针旋转了近90度，同时运动方向也改变了，此时向右运动，正好也是向下扇动空气，产生同样的风（升）力。

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当扇叶运动到了风扇的右侧在滑道的控制下扇叶逆时针旋转了90多度角后再回到起点，与左侧逆时针旋转的角度相加正好180度，也就是说扇叶片正好逆时针旋转了半圈，又回到了起点时的状态，只不过这时扇叶片的下部与上部颠倒过来了。这样每一片扇叶从上层运动到下层，再返回上层循环要两个这样的过程扇叶片就能完成一个360度的循环，这也是扇叶片的设计截面为什么必须对称的原因。通过上面的说明也可以看出，本风扇所扇动的空气其实是经过上下层扇叶的一次“接力”，上层风扇把空气扇动向下层，下层扇叶再接着把空气扇出（下）去，由于是双层扇叶平移，扇出的空气是不能像传统风扇那样由于扇叶横向的压力差而产生回流的现象，所以效率高。

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2、滑道控制扇叶片工作原理
扇叶能在上下层中向下扇动空气得益于滑道的作用，本风扇的扇叶主滑道和控制滑道不仅互相配合进行扇叶片的角度调节，还起着扇叶片力的传递作用。扇叶片在高速运动时会产生强大的抬升力，而链条是软性的，会发生上下位移的变化，这时让扇叶片轴两头上的滑轮在主滑道里滑动，扇叶片就可以在要求的路线上运动，同时叶片产生的强大的力也传递给了主滑道（控制滑道也起着一定的力的传递作用），主滑道再传递给滑道支架，然后作用于整体的支架上，就完成的力的传递。
扇叶片控制滑道和主滑道通过配合控制扇叶片的角度的，主要是靠控制滑道与主滑道之间的距离调节来实现角度变化的。控制滑道和主滑道之间的距离若等于叶片控制滑轮和扇叶片轴滑轮之间的距离，扇叶片就与主滑道垂直的；控制滑道和主滑道之间的距离若小于叶片控制滑轮和扇叶片轴滑轮之间的距离，扇叶片就与主滑道形成一定的倾斜角度。在滑道的控制下扇叶片的变化按运行的不同阶段可以分解成四个状态，分别是左平移（②-③）、下转弯（③-⑤）、右平移（⑤-⑥）和上转弯（⑥-②）这四个阶段。其中左平移和右平移阶段是“做功”阶段，是风扇产生气动作用的有效阶段，而下转弯和上转弯是扇叶片角度的调整阶段，是左平移和右平移之间的过渡阶段。

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（1）、在第一阶段是上层的扇叶左平移阶段，扇叶以一定的角度（比如45度角）从②的位置平移运动到③的位置，此阶段是扇叶片的“做功”阶段，扇叶片向左倾斜，并向左平移运动，向下扇动空气，产生风（升）力。由于扇叶片是平移的，不会像旋转那样，本扇叶片各部位的速度是相同的，所以效率是非常高的，产生的力也是非常大的。此阶段控制滑道和主滑道之间的距离小于叶片控制滑轮和扇叶片轴滑轮之间的距离，并且控制滑轮在扇叶片轴滑轮之前，所以是扇叶片“推”着控制滑轮前进，形成了向左倾斜的角度。
（2）、在第二阶段是扇叶片下转弯阶段，这一阶段扇叶片是不起什么气动作用的，主要是叶片状态转换，一是把叶片向左运动变成向右运动，二是让扇叶片转换成向右倾斜，以保证叶片向右运动时能很好地向下扇动空气。此时扇叶片离开③的位置向④的位置运动时，控制滑道与叶片主滑道之间的距离逐渐接近叶片控制滑轮和扇叶片轴滑轮的距离，到④的位置时达到最大值。这时，扇叶片也由向左倾斜逐渐变成与叶片主滑道垂直，垂直后链条带动扇叶片向左“推”控制滑轮的动力消失，从此对控制滑轮产生的力就是拉力（连在一起的两个物体中，一个物体对另一个物体的作用力主要有两个，一个是推力，一个是拉力。主动物体在被动物体之后就产生推力，平行时推力消失，再接着运动拉力就开始了）。从④到⑤的过程中，是控制滑道与叶片主滑道之间的距离开始减小的过程，同时扇叶片也开始向右运动，由于到④的垂直位置后扇叶片 “推”控制滑轮动力的消失，从此开始了“拉”控制滑轮的过程。因为是“拉”着扇叶片向右运动，所以扇叶片向右倾斜，一般认为倾斜的角度要比第一阶段扇叶左平移时的角度小些。这一阶段，扇叶片在下转弯过程中，从③到⑤本身逆时针旋转了接近90度角。
（3）、在第三阶段，扇叶片从⑤的位置右平移运动到⑥的位置与第一阶段运动方向相反，扇叶片倾斜方向相反，但作用一样的，都是向下扇动空气产生风（升）力。当然与第一阶段还有不同的就是倾斜的角度要与第一阶段可以有一定的差别，我个人分析认为，一般上层扇叶倾斜的角度大些，下层扇叶的角度小些可能会好些，这样好相互作用产生更强大的升力。
（4）、在第四阶段是扇叶片的上转弯的运动，这一阶段与第二阶段相似，也是扇叶片角度调整的过程。但与第二阶段相比，扇叶角度调整方式有所不同，因为这里涉及到一个扇叶片两头端面上扇叶轴左右两侧的两个控制滑轮的交接的过程。原先在控制滑道里滑动的扇叶片上控制滑轮从②的位置到⑥的位置一直受控在叶片主滑道外侧运动，当到达⑦的位置时扇叶片下控制滑轮越过叶片主滑道，到达控制滑道的缺口上端①，开始接受控制滑道的控制，此时，上下控制滑轮都分别在控制滑道内⑦和①的位置。过了⑦的位置，扇叶片上控制滑轮脱离控制滑道，扇叶片结束了“拉”上控制滑轮的过程，而到达控制滑道的缺口上端①的下控制滑轮接受控制，控制滑轮又跑在扇叶片轴滑轮之前了，开始了“推”下控制滑轮的过程。扇叶片从⑥到②的运动中大约旋转90多度角，与左端的③到⑤逆时针旋转的角度相加正好是180度，当再运动一圈后扇叶片才回到原始的状态，所以扇叶平移式风扇是每二周一个循环。
通过以上的分析可以看出，如果按控制滑轮的“推拉”状态就可以分两个阶段，既“推”的阶段和“拉”的阶段。从①到④是“推”扇叶片的状态，从④到⑦是“拉”扇叶片的状态，无论推还是拉，都向下扇动空气，产生作用力。
三、扇叶平移式升力用于飞行器垂直起降的优点
1、升力强大。扇叶平移式升力风扇由于利用空气压差升力，平移运动方式合理，升力非常强大。
2、占用空间小。扇叶平移式升力风扇扇叶密集，面积利用效率高，同样的升力下，它的占用空间会很小。
3、起降自由，方便灵活，安全可靠。由于扇叶平移式升力风扇的扇叶片都是在支架内运动的，并且还可以有百叶窗护罩的保护，不会对外面的人等发生碰触，所以安全可靠，可以在任意环境中安全起降，比直升机更加自由灵活。
4、外形可塑，便于设计。扇叶平移式升力风扇是一种矩形风扇，长和宽可以发生变化，所以可以设计任意外形的飞行器。
5、经济实用，大众化。采用普通发动机，可以采用普通的汽车燃油（加油站），还采用垂直起降，这些都令垂直起降飞行器的成本低，使用方便，所以比较实用。
飞机的垂直起降要从喷气发动机的反作用力升力回归到空气升力上，而利用空气动力的风扇是一种有益的探索，特别是扇叶平移式升力风扇。由于是新的探索，会有许多困难，比如噪音，比如润滑，比如受力结构，比如链条速度，比如各种高速的旋转… … 。特别链条的速度决定了扇叶片的运动速度，刚开始可能不是太快，我们可以用个人飞行器来验证风扇的性能，如左下图。只是安装两个升力风扇看看是否能垂直起飞，利用风扇的倾斜进行平飞。

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2012-6-1 18:37 上传

   
当风扇的速度有一定的提高时可以进行飞机的垂直起降试验，这时可以让飞机的整个机翼都安装扇叶平移式升力风扇，如右上图。利用面积庞大的升力风扇产生垂直起降升力，利用机身尾部的螺旋桨推动飞机平飞。

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2012-6-1 18:37 上传

   
    当风扇的运行速度达到一定的程度的时候，就可以用面积较小的风扇也能实现同样的升力的，如上图。可发先研制内燃机或涡轮轴发动机的普通垂直起降飞机，如左上图。如果条件成熟，再进行喷气式垂直起降飞机的研制，如右上图。最后在小型的垂直起降飞机的基础上，研制大型的垂直起降飞机，如下图的客机，或运输机等。

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2012-6-1 18:37 上传

自从莱特兄弟发明飞机的，针对飞机滑跑式起飞的不足有许许多多的人尝试过飞机的垂直起降形式，但遗憾的是从来没有人实现过实用的可以广泛普及的垂直起降，这主要是人们的主攻方向上的失误。而利用空气动力实现的垂直起降将是一种有益的探索，扇叶平移式风扇的正是一种大胆的尝试。无论实用与否，扇叶平移式风扇都是获取空气升力的一种有益的尝试，也是一种启迪。
但愿中国能开发出真正的垂直起降飞机！

手执倚天剑，
驾雾腾云端，
笑看脚下万重山，
悠哉，
比翼齐飞赛鸿雁。

万户陨火箭，
嫦娥奔月难，
自由飞翔难梦圆，
困哉，
莱特一飞永相传？

造飞天神扇，
助女娲补天，
展夸父追日夙愿，
志哉，
纵横驰骋天地间！


Email:chenjingping1@126.com







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本人只是一个喜欢研究的业余人士，是传扬垂直起降意识的，是为了飞机能摆脱跑道的束缚而实实在在搞设计的，是为了人类的自由飞翔的，不是哗众取宠搞噱头的，请认真对待，非诚勿扰！





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扇叶平移运动，就像飞机的机翼一样快速前进，利用翼型或迎角获取可观的空气升力。由于平移运动中扇叶片的每一部分的运动状态都是一样的，所产生的升力效果相同，因此能产生强大的升力，这是旋转升力所无法比拟的。

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但事物总有另一面，这就是平移运动是一种开弓没有回头箭的运动，它不会像旋转运动那样还会回来周而复始，这就让人很无奈，如何解决这个美中不足呢？我设计了双层的结构，如下图，每片扇叶从上层平移到左侧面后转到下层，再反相运动到右侧面转到上层完成循环。这种双层结构实际上是平移运动和旋转运动的结合，相当于把一个旋转运动割开，形成左下转和右上移，然后在它们中间加入平移运动。双层的设计会增加风扇的厚度，截面大而影响飞行，可这也是一种无奈的选择，双层扇叶设计是为了扇叶的复位循环，没有扇叶的复位就无法形成原地的升力，而现在我还没有开始设计单层的平移风扇设计。

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   对于这类航空的高端应用来说，再复杂的结构如果能胜任垂直起降升力的产生，那么也是值得的，所以我们在飞机的垂直起降方面要敢于创新，不能观念保守。

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传统风扇的扇叶旋转运动扇动空气，再回到原始位置，周而复始地进行扇动空气。而平移式风扇的扇叶以直线平移的运动方式扇动空气，这就有个问题，扇叶怎么才能回到原始位置，我们总不能让扇叶平移扇动一次扔一个吧，所以就要设计平移叶片的回位机构。由于受到扇叶运动速度及面积大小等诸多方面的限制，扇叶单层平移是很难设计的，而设计成双层往复式平移扇叶结构就比较容易实现每片平移扇叶的归位问题，让平移扇叶能周而复始地进行工作。由于扇叶的运动路径太复杂，所以只能用柔性的链条。

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所谓的双层往复式平移扇叶结构就是指扇叶在上层平移运动向下扇动空气，如上图，安装在链条上的上层叶片向左平移运动，向下扇动空气。到达左侧的链轮后旋转加平移运动到下层后与上层运动方向相反，再向右平移运动，这时叶片调整倾斜方向，仍旧向下扇动空气，到达右侧链轮后再以旋转加平移运动回到原始位置。上下两层叶片的运动方向相反，但都向下扇动空气，所以就形成了强大的气流，也解决了叶片能循环往复扇动空气的问题。那么这里让扇叶片在上下层过渡处的转向就是本风扇设计的关键，这个结构就是滑道，让扇叶片乖乖按要求运动的滑道。

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一、扇叶平移式强力风扇的结构
扇叶平移式强力风扇整体呈矩形上下双层扇叶片结构，是由若干片矩形扇叶片及相关的传动链条、滑道组成的。扇叶片要靠左右同步运行的链条的拉动进行平移运动，在近视环形跑道形滑道的控制下以一定的倾斜角度来实现平移运动，上下层扇叶片运动方向相反，都同时向下扇动空气。由于扇叶片是以平移方式运动的，所以本发明的风扇的外形是矩形，可以是任意尺寸的长方形，主要通过扇叶片的长度和数量来确定风扇的尺寸。

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本扇叶平移式强力风扇主要是由支架系统、叶片系统、控制系统和传动系统组成。如上图所示，支架系统主要是由整体支架和滑道支架组成，是固定叶片滑道等部件和与外界连接的桥梁。叶片系统主要是由分布在一个跑道形滑道上的许多平行排列的扇叶片组成，每一个扇叶片的两端上都有一叶片轴滑轮和两个控制滑轮，扇叶片是产生强大风力的部件。控制系统主要是由滑道组成，分为叶片滑道和控制滑道，是让扇叶片按要求运动的部件。传动系统主要由驱动轮、传动轮（一个或多个）、从动齿轮、链轮和链条组成，为叶片的运动提供强大动力。

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1、支架
主要有框形风扇主支架和若干个滑道支架组成，传动齿轮、扇叶链轮和滑道都连接在风扇支架上，同时风扇支架又要与外界物体相连。安装在支架上的传动系统主要由驱动轮、联动轴、传动轮、从动齿轮和链轮等。

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2、同步传动系统
驱动轮分左右两个，在联动轴串接下同步旋转，同时驱动传动齿轮，再驱动与链轮相连的从动齿轮旋转，从动齿轮再带动链轮旋转，两侧的链轮又带动两侧的链条一起同步运动，链条再带动每一片扇叶规则地平移运动。所以风扇的传动系统有两套，扇叶片的左右两侧各有一套，以保证扇叶片两头同步平移，不产生偏差。

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3、扇叶片
每一个扇叶片都有矩形叶片、扇叶片轴、扇叶片轴滑轮、扇叶片控制轴和扇叶片角度控制滑轮组成（如下图所示）。矩形叶片因为每运行两圈才完成一个循环，运行其间扇叶片要进行两次翻转，所以扇叶片截面要呈对称的形状，比如纺锤状。扇叶片安装在扇叶片轴上，并且能在扇叶片轴上自由旋转。扇叶片轴滑轮安装在扇叶片轴的两端，可以绕扇叶片轴自由旋转。

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在扇叶片的两头端面上，与扇叶片轴等距离两侧安装有两个扇叶片控制轴，其上安装有扇叶片角度控制滑轮，控制滑轮也可以绕轴自由转动。滑轮实际上就像一个小轴承，在滑道里滑动时可以自由转动，以减小摩擦阻力，为了减少磨损，可以在滑轮表面附一层耐磨的涂层（如橡胶层），可以采用喷油雾润滑。扇叶片控制轴较短，这样控制滑轮就紧贴在扇叶片的两头端面上，叶片轴探出较长，在叶片轴上垂直相对控制滑轮位置之外安装链条，链条之外再安装扇叶片轴滑轮，这样扇叶片轴滑轮探出的比控制滑轮的要长，因此扇叶片在运动时控制滑轮、链条和叶片轴滑轮这三者就不会互相碰触了。

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4、滑道
扇叶片的两个扇叶轴滑轮和四个控制滑轮镶嵌在滑道中，接受滑道的控制（如上图所示）。滑道实际上就是一种凹槽，能让滑轮在其内规范滑行的环形模件。滑道系统是由两种滑道组成，一种是扇叶主滑道，另一种是控制滑道，它们被滑道支架固定在风扇支架上，每种滑道在扇叶片的左右各有一条。扇叶主滑道与链条形状相同，让叶片以一个近似操场环形跑道的封闭曲线上循环运动。

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（1）、主滑道
主滑道主要给扇叶片以支持，并且把扇叶片产生的力传递给支架，其次还要配合控制滑道进行扇叶片角度控制。主滑道的形状就是把一个圆形平均分开成两个半圆，再用两条线分别连接起来成一个像环形操场跑道的圆角矩形。扇叶片的宽度就可以等于或略大于这个半圆的长度（圆周长的一半），而每片扇叶之间的距离可以等于或略小于这个半圆的长度，所以在设计滑道长度时只要先计算好扇叶片的数量，再用叶片数量乘以半圆周长，就可以算出滑道的长度了（如右下图，左下图为风扇的截面示意图）。

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（2）、控制滑道
控制滑道就是控制叶片角度姿态的滑道，对运动中的扇叶片的姿态进行控制，让叶片按要求进行角度调节，以利于向下扇动空气。扇叶主滑道在里层，扇叶片轴上的滑轮就在这里滑动。控制滑道在外层，控制滑轮就分别在这里运动。控制滑道的设计比较复杂些，它是通过与主滑道之间的距离来控制扇叶片倾斜角度的，所以控制滑道的形状与主滑道是有些不同的。控制滑道的上下层平直滑道与主滑道相同，平行设置，只不过与主滑道的距离有些变化，例如上层扇叶的角度大于下层扇叶片的角度，那么上层控制滑道与主滑道之间的距离就要大于下层控制滑道与主滑道之间的距离。但到了左右端的半圆处，控制滑道的外形就有较大的变化。控制滑道左端的扇叶片滑过半圆时还要逆时针旋转近90度（如果上层扇叶倾斜45度角，下层扇叶倾斜27度角，那么扇叶片滑过控制滑道左端半圆时逆时针旋转72度），所以控制滑道与主滑道的距离将逐渐到最大（扇叶片控制滑轮到扇叶轴滑轮之间的距离）后再逐渐缩小，这个距离的变化要有利于扇叶片的旋转，对扇叶的不利因素要小，所以可以用一些如正弦涵数等数学计算方法来绘制出符合要求的滑道曲线来（如左下图）。对于上层扇叶片角度大于下层扇叶片角度这样的设计，左侧控制滑道与主滑道距离最大值不是在半圆的左侧正中间，而是稍微靠上一些，总之控制滑道的形状设计要让扇叶在左侧从上到下的滑动中按一定规律地改变角度逆时针旋转近90度。

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控制滑道右端的形状是个缺口设计，缺口的长度等于或稍小于扇叶片头端面上两个控制滑轮之间的距离（如右上图）。控制滑道在右侧的设计也要用一些如正弦涵数等数学计算方法来绘制出符合要求的滑道曲线来，要让扇叶在右侧从下到上的滑动中按一定规律地改变角度逆时针旋转90多度（如果上层扇叶倾斜45度角，下层扇叶倾斜27度角，那么扇叶片滑过控制滑道右端半圆时逆时针旋转108度）。
二、扇叶平移式强力风扇的原理
传统的旋转式风扇的扇叶由于是围绕中心做圆周运动，所以在旋转360度后又回到起点，但本风扇扇叶的平移运动，则是开弓的剑，一去不复返，怎么才能让扇叶再回来到起点？
1、扇叶片产生升力过程
扇叶在上下二层做往复平移运动的设计解决了问题。扇叶在上层以一定的倾斜角度向左平移运动，在这种角度下向下扇动空气，产生风（升）力。

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当运动到风扇左侧时在滑道的控制下到了下层扇叶片倾斜角度做了相反方向的变化，大约逆时针旋转了近90度，同时运动方向也改变了，此时向右运动，正好也是向下扇动空气，产生同样的风（升）力。

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当扇叶运动到了风扇的右侧在滑道的控制下扇叶逆时针旋转了90多度角后再回到起点，与左侧逆时针旋转的角度相加正好180度，也就是说扇叶片正好逆时针旋转了半圈，又回到了起点时的状态，只不过这时扇叶片的下部与上部颠倒过来了。这样每一片扇叶从上层运动到下层，再返回上层循环要两个这样的过程扇叶片就能完成一个360度的循环，这也是扇叶片的设计截面为什么必须对称的原因。通过上面的说明也可以看出，本风扇所扇动的空气其实是经过上下层扇叶的一次“接力”，上层风扇把空气扇动向下层，下层扇叶再接着把空气扇出（下）去，由于是双层扇叶平移，扇出的空气是不能像传统风扇那样由于扇叶横向的压力差而产生回流的现象，所以效率高。

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2、滑道控制扇叶片工作原理
扇叶能在上下层中向下扇动空气得益于滑道的作用，本风扇的扇叶主滑道和控制滑道不仅互相配合进行扇叶片的角度调节，还起着扇叶片力的传递作用。扇叶片在高速运动时会产生强大的抬升力，而链条是软性的，会发生上下位移的变化，这时让扇叶片轴两头上的滑轮在主滑道里滑动，扇叶片就可以在要求的路线上运动，同时叶片产生的强大的力也传递给了主滑道（控制滑道也起着一定的力的传递作用），主滑道再传递给滑道支架，然后作用于整体的支架上，就完成的力的传递。
扇叶片控制滑道和主滑道通过配合控制扇叶片的角度的，主要是靠控制滑道与主滑道之间的距离调节来实现角度变化的。控制滑道和主滑道之间的距离若等于叶片控制滑轮和扇叶片轴滑轮之间的距离，扇叶片就与主滑道垂直的；控制滑道和主滑道之间的距离若小于叶片控制滑轮和扇叶片轴滑轮之间的距离，扇叶片就与主滑道形成一定的倾斜角度。在滑道的控制下扇叶片的变化按运行的不同阶段可以分解成四个状态，分别是左平移（②-③）、下转弯（③-⑤）、右平移（⑤-⑥）和上转弯（⑥-②）这四个阶段。其中左平移和右平移阶段是“做功”阶段，是风扇产生气动作用的有效阶段，而下转弯和上转弯是扇叶片角度的调整阶段，是左平移和右平移之间的过渡阶段。

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（1）、在第一阶段是上层的扇叶左平移阶段，扇叶以一定的角度（比如45度角）从②的位置平移运动到③的位置，此阶段是扇叶片的“做功”阶段，扇叶片向左倾斜，并向左平移运动，向下扇动空气，产生风（升）力。由于扇叶片是平移的，不会像旋转那样，本扇叶片各部位的速度是相同的，所以效率是非常高的，产生的力也是非常大的。此阶段控制滑道和主滑道之间的距离小于叶片控制滑轮和扇叶片轴滑轮之间的距离，并且控制滑轮在扇叶片轴滑轮之前，所以是扇叶片“推”着控制滑轮前进，形成了向左倾斜的角度。
（2）、在第二阶段是扇叶片下转弯阶段，这一阶段扇叶片是不起什么气动作用的，主要是叶片状态转换，一是把叶片向左运动变成向右运动，二是让扇叶片转换成向右倾斜，以保证叶片向右运动时能很好地向下扇动空气。此时扇叶片离开③的位置向④的位置运动时，控制滑道与叶片主滑道之间的距离逐渐接近叶片控制滑轮和扇叶片轴滑轮的距离，到④的位置时达到最大值。这时，扇叶片也由向左倾斜逐渐变成与叶片主滑道垂直，垂直后链条带动扇叶片向左“推”控制滑轮的动力消失，从此对控制滑轮产生的力就是拉力（连在一起的两个物体中，一个物体对另一个物体的作用力主要有两个，一个是推力，一个是拉力。主动物体在被动物体之后就产生推力，平行时推力消失，再接着运动拉力就开始了）。从④到⑤的过程中，是控制滑道与叶片主滑道之间的距离开始减小的过程，同时扇叶片也开始向右运动，由于到④的垂直位置后扇叶片 “推”控制滑轮动力的消失，从此开始了“拉”控制滑轮的过程。因为是“拉”着扇叶片向右运动，所以扇叶片向右倾斜，一般认为倾斜的角度要比第一阶段扇叶左平移时的角度小些。这一阶段，扇叶片在下转弯过程中，从③到⑤本身逆时针旋转了接近90度角。
（3）、在第三阶段，扇叶片从⑤的位置右平移运动到⑥的位置与第一阶段运动方向相反，扇叶片倾斜方向相反，但作用一样的，都是向下扇动空气产生风（升）力。当然与第一阶段还有不同的就是倾斜的角度要与第一阶段可以有一定的差别，我个人分析认为，一般上层扇叶倾斜的角度大些，下层扇叶的角度小些可能会好些，这样好相互作用产生更强大的升力。
（4）、在第四阶段是扇叶片的上转弯的运动，这一阶段与第二阶段相似，也是扇叶片角度调整的过程。但与第二阶段相比，扇叶角度调整方式有所不同，因为这里涉及到一个扇叶片两头端面上扇叶轴左右两侧的两个控制滑轮的交接的过程。原先在控制滑道里滑动的扇叶片上控制滑轮从②的位置到⑥的位置一直受控在叶片主滑道外侧运动，当到达⑦的位置时扇叶片下控制滑轮越过叶片主滑道，到达控制滑道的缺口上端①，开始接受控制滑道的控制，此时，上下控制滑轮都分别在控制滑道内⑦和①的位置。过了⑦的位置，扇叶片上控制滑轮脱离控制滑道，扇叶片结束了“拉”上控制滑轮的过程，而到达控制滑道的缺口上端①的下控制滑轮接受控制，控制滑轮又跑在扇叶片轴滑轮之前了，开始了“推”下控制滑轮的过程。扇叶片从⑥到②的运动中大约旋转90多度角，与左端的③到⑤逆时针旋转的角度相加正好是180度，当再运动一圈后扇叶片才回到原始的状态，所以扇叶平移式风扇是每二周一个循环。
通过以上的分析可以看出，如果按控制滑轮的“推拉”状态就可以分两个阶段，既“推”的阶段和“拉”的阶段。从①到④是“推”扇叶片的状态，从④到⑦是“拉”扇叶片的状态，无论推还是拉，都向下扇动空气，产生作用力。
三、扇叶平移式升力用于飞行器垂直起降的优点
1、升力强大。扇叶平移式升力风扇由于利用空气压差升力，平移运动方式合理，升力非常强大。
2、占用空间小。扇叶平移式升力风扇扇叶密集，面积利用效率高，同样的升力下，它的占用空间会很小。
3、起降自由，方便灵活，安全可靠。由于扇叶平移式升力风扇的扇叶片都是在支架内运动的，并且还可以有百叶窗护罩的保护，不会对外面的人等发生碰触，所以安全可靠，可以在任意环境中安全起降，比直升机更加自由灵活。
4、外形可塑，便于设计。扇叶平移式升力风扇是一种矩形风扇，长和宽可以发生变化，所以可以设计任意外形的飞行器。
5、经济实用，大众化。采用普通发动机，可以采用普通的汽车燃油（加油站），还采用垂直起降，这些都令垂直起降飞行器的成本低，使用方便，所以比较实用。
飞机的垂直起降要从喷气发动机的反作用力升力回归到空气升力上，而利用空气动力的风扇是一种有益的探索，特别是扇叶平移式升力风扇。由于是新的探索，会有许多困难，比如噪音，比如润滑，比如受力结构，比如链条速度，比如各种高速的旋转… … 。特别链条的速度决定了扇叶片的运动速度，刚开始可能不是太快，我们可以用个人飞行器来验证风扇的性能，如左下图。只是安装两个升力风扇看看是否能垂直起飞，利用风扇的倾斜进行平飞。

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当风扇的速度有一定的提高时可以进行飞机的垂直起降试验，这时可以让飞机的整个机翼都安装扇叶平移式升力风扇，如右上图。利用面积庞大的升力风扇产生垂直起降升力，利用机身尾部的螺旋桨推动飞机平飞。

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    当风扇的运行速度达到一定的程度的时候，就可以用面积较小的风扇也能实现同样的升力的，如上图。可发先研制内燃机或涡轮轴发动机的普通垂直起降飞机，如左上图。如果条件成熟，再进行喷气式垂直起降飞机的研制，如右上图。最后在小型的垂直起降飞机的基础上，研制大型的垂直起降飞机，如下图的客机，或运输机等。

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自从莱特兄弟发明飞机的，针对飞机滑跑式起飞的不足有许许多多的人尝试过飞机的垂直起降形式，但遗憾的是从来没有人实现过实用的可以广泛普及的垂直起降，这主要是人们的主攻方向上的失误。而利用空气动力实现的垂直起降将是一种有益的探索，扇叶平移式风扇的正是一种大胆的尝试。无论实用与否，扇叶平移式风扇都是获取空气升力的一种有益的尝试，也是一种启迪。
但愿中国能开发出真正的垂直起降飞机！

手执倚天剑，
驾雾腾云端，
笑看脚下万重山，
悠哉，
比翼齐飞赛鸿雁。

万户陨火箭，
嫦娥奔月难，
自由飞翔难梦圆，
困哉，
莱特一飞永相传？

造飞天神扇，
助女娲补天，
展夸父追日夙愿，
志哉，
纵横驰骋天地间！


Email:chenjingping1@126.com