电解水喷射式飞行器

未命名 07-04 阅读:138 评论:0


1.本发明涉及飞行器技术领域,尤其涉及一种电解水喷射式飞行器。


背景技术:

2.随着飞行原理研究的和飞行器技术的不断发展和进步,各式各样的飞行器不断涌现。目前,能够垂直起降的飞行器,最常见的就是固定翼和旋翼式飞行器,由于符合空气动力学的翼型结构使它们能在运动时产生升力。其中,固定翼飞行器往往通过燃烧燃料油产生喷射动力来实现机体运动,从而在固定翼上下产生压差,抬升飞机,但这种飞行器具有结构难度大、污染空气等缺点;旋翼式飞行器往往采用纯电动式动力,但其桨叶为刚性结构,在受到外部干扰时,极易损坏,且动力电池储电量有限,无法实现长时间飞行,飞行速度和时长受限。基于上述缺陷,有必要设计一种清洁无污染的新型飞行器,既能保证飞行器的性能稳定,又节能环保。


技术实现要素:

3.本发明提供一种电解水喷射式飞行器,用以解决现有技术中飞行器节能环保性差的问题。
4.本发明提供一种电解水喷射式飞行器,包括:飞行器机体和升力动力系统;
5.所述升力动力系统包括电解水装置和气体喷射装置,所述气体喷射装置包括燃烧室、火花塞以及喷管,所述电解水装置和所述燃烧室均设于所述飞行器机体中,所述电解水装置与所述燃烧室连接,所述电解水装置产生的混合气体能够输送至所述燃烧室中,所述火花塞设于所述燃烧室中,能够点燃所述混合气体,所述喷管的一端与所述燃烧室连接,所述喷管的另一端延伸至所述飞行器机体外,所述燃烧室内燃烧后产生的高压气体经所述喷管喷出。
6.根据本发明提供的电解水喷射式飞行器,所述电解水喷射式飞行器还包括姿态调整系统,所述姿态调整系统包括桨叶、桨轴和电机,所述桨轴和所述电机设于所述飞行器机体中,所述电机与所述桨轴的一端动力耦合连接,所述飞行器机体设有开口,所述桨轴突出于所述开口,所述桨叶设于所述桨轴的另一端,所述桨轴的延伸方向与所述喷管的延伸方向垂直。
7.根据本发明提供的电解水喷射式飞行器,在所述姿态调整系统为多套的情况下,多个所述桨叶沿所述飞行器机体的周向方向依次布置。
8.根据本发明提供的电解水喷射式飞行器,所述电解水装置包括电解槽、阳极板和阴极板;
9.所述阳极板设于所述电解槽的中间位置,所述阴极板与所述电解槽的内壁抵接,所述电解槽与所述燃烧室连通。
10.根据本发明提供的电解水喷射式飞行器,所述电解槽通过输气管与所述燃烧室连通,所述输气管上设有安全阀。
11.根据本发明提供的电解水喷射式飞行器,在所述阴极板为多个的情况下,多个所述阴极板环绕所述阳极板布置。
12.根据本发明提供的电解水喷射式飞行器,所述电解水喷射式飞行器还包括能源系统,所述能源系统与所述电解水装置电性连接,所述能源系统包括太阳能电池和蓄电池中的至少一种。
13.根据本发明提供的电解水喷射式飞行器,在所述能源系统包括太阳能电池和蓄电池的情况下,所述太阳能电池和所述蓄电池可与所述电解水装置选择性电性连接;
14.所述能源系统还包括dc/dc转换器,所述太阳能电池通过所述dc/dc转换器和所述蓄电池电性连接。
15.根据本发明提供的电解水喷射式飞行器,在所述能源系统包括太阳能电池的情况下,所述太阳能电池设于所述飞行器机体的外表面。
16.根据本发明提供的电解水喷射式飞行器,在所述气体喷射装置为多套的情况下,多个所述喷管沿所述飞行器机体的周向方向依次布置。
17.本发明提供的电解水喷射式飞行器,通过在飞行器机体中设置升力动力系统,升力动力系统由电解水装置和气体喷射装置组成,其中电解水装置能够电解水生成氢气和氧气,氢气和氧气混合气体输送至气体喷射装置的燃烧室,利用燃烧室内的火花塞点燃混合气体,燃烧后产生的高压气体经燃烧室底部的喷管喷射出,从而为飞行器提供升力,利用清洁能源为飞行器提供动力,有效避免了飞行器节能环保性差的问题。本发明实施例提供的电解水喷射式飞行器,利用水作为间接储氢介质,通过电解水可控的产生氢气和氧气,氢气和氧气燃烧只产生水蒸气,对环境友好,同时飞行器储能介质为水和电池,相比于燃料箱或液氢罐等更加安全。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本发明实施例提供的电解水喷射式飞行器的结构示意图;
20.图2是本发明实施例提供的电解水喷射式飞行器的底部结构示意图;
21.附图标记:
22.1:飞行器机体;
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2:升力动力系统;
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21:电解水装置;
23.211:电解槽;
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212:阳极板;
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213:阴极板;
24.22:气体喷射装置;
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221:燃烧室;
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222:火花塞;
25.223:喷管;
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224:输气管;
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225:安全阀;
26.3:姿态调整系统;
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31:桨叶;
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32:桨轴;
27.33:电机;
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4:能源系统;
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41:太阳能电池;
28.42:蓄电池;
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43:dc/dc转换器。
具体实施方式
29.在本发明的描述中,需要说明的是,“上”、“下”、“内”、“外”、“中间”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。
30.在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设有”、“连接”等,应做广义理解,例如“连接”,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体式连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
32.随着飞行原理研究的和飞行器技术的不断发展和进步,各式各样的飞行器不断涌现,其中,最具有代表性的为固定翼和旋翼式飞行器,由于符合空气动力学的翼型结构使它们能在运动时产生升力。固定翼飞行器往往通过燃烧燃料油产生喷射动力来实现机体运动,从而在固定翼上下产生压差,抬升飞机,但这种飞行器具有结构难度大、污染空气等缺点;旋翼式飞行器可以采用纯电动式动力,但其桨叶为刚性结构,在收到外部干扰时极易损坏。因此,有必要实现一种清洁无污染的新型飞行器,既具有柔性结构,又不产生环境污染。
33.氢能源作为一种清洁,便宜的新能源,具有很大的应用前景,然而,目前,无论是直接使用液氢做燃料,还是使用燃料电池作为动力源,均具有很大的危险性。同时,固态储氢技术仍然有待发展,难以真正实际应用。这些客观因素都限制了氢能源的推广。
34.本发明实施例提供的飞行器使用水作为间接储氢介质,通过电解水可控地产生氢气并通过点燃喷射的方式产生动力,首次用该种方式作为飞行的动力源,是一种十分安全、便宜、清洁的新型飞行方式,具有很大的应用潜力。
35.下面结合图1和图2描述本发明实施例的电解水喷射式飞行器。
36.如图1所示,本发明实施例提供的电解水喷射式飞行器,包括:飞行器机体1和升力动力系统2。
37.升力动力系统2包括电解水装置21和气体喷射装置22,气体喷射装置22包括燃烧室221、火花塞222以及喷管223,电解水装置21和燃烧室221均设于飞行器机体1中,电解水装置21与燃烧室221连接,电解水装置21产生的混合气体能够输送至燃烧室221中,火花塞222设于燃烧室221中,能够点燃混合气体,喷管223的一端与燃烧室221连接,喷管223的另一端延伸至飞行器机体1外,燃烧室221内燃烧后产生的高压气体经喷管223喷出。
38.具体地,如图1所示,飞行器机体1包括机架与外壳,外壳罩设于机架,形成容纳腔体,整体呈碟形形状,其中,外壳的材料既具有高耐久度,也具有高柔顺性,包括但不限于硅橡胶材料。外壳具有一定的柔性,能够在维持内部结构紧凑的同时,可以缓冲一定的撞击和破坏,用于保护腔体内部的部件。
39.电解水装置21的作用是提供氢气和氧气,对电解水的原理进行简要说明:电解水装置21包括阴阳电极组、外接电源、电解槽和电解质溶液(本发明实施例特指水),外接电源的正极与阳极板连接,外接电源的负极与阴极板连接,阴极板和阳极板均处于电解质溶液
中,其中,阴极板与外接电源负极连接获得电子,发生还原反应,阳极板与外接电源的正极连接失去电子,发生氧化反应,即:
40.在阳极板:4oh-‑
4e=2h2o+o241.在阴极板:4h
+
+4e=2h242.总反应:2h2o=2h2+o2。
43.在阳极板生成氧气,在阴极板生成氢气,由此,由电解水装置21得到氢气和氧气的混合气体,电解水装置21与气体喷射装置22相连通,混合气体输送至气体喷射装置22中的燃烧室221。
44.混合气体在燃烧室221内被火花塞222点燃,氢气和氧气燃烧能够产生大量的气体,高压气体最终经燃烧室221底部的喷管223向下喷出,为飞行器提供升力。
45.本发明实施例提供的电解水喷射式飞行器,通过在飞行器机体中设置升力动力系统,升力动力系统由电解水装置和气体喷射装置组成,其中电解水装置能够电解水生成氢气和氧气,氢气和氧气混合气体输送至气体喷射装置的燃烧室,利用燃烧室内的火花塞点燃混合气体,燃烧后产生的高压气体经燃烧室底部的喷管喷射出,从而为飞行器提供升力,利用清洁能源为飞行器提供动力,有效避免了飞行器节能环保性差的问题。本发明实施例提供的电解水喷射式飞行器,利用水作为间接储氢介质,通过电解水可控的产生氢气和氧气,氢气和氧气燃烧只产生水蒸气,对环境友好,同时飞行器储能介质为水和电池,相比于燃料箱或液氢罐等更加安全。
46.在可选的实施例中,电解水喷射式飞行器还包括姿态调整系统3,姿态调整系统3包括桨叶31、桨轴32和电机33,桨轴32和电机33设于飞行器机体1中,电机33与桨轴32的一端动力耦合连接,飞行器机体1设有开口,桨轴32突出于开口,桨叶31设于桨轴32的另一端,桨轴32的延伸方向与喷管223的延伸方向垂直。
47.具体地,如图1所示,姿态调整系统3由桨叶31、桨轴32和电机33组成,姿态调整系统3的作用是调整飞行器在空中飞行的方向。出于保护部件的考虑,桨轴32和电机33优选设置于飞行器机体1内部,而桨叶31由于旋转和改变方向的需要,其设置方式为伸出飞行器机体1的外部。
48.电机33与桨轴32的一端动力耦合连接,桨轴32的另一端与桨叶31连接,电机33驱动桨轴32转动,进而带动桨轴32另一端的桨叶转动,从而为飞行器提供不同方向的推动力。
49.根据实际需要,姿态调整系统3的数量可以设置为多个,对应便有多个桨叶31,当飞行器需要朝某一方向飞行时,对应姿态调整系统3中的电机33开始工作,带动桨轴32和桨叶31旋转,产生向后的推力。具体地,当朝某一姿态调整系统3的方向飞行时,其反向的单个桨叶31旋转产生推力,其余桨叶不工作;当朝某两个姿态调整系统3之间的某个方向飞行时,其反向的两个桨叶31旋转产生推力,其余螺旋桨不工作,以此方式来调整飞行器的飞行方向,确保飞行器能够在空中按照需要稳定飞行。
50.在可选的实施例中,在姿态调整系统3为多套的情况下,多个桨叶31沿飞行器机体1的周向方向依次布置。
51.具体地,如图2所示,以姿态调整系统3为4个进行举例说明,4个姿态调整系统3对称分布于飞行器机体1的四周,分别为正南、正北、正西和正东四个方向,当飞行器需要向正东方向飞行时,启动其正西方向的姿态调整系统3中的电机33(其余方向的姿态调整系统3
不工作),带动桨轴32和桨叶31转动,产生推力,促使飞行器向正东方向飞行,同理,当飞行器需要向正西方向飞行时,只启动正东方向的姿态调整系统3,当飞行器需要向正南方向飞行时,只启动正北方向的姿态调整系统3,当飞行器需要向正北方向飞行时,只启动正南方向的姿态调整系统3。
52.当飞行器需要向东南方向飞行时,同时启动正西和正北方向的姿态调整系统3(其余两个方向的姿态调整系统3不动),带动桨轴32和桨叶31转动,产生推力,促使飞行器向东南方向飞行,同理,东北、西北、西南三个方向的调整,反向启动对应的姿态调整系统3(其余方向的姿态调整系统3不动)。
53.当然了,上述姿态调整系统3的布置方式仅为举例,也可以在上述设置的基础上,在东南、东北、西北、西南四个方向增设4个姿态调整系统3,即设置8个姿态调整系统3,还可以设置为其他数量,具体数量不作限定,能够满足调整飞行方向的需要即可,但考虑到飞行器飞行时的平衡性,姿态调整系统3需对称布置,且其设置数量是偶数为宜。
54.在可选的实施例中,电解水装置21包括电解槽211、阳极板212和阴极板213。
55.阳极板212设于电解槽211的中间位置,阴极板213与电解槽211的内壁抵接,电解槽211与燃烧室221连通。
56.具体地,如图1所示,电解水装置21由电解槽211、阳极板212和阴极板213组成,其中,电解槽211用于盛放电解液(水),水分子在电极上发生电化学反应,分别在阴极板213生成氢气,在阳极板212生成氧气。
57.其中,阳极板212的数量可以为1个,也可以为多个,对阳极板212的尺寸和数量不作具体限定,根据实际需要进行选择即可,阳极板212的材料可以为石墨电极或复合电极,但不限于此。
58.阴极板213的数量可以为1个,也可以为多个,对阳极板212的尺寸和数量不作具体限定,根据实际需要进行选择即可,阳极板212的材料可以为铂电极、钯电极或合金电极,但不限于此。
59.如图1所示,为了保证氢气和氧气都进入燃烧室,避免发生意外,电解槽211的顶部设有顶盖,非敞开结构,电解槽211的各出口均与燃烧室221连通,确保混合气体进入气体喷射装置22,无气体外漏。
60.在可选的实施例中,电解槽211通过输气管224与燃烧室221连通,输气管224上设有安全阀225。
61.具体地,如图1所示,电解槽211和气体喷射装置22中的燃烧室221之间设置有输气管224,通过输气管224实现连通,供混合气体流通,输气管224可以是直管设计,也可以是回路管设计,具体设计方式根据氢氧混合气体的流速来确定,此处不作具体限定。
62.燃烧室221的作用为混合气体燃烧提供空间,因此,燃烧室221需要由高强度材料制造成,其材质可以铜板或铝板,但不限于此,其他高强度材料均落入本发明的保护范围。
63.为防止点燃后的气体进入输气管224引起爆炸,在输气管224上设有安全阀225,安全阀225优选置于输气管224的末端,即输气管224与燃烧室221的连接处。
64.在可选的实施例中,在阴极板213为多个的情况下,多个阴极板213环绕阳极板212布置。
65.具体地,为避免阳极板212生成的氧气和阴极板213生成的氢气局部区域浓度过
高,整体流速不匀均的情况出现,阳极板212设于电解槽211的中间位置,多个阴极板213沿电解槽211的内壁等距环形排列。例如,阳极板212和阴极板213有六对,阳极板212均位于水槽中央,阴极板213沿电解槽211边等距环形排列。
66.在可选的实施例中,电解水喷射式飞行器还包括能源系统4,能源系统4与电解水装置21电性连接,能源系统4包括太阳能电池41和蓄电池42中的至少一种。
67.具体地,电解水装置21需要接入外接电源,才能实现电解水的功能,如图1所示,能源系统4与电解水装置21通过控制电路电性连接,能源系统4的正极与电解水装置21的阳极板212相连接,能源系统4的负极与电解水装置21的阴极板213相连接。
68.能源系统4可以为太阳能电池41,也可以为蓄电池42,还可以是太阳能电池41和蓄电池42连接组成的电池组。考虑到供电的稳定性,本发明实施例优选蓄电池42或包括蓄电池42的电池组。
69.在可选的实施例中,在能源系统4包括太阳能电池41和蓄电池42的情况下,太阳能电池41和蓄电池42可与电解水装置21选择性电性连接。
70.能源系统4还包括dc/dc转换器43,太阳能电池41通过dc/dc转换器43和蓄电池42电性连接。
71.具体地,当能源系统4为太阳能电池41和蓄电池42电性连接组成的电池组时,太阳能电池41通过dc/dc转换器43和蓄电池42电性连接,飞行器起飞时,与电解水装置21连接的控制电路呈闭合状态,太阳能电池41通过dc/dc转换器与蓄电池42并联,太阳能电池41和蓄电池42同时开始工作,外部光照射在太阳能电池41上,太阳能电池41产生电流,与蓄电池42共同给电解槽211的阳极板和阴极板供电,实现电解水产氢和产氧。
72.当飞行器停止飞行后,太阳能电池41通过dc/dc转换器43和蓄电池42串联,作为外部电源,为蓄电池42充电,直至蓄电池42的能量储存到总能量一定百分比。太阳能电池41和蓄电池42电性连接,既能为电解水提供电源,又能作为蓄电池42的外部电源为蓄电池42充电,是一种清洁环保的飞行动力源,极大地促进了飞行器的环境友好发展。
73.在可选的实施例中,在能源系统4包括太阳能电池41的情况下,太阳能电池41设于飞行器机体1的外表面。
74.具体地,为了方便太阳能电池41吸收太阳光,将太阳能电池41设置于飞行器机体1的外壳的外表面,如图1所示,在飞行器为碟形形状的情况下,太阳能电池41优选柔性太阳能电池,能够适应性的贴合于外壳的表面,最大程度的利用太阳光。
75.在可选的实施例中,在气体喷射装置22为多套的情况下,多个喷管223沿飞行器机体1的周向方向依次布置。
76.具体地,在实际操作中,气体喷射装置22一般为多套,对应的,伸出飞行器机体1外的有多个喷管223,为了保证飞行器能稳定悬浮,其位置对应均匀分布。
77.需要说明的是,为保障飞行器的平衡,各喷管223的喷射力量应尽量均匀,氢氧混合气体流入燃烧室221的速度趋于均匀为宜,喷管223的设置数量与阴极板213的数量对应,即每个阴极板213处连接一套气体喷射装置。
78.本发明实施例提供的电解水喷射式飞行器的工作过程如下:
79.飞行器需要起飞时,太阳能电池41通过dc/dc转换器43与蓄电池42并联,闭合与电解水装置21连接的控制电路,太阳能电池41和蓄电池42共同给电解槽211的阳极板212和阴
极板213供电,阴极板213发生还原反应,得到电子生成氢气,阳极板212发生氧化反应,失去电子生成氧气,至此,得到氢氧混合气体;
80.随着氢气和氧气的不断产生,电解槽211的上方气压增大,氢氧混合气体被压入输气管224中,当输气管224内达到一定压力后,安全阀225打开,混合气体被压入燃烧室221,此时,火花塞222工作,点燃燃烧室221内的混合气体,使内部气体爆燃并沿喷管223向下喷射,产生巨大推力,飞行器被抬升。同时,通过控制系统调节姿态调整系统3的转向,控制飞行器在水平方向的飞行方向;
81.在飞行结束后,断开与电解水装置21连接的控制电路,调节dc/dc转换器,使太阳能电池41作为外部电源为蓄电池42充电至达到一定的电量,为后续飞行做准备。
82.最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征:
1.一种电解水喷射式飞行器,其特征在于,包括:飞行器机体和升力动力系统;所述升力动力系统包括电解水装置和气体喷射装置,所述气体喷射装置包括燃烧室、火花塞以及喷管,所述电解水装置和所述燃烧室均设于所述飞行器机体中,所述电解水装置与所述燃烧室连接,所述电解水装置产生的混合气体能够输送至所述燃烧室中,所述火花塞设于所述燃烧室中,能够点燃所述混合气体,所述喷管的一端与所述燃烧室连接,所述喷管的另一端延伸至所述飞行器机体外,所述燃烧室内燃烧后产生的高压气体经所述喷管喷出。2.根据权利要求1所述的电解水喷射式飞行器,其特征在于,所述电解水喷射式飞行器还包括姿态调整系统,所述姿态调整系统包括桨叶、桨轴和电机,所述桨轴和所述电机设于所述飞行器机体中,所述电机与所述桨轴的一端动力耦合连接,所述飞行器机体设有开口,所述桨轴突出于所述开口,所述桨叶设于所述桨轴的另一端,所述桨轴的延伸方向与所述喷管的延伸方向垂直。3.根据权利要求2所述的电解水喷射式飞行器,其特征在于,在所述姿态调整系统为多套的情况下,多个所述桨叶沿所述飞行器机体的周向方向依次布置。4.根据权利要求1所述的电解水喷射式飞行器,其特征在于,所述电解水装置包括电解槽、阳极板和阴极板;所述阳极板设于所述电解槽的中间位置,所述阴极板与所述电解槽的内壁抵接,所述电解槽与所述燃烧室连通。5.根据权利要求4所述的电解水喷射式飞行器,其特征在于,所述电解槽通过输气管与所述燃烧室连通,所述输气管上设有安全阀。6.根据权利要求4所述的电解水喷射式飞行器,其特征在于,在所述阴极板为多个的情况下,多个所述阴极板环绕所述阳极板布置。7.根据权利要求1所述的电解水喷射式飞行器,其特征在于,所述电解水喷射式飞行器还包括能源系统,所述能源系统与所述电解水装置电性连接,所述能源系统包括太阳能电池和蓄电池中的至少一种。8.根据权利要求7所述的电解水喷射式飞行器,其特征在于,在所述能源系统包括太阳能电池和蓄电池的情况下,所述太阳能电池和所述蓄电池可与所述电解水装置选择性电性连接;所述能源系统还包括dc/dc转换器,所述太阳能电池通过所述dc/dc转换器和所述蓄电池电性连接。9.根据权利要求7所述的电解水喷射式飞行器,其特征在于,在所述能源系统包括太阳能电池的情况下,所述太阳能电池设于所述飞行器机体的外表面。10.根据权利要求1所述的电解水喷射式飞行器,其特征在于,在所述气体喷射装置为多套的情况下,多个所述喷管沿所述飞行器机体的周向方向依次布置。

技术总结
本发明提供一种电解水喷射式飞行器,包括:飞行器机体和升力动力系统,升力动力系统包括电解水装置和气体喷射装置,气体喷射装置包括燃烧室、火花塞以及喷管,电解水装置和燃烧室均设于飞行器机体中,电解水装置与燃烧室连接,电解水装置产生的混合气体能够输送至燃烧室中,火花塞设于燃烧室中,能够点燃混合气体,喷管的一端与燃烧室连接,喷管的另一端延伸至飞行器机体外,燃烧室内燃烧后产生的高压气体经喷管喷出。本发明提供的电解水喷射式飞行器,通过电解水可控的产生氢气和氧气,氢气与氧气燃烧只产生水蒸气,对环境友好,同时飞行器储能介质为水和电池,相比于燃料箱或液氢罐等更加安全。罐等更加安全。罐等更加安全。


技术研发人员:向文韬 刘静
受保护的技术使用者:中国科学院理化技术研究所
技术研发日:2021.12.21
技术公布日:2023/6/26
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