專利名稱：利用高速氣流來產(chǎn)生有用的電力的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以大量產(chǎn)生極廉價的電能的裝置。
背景技術(shù)：
目前，隨著全球產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，能源已經(jīng)成為制約經(jīng)濟發(fā)展的重要因素，而對于目前世界上所面臨的能源枯竭和新能源開發(fā)的問題，已經(jīng)越來越被世界各國所關(guān)注，但是經(jīng)過了很多年的努力，仍然沒有獲得根本性的轉(zhuǎn)變和實質(zhì)上的解決，世界性的能源問題已經(jīng)成為當(dāng)前人類所面臨的重大挑戰(zhàn)，并將持續(xù)影響人類的未來。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的裝置事實上可以解決世界性能源問題，因為本裝置可以用于所有的工業(yè)大國日本、美國以及所有的歐洲國家(以及大多數(shù)的其它國家)，其提供的能量可以超過全世界的消耗量。盡管該裝置只能產(chǎn)生電力，但由于價格低廉，因而可以將所產(chǎn)生的部分電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能或其它能量，從而可用于移動裝置，比如汽車。由于該電能價格低廉，因而還可用于其它用途，比如海水脫鹽，還可以將無用的工業(yè)廢料轉(zhuǎn)化成有用之物。該裝置所產(chǎn)生出的能量沒有任何污染。因而，該裝置可對解決因以石油為中心燃料而導(dǎo)致的世界性污染問題做出巨大貢獻。盡管該裝置易于受到破壞，然而并不比世界上其它國家的其它重要設(shè)施更為脆弱，因而可以有效地受到保護。如上所述，該裝置所產(chǎn)生的能量價格低廉而且純凈，因為它的原料是一種高速氣流。
這種高速氣流是一種在海平面之上極高處吹動的非?？斓募憋L(fēng)。在以色列國，這種風(fēng)處于海平面之上11與13公里之間(氣壓為200mb)，在世界上的其它地方，這種風(fēng)處于類似的高度。這些高速氣流早在第二次世界大戰(zhàn)期間就已被人們發(fā)現(xiàn)。然而由于它所處的高度以及缺少像本發(fā)明的這種裝置，因而在目前限制了它為人類產(chǎn)生有用的能量。目前這種高速氣流的唯一用途是飛機燃料經(jīng)濟化客機駕駛員在跨洋飛行中，在較高的高度上進入這種風(fēng)區(qū)，然而飛至其上方，從而可節(jié)省燃料。
典型的高速氣流厚度(從下至上)約為3Km，其寬度約為60Km，其長度約為數(shù)百或數(shù)千Km。
在以色列上空，高速氣流的每日平均最大速度約為120Km/小時，在歐洲及美國上空約為240Km/小時，而在日本則約為360Km/小時。
在以色列上空，它的最大速度為200Km/小時，在歐洲及美國上空為370Km/小時，而在日本則為550Km/小時。
這些速度的內(nèi)在功率意義(類似于其它任何風(fēng)力的功率，人們只能從中獲取60％左右)如下列風(fēng)力功率公式所示P=12mv2=12ρv3]]>式中，P是功率，單位為瓦，m是在海平面上在一秒內(nèi)穿過一個1平方米框架的空氣質(zhì)量，單位為Kg；v是風(fēng)速，單位是米/秒；ρ是風(fēng)的密度，單位是公斤/立方米。盡管ρ約為它在海平面高度的值的四分之一，但該因素對于v3并不重要。該公式還揭示了可由高速氣流來產(chǎn)生的能量與可由地平面上的弱風(fēng)所產(chǎn)生的能量之間的關(guān)系，后者在目前仍然用來產(chǎn)生部分能量。由于風(fēng)速是常數(shù)，因而利用本發(fā)明涉及的裝置來產(chǎn)生的能量的有效使用，將借助于大型電池系統(tǒng)。利用由本裝置所產(chǎn)生的能量來對該系統(tǒng)進行充電，從而維持高速氣流電站功能。
該裝置包括二個主要部分a)一個專用的管路，其在地面與高速氣流所處的高度之間進行連接；b)風(fēng)帆線或風(fēng)機線，其處于管路的頂部，用于驅(qū)動發(fā)電機，從而產(chǎn)生電流。


圖1為本發(fā)明的管路示意圖。
圖2為本發(fā)明的二個串聯(lián)管路示意圖。
圖3為本發(fā)明的風(fēng)帆示意圖。
圖4為本發(fā)明的處于以θ角來傾斜的風(fēng)帆的風(fēng)力與朝向風(fēng)向的風(fēng)力之間關(guān)系的示意圖。
圖5為本發(fā)明的蓋板交叉及管路輪廓的示意圖。
圖6為本發(fā)明的管路剖面示意圖。
圖7為本發(fā)明的另一種形式的管路示意圖。
圖8為圖7管路的俯視圖。
圖9為圖7管路的風(fēng)向和平面的角度關(guān)系示意圖。
圖10為圖7管路的剖面示意圖。
圖11為本發(fā)明的大軸承示意圖。
圖12為本發(fā)明的蓋板示意圖。
圖13為本發(fā)明的在風(fēng)帆中心的上下方向以同一距離來連接風(fēng)帆示意圖。
圖14為本發(fā)明的使風(fēng)帆傾斜的鏈條的軌跡示意圖。
圖15為本發(fā)明的風(fēng)帆及螺栓示意圖。
圖16為本發(fā)明的鏈環(huán)的俯視圖。
圖17為本發(fā)明的風(fēng)帆利用彈簧來與第一鏈條連接的方式示意圖。
圖18為本發(fā)明的主要裝置部分的示意圖。
具體實施例方式
管路的說明基于本裝置的二個模式，也可以采用其它模式。以下介紹精確的公式，用來計算裝置各部分的尺寸。首先建立三個特定模式。該裝置尺寸一般較大，為了制造它們，必須建立專用的設(shè)備。這在心理上有極大的困難，因為它是一種命新，而不是實際問題，然而對于大型工業(yè)企業(yè)則不存在困難(如果該管路設(shè)置在高山上，則該管路便可大大縮短)。
模式1中的管路由鋼管來組成，其經(jīng)過硬化處理，形狀略呈錐狀，且寬面向上。另一模式是小管路尺寸(它的直徑?jīng)Q定了其上的其它管路的直徑)，假設(shè)它處于海平面上，該模式為直徑為2米，長度為90米，在第二模式中，直徑為356米，長度為180米，或者直徑為502米，長度為251米(管路直徑較大的裝置可產(chǎn)生更多的能量，因而大直徑具有更大的益處)。
三種模式中的下部管路厚度為10mm(防止槍彈擊穿，否則會造成氣體泄露)。管路內(nèi)充填有氫氣或氦氣，管路下部的氣體壓力等于同一高度的外部氣壓(管路內(nèi)還有真空，但它是另一種不同的模式)。管路上端用鋼板來封閉，其寬度為1mm，向外凸拱，共形狀類似于半個球狀或半個橢圓狀。在其下部，用不透氣的輕材料板來封閉管路，(比如浸漬于塑料內(nèi)的緊固材料)，其可以折疊或剝離。折疊程度為當(dāng)管路處于最低點時，比如地平面，當(dāng)管路進行修理時，該材料不會在風(fēng)力下剝離，而是從折疊狀態(tài)來伸展，從而進入管路內(nèi)部，并壓縮管路氣體，直至它的壓力達到該高度的氣壓為止。這樣，便不會妨礙各管路下降(也不妨礙上升，因為在上升過程中，其將向外擴展)，而且與重量平衡無關(guān)。還可以防止在管壁任意一側(cè)上產(chǎn)生按壓(擠壓)，還可降低在裝置運行中會造成管路裂紋的壓力。
管路直徑向上擴展的方式為1cm長度管路上各區(qū)段的體積比率與不同高度的密度成反比(在裝置工作時)。擴展角的計算如下。
管壁厚度降低至每厘米管路長度在管路剖面上達到均勻(由于直徑增加，因而厚度應(yīng)減小)。
(對各管路，應(yīng)附加少量支撐設(shè)施，比如內(nèi)部氣體壓力測量裝置，還應(yīng)有管路上部的風(fēng)速測量裝置。與管路重量相比，其重量可以忽略，因而無需考慮這些重量。如果重量過大，則可增加裝置的承載管路長度，從而使各管路的重量在空氣中正好等于0)。
在管路設(shè)計時，應(yīng)確定管路在工作時的傾斜角(相對表面垂直)。根據(jù)飛機航線，并根據(jù)裝置所產(chǎn)生的能量，并通過下列計算來確定該角度。(裝置所產(chǎn)生的能量隨著傾斜角的增加而增加)。該角度可處于30至45度之間。管路有時可以更為垂直，(當(dāng)風(fēng)帆線上的風(fēng)力不太強大時)，但不能傾斜角度過大，因為需要遠離飛機航線，(顯然，該傾斜方向可以根據(jù)高速氣流方向來改變)。根據(jù)管路角度，并根據(jù)下部管路重量及附件重量，并根據(jù)管路下部的直徑，來確定管路下部的長度，從而使其上升力準(zhǔn)確等于它的重量。
下管直徑的選擇決定著頂管的直徑。需要各管路的長度，因為上蓋重量及厚度隨著直徑的增加而增加，需要使上升力與管路重量相平衡，(三種尺寸不是精確的，對管路尺寸而言，上升力大于其重量，其程度為數(shù)百或數(shù)千Kg)。
在增加直徑及降低壁厚中，無需考慮管路傾斜?？煽醋魇枪苈吩诠ぷ鲿r是直立的(圖1中的點1及3具有同一寬度，但點1與點2則不同)。其原因在于難以加工，還在于上部蓋板超出管路的尺寸。這不改變管路重量與上升力之間的平衡，因為任意高度線上的管路外周平均值適于平衡計算。
管路外周上可以附加鋼纜。但最好通過螺栓或焊接來使管路互相固定。這樣，可按17Km的距離來固定管路。在管路之間的固定點上，在下折疊體下部設(shè)有多個開孔，人及設(shè)備可以從中穿過，以進行下部維修。這些開孔與外部空氣接觸，從而在各管路底部增加氣壓，以便互相產(chǎn)生不同的上升力。
上述固定連接點還用于保護各管路的頂部蓋板免受風(fēng)中的固體物影響，因為蓋板完全處于管路上方(用于人或設(shè)備穿過的窄小開孔對面部分除外)。
以下進行大體計算，即每米長度重量相對氫氣上升力(假設(shè)氫氣進入其內(nèi)，當(dāng)然沒有危險，因為它處于管路上部的數(shù)公里之處，此處空氣稀薄，幾乎沒有氧氣)。上升力為海平面高度處的每升重量空氣約為1.3克?？諝庖话愫械獨夥肿樱浞肿恿繛?8(因為有氧氣的存在，使空氣更重，水氣及其它物質(zhì)不會改變重量)。
氫氣分子重量約為2，因此氫氣的單位體積重量為氮氣的1/14，甚至小于海平面上空氣重量的1/14(管路內(nèi)應(yīng)充填氦氣體，比率為2/14，因為氦氣體分子由單原子來構(gòu)成，重量約為4個原子單位)。如果從空氣重量中減去氫氣體重量(或氦氣體)，則結(jié)果是1.2克/升(或1.1克/升)。其差為1克/升，因而海平面上每升管路體積的上升力便成為約1克，這相當(dāng)于每立方米管路體積1公斤。假設(shè)管路直徑為356米(管路示例的直徑不是2米，因為其組成復(fù)雜)，則下部管路每米長度的氣體體積(假設(shè)處于海平面高度)是π(178)2＝99551m3這意味著用管路下部體積來表示的上升力是99.55噸。由于管路的直徑隨著高度而增加，而重量密度則隨著高度而降低，因而每米管路的上升力將與下部相同。管路長度為180米，因而上升力便成為17,919噸(各管路中底部的氫氣壓力相當(dāng)于該高度的管路的外部氣壓。該壓力將從內(nèi)向外作用，到達管路頂部，因為從管路底部至其頂部的外部空氣重量大于氫氣柱的重量)。
底部鋼管的每米重量(如上所述，是與此相等的每米管路的重量)是35600cm2·π·100cm·ρgr/cm3＝π·3560000cm3·7.8gr/cm3＝87235668gr＝87.236Ton因此，長度為180米的整個管路的重量約為15,703噸(各路頂部的蓋板下部的相交表面用于利用它下面的氣壓來固定管路，其面積為356000πmm2，其保持的重量為356000π(30)kg＝33552180kg＝33552Ton它大大超過蓋板下部的管路的重量，)。假設(shè)是一種半球狀，而且其面積為2πr2，厚度為1mm，則上蓋板的重量為M＝2π(178)2[m2]·104cm2·(0.1)cm·(7.8)gr/cm3＝1552794900gr＝1552.8Ton其結(jié)果是，全部重量約為17,256噸，它比管路上升力小663噸。如果加上附加設(shè)備重量，或者加上焊接重量，或者加上螺栓重量及上下部墊圈重量(用螺栓來固定管路)，或者加上鋼纜重量及附件重量(如果管路用鋼纜來固定)，則重量與上升力便可得到平衡。如果這些附加重量使管路重量超過上升力，則需要稍微延長管路，因為每米管路長度可產(chǎn)生12,315噸的上升力(沒有考慮蓋板周圍的氫氣的上升力，因為在本模式中，各蓋板將插入另一管路中)。
圖2表示二個串聯(lián)管路(圖中4是底蓋板，5是頂蓋板，6是上管，7是下管)。
根據(jù)30Kgr/mm2的計算，356m直徑的管路側(cè)壁可承受的彈力是π(356)(1000)(10)(30)＝335521800kg＝335,522Ton(該彈力是管路中的任意管子可承受的彈力，因為它的剖面面積等于下管的剖面面積)。
這一能力保留不用，從而防止在管壁上施加過大的力，各管子只在各高度上達到中性平衡，(直徑為2米的下管的允許彈力為π(10052-9952)30＝1884954kg＝1885Ton直徑為502米的下管的允許彈力為π(502)(104)(30)＝473123450kg＝473,123Ton
管路的傾斜角保持穩(wěn)定，因為在帆線區(qū)域存在弱風(fēng)，因而在該帆線區(qū)域內(nèi)工件的風(fēng)帆數(shù)將增加。即，目的在于維持在以一定角度傾斜的管路上所產(chǎn)生的最大能量。管路用鋼鏈來固定到地面上，并牢固插入水泥臺內(nèi)，從而插入地下。
為了將管路上的風(fēng)壓降低至最低，可以在各管路周圍環(huán)繞一圈用輕質(zhì)材料制成的風(fēng)帆，比如覆層材料(使其耐用)，并在輕質(zhì)框架上(鋁)拉伸，從而可自由轉(zhuǎn)動。如果風(fēng)帆固定于兩串環(huán)上，則各環(huán)應(yīng)接近各風(fēng)帆的頂部及底部，各環(huán)應(yīng)在二個塑料制成的相容環(huán)上滑動，其為自動潤滑式，并連接到各管路上。風(fēng)帆如圖3所示(圖中，8是管路上的管子，9是風(fēng)帆，可具有任意尺寸，ε是大于0的任意小數(shù)，最好至少為1/10)。
在上述風(fēng)帆中，箭頭始終指向風(fēng)的方向。風(fēng)將到達一個斜面上。它的傾斜角為相對風(fēng)向15度。與風(fēng)垂直方向的風(fēng)的功率相比，達到斜面上的風(fēng)的壓縮功率為sin215°。在該場合下，15°是0.0669872。它乘以三角形基面后便成為 (l是管路的長度，r是管路的直徑)。只在有大風(fēng)的管路高度部分，風(fēng)帆足以可達到這一傾斜角，在其它部分則縮短風(fēng)帆，使傾斜角大于15°，而在管路的其它部分則不設(shè)置風(fēng)帆。
在極長的管路中，最好設(shè)置二個獨立的風(fēng)帆，一個在另一個的頂部，或者設(shè)置多個，這樣，即使不同高度的風(fēng)的方向不是同一方向，也不會降低風(fēng)帆效率，(在極端的場合下，風(fēng)帆甚至?xí)茡p，因為該風(fēng)的壓力處于不同方向)。
該sin2θ的研究結(jié)果是，它處于以θ角來傾斜的風(fēng)帆的風(fēng)力與朝向風(fēng)向的風(fēng)力之間，如圖4所示(圖中，10是傾斜風(fēng)帆，11是風(fēng)向)。假設(shè)一平方米表面上的風(fēng)力為F，則以θ角來傾斜的風(fēng)帆的風(fēng)力便成為Fsinθ。風(fēng)向上的Fsinθ為Fsin2θ。
蓋板上部的內(nèi)壓力及其應(yīng)力以下大致計算蓋板上部的內(nèi)壓力及其應(yīng)力，它是易于解決的。首先進行的計算目的在于求出尺寸，然后進行精確計算。如果所有管路的長度均相等，則管路頂部內(nèi)外面之間的壓差便在管路下部達到最大(因為A任意一點上的內(nèi)壓等于管路底部的氣壓，減去管路內(nèi)下部的氫柱重量，B穩(wěn)定的高度差之處的之間的壓力比例是相等的，而且在接近表面之處，氣壓最高)。假設(shè)上述三個示例之間的最長管路的長度為502米，計算出蓋板最高處中心部分的壓力(其它部分處于下部，蓋板邊緣與管路頂部連接)。蓋板中心的外壓力等于海平面以上500米高度處的壓力。從已知文獻可知，對于500米的高度差，上下高度之間的壓力比例為0.94，因而，如果在地面上，壓力為1000克/平方厘米，而在500米高度，外壓力便為940克/平方厘米，即減小60克/平方厘米。氫柱的壓力為60克/平方厘米的1/14(如果充填氦氣體，則為2/14)，即減小4.29克/平方厘米(對氦氣體為8.6克/平方厘米)。因此，管路上部的內(nèi)壓為995.71克/平方厘米(對氦氣體為991.4)。因此，上述內(nèi)外側(cè)之間的壓差約為55.7克/平方厘米(對氦氣體為51.4)。
根據(jù)公式σ＝rρ/2t，(σ是蓋板應(yīng)力，單位是公斤/平方厘米，r是球體半徑，單位為米，ρ是壓力，單位是公斤/平方厘米，t是蓋板寬度，單位為米)。其結(jié)果是r＝2tσ/p，如果蓋板材料是鋼，其可承受最大應(yīng)力ρ＝3000公斤/平方厘米，則可得到r＝2(10-3)·(3000)/0.0557＝6/0.0557＝107.7m因此，寬度為1mm的圓形蓋板限于直徑為215米的下部管路(在上部管路中，內(nèi)外蓋板之間的壓差較小，而且隨著高度而減小)。由于55.7克/平方厘米這一壓差稍微超過圓形蓋板的最高點，因而可進行更復(fù)雜的計算，從而找出所允許的最大半徑，(從中可看出，無需更詳盡的解釋，因為如果半徑為250米，則圓形蓋板最高點將處于750米這一高度，因而外壓力將大大下降，壓差將大于0.0557公斤/平方厘米，從而使r增大)。
以下討論蓋板交叉及管路輪廓(圖5)。由此可找出圓形蓋上各點的壓力。各點的壓力取決于點的高度，即，取決于圖5中半圓周外圍與圖中a-a線上下方點之間的距離。該距離是rcosβp。假設(shè)整個管路上的溫度穩(wěn)定，則各點的該壓力便取決于下列半徑，其角度為θ(≡θp)1.3kgFm3∫0rcosθe-mghKTdh-(1.3)(114)∫0rcosθe-114mghKTdh=]]>“m”是氮分子質(zhì)量(相當(dāng)于空氣的平均分子質(zhì)量)，“h”是a-a線高度，“g”是重力加速度，“k”是波而曼常數(shù)，“T”是K氏溫度。
=[[-(1.3)KT/(9.8)m]e-9.8mhKT]0rcosθ-[-1.3(114)KT(114)9.8m·e-(114)9.8mhKT]0rcosθ=1.3KT9.8m(-e-9.8mrcosθKT+e-(114)9.8mrcosθKT)≡F]]>空氣與氫氣體柱每平方米重量之間有差異，球體的上部邊緣達到角度θ，因而它成為球體內(nèi)該平方米的上升力。這是角度θ點的值。
在各值的積分計算中，各蓋板的帶子與蓋板底部相平行，帶子完全處于角度θ。這意味著，積分計算應(yīng)為 其結(jié)果是2πF sinθ。最后，對各結(jié)果，應(yīng)從0至 來計算出整個球體拱形的積分(對所有的θ角)。
我們將得到T0≡2πr∫0π2Fsinθ·rdθ≡]]>作用在半球上全部的上升力。
2πr21.3KT9.8m∫0π2(-e-9.8mrcosθKT⊥e-(m14)9.8rcosθKT)sinθdθ=]]>我們設(shè)定x=cosθ⇒dxdθ=-sinθ⇒dθ=-dxsinθ2πr21.3KT9.8m∫01-e-9.8mrxKT⊥em149.8rxKTdx=]]>我們可以確定α≡9.8mrKT,]]>β≡m149.8rKT,]]>c≡2πr2(1.3)KT9.8m]]>=c01-e-αx⊥e-βxdx=cde-αx|01-cβe-δx|01=]]>=cα(e-α-1)-cβ(e-β-1)=2.6πrK2T2(9.8)2m2(e-9.8mrKT-1)-(14)2.6πrK2T2(9.8)2m2]]>·(e-9.8mr14KT-1)=]]>我們設(shè)定 =159413.78·106(e-29.466716·10-7-1)-2231792.9·106(e-2.0333368·10-3-1)=]]>=159413.78·106(0.9719346-1)-2231792.9·106(0.9979687-1)=]]>=-447401.15·104⊥453344.09·104=5942.94·104kgF=59,429Ton≡T0]]>為了確定圓形蓋板的寬度，應(yīng)利用下列公式來計算。它用于確定最小寬度，其中，蓋板及管路包括T0＝2πrσd其中，“d”是蓋板寬度。
其結(jié)果是d＝T0/2πr·3000＝5942.94·104/2π·251·102·3000＝＝1.256·10-1cm＝1.256mm由于形成壓力，因而半球體將具有拋物線形狀。但由于不同處的壓差不是很大，因而可以采用圓形。
如果為了找出任意場合下所需要的“d”，而代入通用的“T0”，則成為d＝2.6πrk2T2/(9.8)2m2·2πr·3000·104··[(e-9.8mr/KT-1)-14(e-9.8mr/14KT-1)]＝然后代入“T”、“k”及“m”值=3.3689513(13⊥e-1.134132.2·104r-14e-8.1003443·106·r)]]>
代入r值，從而可獲得相容的“d”值r[m]d[mm]50 0.0499100 0.198150 0.4200 0.796224 1.0003251 1.25300 1.79350 2.43其結(jié)果是，在224m半徑之下(在一定的溫度下)，圓形蓋板可采用1mm厚度。在計算中，應(yīng)計算各高度(確定“T”)，對其半徑而言，1mm寬度對蓋板是足夠的。根據(jù)臨界條件，為底部管路確定最大半徑(因為半徑應(yīng)隨著高度的增加而增加)。還可以使上蓋板形成拋物面狀，甚至其拋物面大于所需。
管路錐面計算以下計算管路錐面，即圖6中的錐角α，該圖表示管路剖面。假設(shè)管路傾斜角為30°。這樣，地面1公里高度處的管路長度為1/cos30°＝2＝1.1547005在1公里高度處，空氣的相對密度為0.9。以下計算圓筒半徑r2，其長度為1米，所處的高度為1公里，因而此處的空氣重量等于半徑為r1的圓筒內(nèi)的空氣重量，其長度為1米，置于地面上(兩個圓筒具有相同的上升力)。
這里ρ1——地表的空氣密度ρ2——1公里高度處的空氣密度根據(jù)要求πr12ρ1=πr22ρ2]]>ρ1/ρ2＝(r2/r4)2r2/r1=ρ1/ρ2=1/0.9=1.0540926]]>其結(jié)果是，在管路軸線1.1547005公里長度處，半徑增加0.0540926T1公里。如果和r1＝224m＝0.224km，則tgα＝0.0121167/1.1547005＝0.0104933α＝0.6012°
管路壓力控制、它的調(diào)節(jié)及裝置的修復(fù)可能性對各管路而言，必須設(shè)置(直接或間接)氣體壓力測量裝置，還應(yīng)設(shè)置隨時輸入輸出氣體的裝置(小管)。在裝置停用期間可能進行修理，在裝置工作中也可能進行修理(從一個或多個管子內(nèi)提取氣體不會影響其性能，因為上部容器所產(chǎn)生的管路拉力應(yīng)足夠大，從而能承受附加負荷，并在風(fēng)力不是很大的情況下，使管路的傾斜角不過大)。為此，對各管路應(yīng)附加小管，從而輸入或輸出氣體。這些小管應(yīng)連接到特定的中心，或管路底部的各中心。所有的小管最好管路的外周分散，從而在一處取下小管不會影響到其它部位，以免危害系統(tǒng)功能。最好不在整個系統(tǒng)內(nèi)都設(shè)置小管，各管應(yīng)分別充注，最好通過壓力測量口來進行。
防止雷電如果管路未覆蓋具有足夠厚度從而可防止雷電的塑料層，則需要附加電纜。電纜必須具有高導(dǎo)電性，且大于管路的導(dǎo)電性(處于下部管路與上部之間，并處于管路剖面之間，還應(yīng)附加絕緣器)。為了防止雷電，應(yīng)清楚雷電是否能影響系統(tǒng)。也可以通過上述電纜來利用這些雷電能量。
管路不一定采用鋼材，也可以采用合成材料，其比重應(yīng)小于鋼。在管路上配用導(dǎo)電電纜(一個或多個，圍繞管路對稱配置，并通過絕緣器來與其連接)。電纜應(yīng)是第二極，電流通過它而從管路頂部的發(fā)電機來流動，(或者，如果管路由不導(dǎo)電材料來制成，則電纜可用于二個極)。如上所述，上述管路只是形式之一。圖7及圖8是另一種形式，圖7所示的形狀基于上述形狀(圖2中也有表示)，其具有錐形膜，從管路底部至高度1為止，在此連接一個圓形膜片，與管路的上邊緣相交(因為氣體比重較低，該形狀始終保持圓形，不會變?yōu)閽佄锞€形)(在圖12中，設(shè)有在改變管路高度時用于平衡氣壓的孔)。圖8是圖7的俯視圖，在該模式中同樣，各管路在底部用柔性材料及折疊屏障來密封，從而可防止氣體進入。圖7所示的模式1也可以沒有風(fēng)帆，從而可減小風(fēng)壓，因為它的形狀可減小管路上的風(fēng)壓。平面上的風(fēng)壓的角度為α，它朝向風(fēng)向(圖9，圖中，13表示風(fēng)向，14表示平面)，從而相當(dāng)于sin2α。如果表面以角度β來圍繞a-a軸線傾斜，則平面上的風(fēng)壓便會相當(dāng)于sin2αsin2β。
管路尺寸的一般性計算為了使各模式中的各管路在空氣中浮動，因氫氣(或氦氣體)與空氣之間的比重差而產(chǎn)生的上升力應(yīng)大于它的重量。對圖2所示的管路而言，可見到“1”值(管路長度，米)及r值(管路直徑，米)(根據(jù)海平面高度的下部管路來計算，)，對此，下個公式可產(chǎn)生負值。
(如果需要選擇最大的直徑，則需要根據(jù)最受限制的、而且上蓋板的厚度為1mm便足夠的管路來確定直徑。我們所選擇的管路及蓋板的寬度分別為10mm及1mm。當(dāng)然也可以確定不同的值，從而更換下列公式。材料的密度為8克/立方厘米，也可以根據(jù)所選擇的材料來進行改變)。即，我們確定出 左側(cè)表達式表示作用在各管路上的平衡力，單位是克。其結(jié)果(Kg)是π(160rl⊥16r2-r2l)＜0kg在此未考慮固定在管路上的附加設(shè)備的重量，因為它們的重量可以忽略，而且還可由在上升力計算中忽略了的附加100克/立方米來補償。還未考慮圓形蓋板的氫氣上升力，因為該氫氣體積已被包括在管路頂部管的氫氣體積中(只在管路上部計算中需要考慮該體積)。
以下計算第二模式中應(yīng)考慮進去的附加重量及上升力，在圖7中，由10及7來表示。
錐形蓋板的重量(所有附加蓋板的厚度為1mm)是(0.1)(8)(10)∫h1h22πhtgαdh/cosα=]]>=(8)2π(tgα/cosα)∫h1h2hdh=16πtgαcosα(h222-h122)=]]>-8πtgαcosα(h2⊥h1)(h2-h1)=8πcosα(r2+r1)(h2-h1)=]]>=8π(r2+r1)(h2-h1)2⊥(r2-r1)2=58π(rl⊥l24)kg]]>(公式前面的系數(shù)0.1表示錐形蓋板的厚度，單位是cm。系數(shù)8表示立方厘米重量，單位是克。系數(shù)10表示(1002)的乘積，因為“h”及“dh”的單位是米，并除以1000，從而其重量結(jié)果是公斤，而不是克)。
半圓形剖面蓋板重量為(直接表示最后的公式，無需計算)π22(2r⊥l2)(l2)·10000·(0.1)·8110004π2(2r⊥l2)l2kg]]>錐形部分的體積(單位為立方米)是V=13πl[(r⊥l2)2⊥r2⊥r(r⊥l2)]=πl(r2⊥rl⊥l212)]]>半圓形部分的體積(單位為立方米)是
V=π28(2r⊥l2)(l2)2=π216(rl2⊥l24)]]>錐體內(nèi)的管路體積是2πrl(0.01)m3，并從錐體體積中減去。盡管它的尺寸較小，但我們沒有忽略它。每立方米體積的上升力約為1公斤，因而各管路的上升力為Flift=πl(r2⊥rl2⊥l212)⊥π216(rl2⊥l34)-2πrl(0.01)kg]]>涉及各管路的剖面，從而可在空氣中浮動的公式是π[5·8(rl⊥l24)⊥4π(2r⊥12)l2⊥160rl⊥]]>⊥16r2-l(r2⊥rl2⊥l212)-π16(rl2⊥l24)⊥2rl(0.01)]<0kg]]>合并后的公式為π[rl(58⊥4π⊥160⊥0.02)⊥l2(2s⊥π)⊥r2(16-l)-rl2(12⊥π16)⊥]]>-l34(13⊥π16)]<0]]>如上所述，我們進行了有關(guān)管路下部的計算，對其它管路也適用，因為管路重量與其體積的上升力之間的比例關(guān)系與下部管路相等。然而只適用于管體，而不涉及全部蓋板，因為它們的厚度是穩(wěn)定的，即1mm，而且隨著體積的增加，其重量也增加(對兩種類型的管路均相同，其至少有一個蓋板)。解決這一問題的方法是，將管路蓋板部分或全部設(shè)置到下部管路之上，其比重為鋼比重的1/4或更小(合成材料的比重為1.65克/立方厘米)。以下列出一個計算機表，其涉及兩種類型的管路，從中可獲得下部管路的直徑及長度的概念。
對管路上部而言，蓋板不應(yīng)從其上邊緣突出，以免妨礙風(fēng)吹向風(fēng)帆線上裝置的其它部分。上部管路可以與其它管路基本相同，只有在該管路中，管壁連續(xù)到蓋板頂點的高度為止。在該管路的上部，管壁稍微變厚，并安裝一個大軸承，如圖11(15表示管壁，16表示軸承)所示。
為了延長蓋板壽命，最好在兩個部分之間采用摩擦軸承，采用塑料材料，從而減少摩擦(所有的部件最好具有低比重，而用合成材料來裝配風(fēng)帆線及軸承)。
軸承部分具有幾個柱，其不與上管連接，不會明顯妨礙風(fēng)流，全部剖面等于各管路的剖面。
風(fēng)帆線與這些柱子相接。
(上述管路具有附加裝置，下文有介紹)。對于大型管路，其接近地面的直徑為502m，上部直徑為1004m，可以制作空氣動力柱，其長度為502m。這些柱子的上部與大蓋板錐體或平面相接(其厚度為1mm)，但配有邊緣(因而具有空氣動力性)，并充注氫氣。其目的在于向上延伸管路，防止它因風(fēng)壓而傾斜過大。
利用許多鋼環(huán)，將這些蓋板與管路相接，其相交區(qū)中，最大的向上力應(yīng)從中通過，并等于在傾斜時穿過管路的最大向上力。在計算出風(fēng)壓大小之后，計算其體積。蓋板如圖12所示(圖中，17表示錐形蓋板剖面，18表示平面形蓋板剖面)。并不一定采用角度30。角度減小后，封閉蓋板上的風(fēng)壓也減小。應(yīng)將封閉蓋板連接到空氣動力柱上，從而不互相接觸，而且互相不沖突。如果做不到這一點，也可以采用一個單體蓋板。
在空氣動力柱上安裝一個框架，它處于軸承之上。該框架的長度為數(shù)公里，其高度與空氣動力柱相同(根據(jù)風(fēng)壓來確定準(zhǔn)確的框架尺寸，它確定著封閉蓋板的拉伸角度，從而使管路不傾斜過大。該拉伸不應(yīng)超過根據(jù)管路剖面確定的管路的允許應(yīng)力)。封閉蓋板內(nèi)充注有氫氣，它將與該框架相接觸?？稍谏喜窟B接，穿過其長度，并在其兩個側(cè)面連接。它們可承受框架及附件的重量(在底部最好沒有蓋板，從而使框架的垂直柱可承受拉伸力，而不造成倒塌危險)。這些蓋板也有朝向風(fēng)向的邊緣。上部向下傾斜，類似于圖12所示。側(cè)面向框架傾斜，或者既向框架傾斜又向下傾斜。
承載風(fēng)帆的鏈條通過軸承與該框架相接。風(fēng)帆形成為矩形，其方向與風(fēng)向一致。其運動方式為整個風(fēng)帆系統(tǒng)沿著循環(huán)軌跡來運動。其連接方式為當(dāng)沿著風(fēng)向運動時，它們處于與風(fēng)向垂直的位置，當(dāng)返回時，便與風(fēng)向平行。鏈條在風(fēng)帆線的兩側(cè)承載風(fēng)帆。在每一側(cè)有二個鏈條。鏈條通過二個柱子來承載風(fēng)帆，其在風(fēng)帆中心的上下方向以同一距離來連接風(fēng)帆，如圖13所示。在風(fēng)帆軌跡的末端，承載上部柱子的鏈條將沿著風(fēng)帆線，在風(fēng)向的最遠側(cè)向下。由于承載下部柱子的鏈條仍然處于穩(wěn)定的高度(在適當(dāng)?shù)妮喿由?，因而風(fēng)帆便轉(zhuǎn)動且處于水平方向。兩對鏈條便平行地向下運動，從而處于在風(fēng)向上運動的工作風(fēng)帆之下，以便使風(fēng)帆返回到風(fēng)帆線的前面。這樣，風(fēng)帆便在鏈條的作用下，在風(fēng)帆線之下返回，直至達到風(fēng)帆線的起點，在此，上部柱子上升較大，而下部柱子則上升較小(兩對鏈條的長度應(yīng)相等，因為兩對鏈條以相同的平均速度來穿過周圈)。風(fēng)帆運動到它的表面朝向風(fēng)向為止，然后進入附加鏈條系統(tǒng)，該系統(tǒng)由與各風(fēng)帆相接的螺栓來推動，從而推動發(fā)電機。使風(fēng)帆傾斜的鏈條的軌跡如圖14所示。承載鏈條的輪子在上部、或下部或兩側(cè)與框架相接，從而使鏈條不互相碰撞。風(fēng)帆按同一距離依次與鏈條相接。
上述各附加鏈條在安裝時，與風(fēng)帆的上邊緣及下邊緣高度相同。風(fēng)帆將驅(qū)動這些鏈條，利用處于各風(fēng)帆上下的柱子來推動它們。圖15表示風(fēng)帆及螺栓。風(fēng)帆各側(cè)(左側(cè)及右側(cè))上下部的這些鏈條(稱為“工作鏈”)通過一組齒輪(與框架相接)來互相連接，因而二者以同一速度來運動。這組齒輪可防止風(fēng)帆不垂直朝向風(fēng)向，因為風(fēng)力有時不能在所有的風(fēng)帆上均勻分布。發(fā)電機在某處與這些鏈條連接。這些發(fā)電機用于產(chǎn)生電力。這此些發(fā)電機也與框架相接，必須要附加用于通過軸承來承載這些部件的重量的空心蓋板(第一個鏈條用于保持風(fēng)帆并使其傾斜，其下部使風(fēng)帆返回到風(fēng)帆線的起點，它處于工作鏈之下，否則會相互碰撞)。處于風(fēng)帆上下的工作鏈在風(fēng)帆線末端互相分開，因而使從風(fēng)帆上下露出的柱子不再接觸，而且不推動鏈條。這樣，承載風(fēng)帆的的第一鏈條便使風(fēng)帆在與地面平行的方向轉(zhuǎn)動，從而使其返回到風(fēng)帆線的起點，而不受風(fēng)力阻礙。
工作鏈由寬大的鏈環(huán)來構(gòu)成，如圖16所示，該圖是鏈環(huán)的俯視圖，它處于風(fēng)帆上側(cè)的鏈條上。該圖表示風(fēng)帆開始工作之時，換言之，是風(fēng)帆豎立安裝朝向風(fēng)向而且螺栓進入鏈環(huán)之時。同時，在螺栓19與鏈環(huán)20內(nèi)的柱子之間有一定的距離，這一壓力有助于鏈條移動。此后，在風(fēng)壓下，風(fēng)帆被推向柱子。這一推動是可能的，因為風(fēng)帆與第一鏈條相接，鏈條利用小彈簧(上述未示)來保持風(fēng)帆且使其運動。小彈簧的作用是風(fēng)帆線上的所有風(fēng)帆均平衡按壓推動發(fā)電機的工作鏈。圖17表示風(fēng)帆利用彈簧來與第一鏈條連接的方式(圖21中，22表示第一種鏈條，其保持風(fēng)帆并使其穩(wěn)定運動，23表示小彈簧，24表示彈簧托架)。(注框架遠大于風(fēng)帆，而且其體積可容納所有的鏈條及發(fā)電機。只在風(fēng)帆運動之外的外部進行加固)。發(fā)動機通過電池來與鏈條之一相接(一個或多個)。該發(fā)動機的作用是使驅(qū)動發(fā)電機的鏈條加速或減速(根據(jù)情況)，從而使鏈條及風(fēng)帆的速度達到風(fēng)速的1/3。因為在這一速度下，風(fēng)帆可獲得最大的風(fēng)能。這里的風(fēng)帆是大型的，也可以構(gòu)成多個小型風(fēng)帆系統(tǒng)?？蓪⑦@些小型系統(tǒng)逐個插入框架內(nèi)，各配用鏈條。為便于說明，這里所說明的是一個系統(tǒng)(各風(fēng)帆配有大窗戶，連續(xù)的風(fēng)帆效果會降低高速氣流的速度)。為使風(fēng)帆速度達到風(fēng)速的1/3，在框架上設(shè)置速度測量儀，其與鏈條加減速發(fā)動機相接。該發(fā)動機通過自動齒輪裝置來與鏈條相接。除了風(fēng)速儀之外，最好沿著風(fēng)帆高度設(shè)置多個測量儀，從而向計算機提供數(shù)據(jù)，以確定風(fēng)速的第三加權(quán)平均功率，并乘以風(fēng)的作用面積。所需的風(fēng)帆速度等于該加權(quán)平均值。
除了管路的上部速度之外，還設(shè)置用于測量此處的風(fēng)能的裝置。這裝置向水泵提供數(shù)據(jù)，其從管路頂部的專用水箱內(nèi)取出水(通過小直徑管路來與地面相接)或進行注入。其目的在于增加或減少重量，從而確定向上拉伸管路的加權(quán)力，并確定管路的傾斜角，進而確定風(fēng)帆線的準(zhǔn)確高度，因為有風(fēng)壓的水平力作用在管路上(也可以利用附加風(fēng)帆來進行傾斜，其根據(jù)能量測量數(shù)據(jù)以及作用在該區(qū)域上的風(fēng)力來改變角度)。風(fēng)帆線的高度應(yīng)處于風(fēng)能達到最大之處(最大值在于不啟動發(fā)動機，其頻繁注入水，以便達到因風(fēng)速差而引起的高度。所有這些由計算機內(nèi)的水泵抽吸方向來確定)。
注利用在風(fēng)帆線與管路之間產(chǎn)生不穩(wěn)定的角度的軸線，來進行風(fēng)帆線與管路之間的連接，從而防止在上管部產(chǎn)生壓力。最好在同一線上只安裝二個。因為軸線形成環(huán)狀，從而可傳遞力，并對所有的上部管路直徑產(chǎn)生作用。
發(fā)電機的冷卻較簡單，因為高速氣流處的溫度約為-50℃，如果這一溫度下的高速氣流進入發(fā)電機，則可有效地冷卻發(fā)電機。
所需風(fēng)帆運動速度的計算以下證明風(fēng)帆速度應(yīng)為風(fēng)速的1/3。利用下列公式，可以計算出最大功率，從而可計算出風(fēng)向上的風(fēng)帆速度P=wt=F→·X→t=F→·v→1]]>式中P＝功率，單位是瓦W＝功，單位是焦耳t＝時間，單位是秒F＝推力，單位是牛頓X＝運動方向上力的運動，單位是米(方向是固定的，因而無需合并)v1＝風(fēng)帆速度，單位是米/秒力“F”通過空氣分子變化來計算。在每一秒內(nèi)，等于ρ(v-v1)的質(zhì)量M作用在風(fēng)帆上(直接朝向風(fēng))。(v表示風(fēng)速，單位是米/秒，ρ表示空氣密度，單位是公斤/立方米)。風(fēng)帆系統(tǒng)中的該質(zhì)量動量是M(v-v1)＝ρ(v-v1)2假設(shè)碰撞是彈性的，因為具有極好的接近性。因此，與風(fēng)帆碰撞后的最終動量等于初始動量，但方向相反。由于ρ(v-v1)2是秒/平方米的動量，因而其結(jié)果是，在每秒內(nèi)，該動量便變?yōu)榉较蛳喾吹膭恿?。因此，風(fēng)帆對空氣分子產(chǎn)生的動量差(所有的風(fēng)帆以同一速度來運動)便成為2ρ(v-v1)2。這便是作用在每平方米風(fēng)帆上力的大小。作用在風(fēng)帆上的力還作用在地面系統(tǒng)中。此時的風(fēng)帆速度為v1。因此，風(fēng)帆上每平方米的功率便成為P＝2ρ(v-v1)2v1。
使功率達到最大的v1是∂P∂v1=2ρ(v-v1)2⊥4ρ(v-v1)(-1)v1=0]]>解為(v-v1)(v-3v1)＝0
v1=v3]]>其結(jié)果是，為了達到最大功率，風(fēng)帆速度應(yīng)為風(fēng)速的1/3。將其代入“P”公式中便可求出功率值Pmax=1ρ(23v)2v3=827ρv3]]>以下求出風(fēng)的功率部分Pwind=12mv2=12ρv3]]>PmaxPwind=827ρv312ρv3=1627=0.59259≈0.6]]>這是從其它計算獲得的最大可用風(fēng)能的已知結(jié)果。
需要計算出風(fēng)帆上的風(fēng)壓，即每平方米風(fēng)帆的能量，并說明裝置的工作方式。首先，計算該高度的空氣密度，其與海平面的密度成比例。密度的意義是單位體積的分子數(shù)乘以分子的平均重量，或者單位體積的克分子數(shù)乘以克分子的平均重量。根據(jù)下列克勞斯公式PVT=nR]]>式中，n表示克分子數(shù)(在計算中取定值)R表示常數(shù)其結(jié)果是P1V1T1=P2V2T1⇒V1V2=P2T1P1T2]]>指數(shù)1——表示海平面高度指數(shù)2——表示更高處其結(jié)果 ρ表示密度m表示該氣體的平均分子量N表示阿伏加德羅常數(shù)該計算不太精確，因為高處的m不等于海平面上的m，由于高處的氣體組成稍微不同，因而二個m不會降低。為了達到準(zhǔn)確，應(yīng)對各氣體進行該計算氮氣體、氧氣、氬氣體、氫氣、氖氣體及氦氣體，(對二氧化碳也同樣)。但未列出高處每立方米的各種氣體比例表格，因而進行大致計算。
地面高度處的干燥空氣的體積組成在下表欄目1中列出。ρ0表示這些氣體在海平面高度處的部分重量，根據(jù)計算，ρ0＝(空氣比例)·(分子量)·(1/22.443)m3。它們列在欄目2中。其和為1.2905419公斤。為計算高處的空氣密度，假設(shè)鄰近地面高度的氮氣體未處于氧氣之上，因為水平風(fēng)及顆粒以及垂直風(fēng)會使空氣持續(xù)混合。地面的氣體比例只根據(jù)在大氣中的比例來確定。對氬氣、二氧化碳及氖氣體也同樣，它們的比重互相差異不大。氪氣體及氖氣體不會上浮到其它之上，因為較重，它們的數(shù)量可以忽略。只有氫氣與氦氣體上浮到其它氣體之上，并向上噴射，因而，它們的濃度大于地面。要發(fā)現(xiàn)其濃度，便應(yīng)進行測量。但這兩種氣體對空氣的體積重量沒有太大影響，因為較輕(但根據(jù)在地面的比例，在此計算在此高度上的這二種氣體的作用)。
根據(jù)鄰近地面高度的普通氣體的作用，來找出單位體積的空氣重量。根據(jù)下列公式，對各氣體分別進行ρ＝ρ0e-mgh/KTρ0按上述來算出，m、ρ、h、k、T根據(jù)M.K.S單位。
因此， 表示下表欄目3所示的結(jié)果。
氣體欄目1欄目2(ρ0，kg)欄目3(kg)氮氣0.78030.97406250.1647618氧氣0.20980.29914 0.0393007氬氣0.00940.01672840.0013282二氧化碳0.00030.00058820.000036氫氣0.00010.00000890.0000078氖氣0.0000123 0.000011 0.000003氦氣0.000004 0.00000070.0000005氪氣0.0000005 0.0000018
氙氣0.000000060.0000003欄目3中的重量之和是0.205438kg。這一重量與空氣重量的比率是0.1591874。因此，空氣密度至少為表面高度的1/6.28(根據(jù)計算，為了使管路上升力與平面高度的相同，必須使它的厚度小于下部管路的2.5倍)。因此，下部管路的厚度為10mm，則上部管路的厚度便為4mm。
在計算風(fēng)的能量時，將密度設(shè)為ρ＝0.205kg/m3，在計算風(fēng)的壓力時，為保險起見，必須采用較大的值ρ＝0.22kg/m3。
以下計算風(fēng)帆上的風(fēng)力。
每平方米的力是2ρ(v-v1)=2ρ(23v)2=(89)ρv2]]>最遠處高速氣流的壓力是在日本550km/h我們得到 =(89)(0.22)v2=0.196v2|v=550km/h=153m/s=0.196(153)2=4588kg]]>以下計算管路可承受的最大力(如上所述，管路直徑可減小)。它在平面高度上的直徑為502m，其厚度為1cm。剖面面積為315000cm2。
(通過2π(502)(0.01)＝10.04π＝31.5m2)如果采用傳統(tǒng)的可承受3000kg/cm2的鋼材，則管路可承受的拉力為945000噸。
假設(shè)在風(fēng)力作用下管路所允許的最大傾斜角為30度(如果在管路上設(shè)置了上述裝置，從而減小風(fēng)的壓力，則管路上的壓力可忽略)。風(fēng)帆上的風(fēng)力為(sin30°)945000＝(0.5)945000＝472500噸。我們發(fā)現(xiàn)，日本在最大風(fēng)力時的最大壓力是4588kg/m2。因此，需要472500/4.588＝102986m2的風(fēng)帆。歐洲的最大風(fēng)速為200節(jié)以上，即370km/小時，則可得到力/m2的風(fēng)帆＝0.196v2|v＝370km/s＝103m/s＝0.196(103)2＝2079kg因此，最大風(fēng)速下在歐洲的最大傾斜角為30度，風(fēng)帆的總面積為472500/2.073＝227273m2。
如果傾斜角為45度，則最大水平力為(945000)(0.0707)＝668216噸，在風(fēng)速550km/小時下，風(fēng)帆總面積為145644m2，在風(fēng)速370km/小時下，風(fēng)帆總面積為321412m2。假設(shè)風(fēng)帆總面積為500000m2，從而對微風(fēng)也是適當(dāng)?shù)摹Ｈ绻?5個工作風(fēng)帆，則各風(fēng)帆的面積將為20000m2。如果表面上的管路直徑為502m，則上部管路直徑為(502)2.5＝1225m(可以小一些，因為如果上升力為0.1907kg，則直徑為502(2.2999)＝1150m便足夠)。因此，風(fēng)帆寬度可以為1300m。因此各風(fēng)帆的可以小于16m。
工作風(fēng)帆的數(shù)量可以根據(jù)寬度而有多種。
以下計算在最大風(fēng)速下的風(fēng)帆功率。根據(jù)上述公式 來計算功率，式中，A表示風(fēng)帆面積。如果風(fēng)速為550km/小時＝153m/秒，最大傾斜角為30度，則所有風(fēng)帆的 如果風(fēng)速為370km/小時＝103m/秒，最大傾斜角為30度，則所有風(fēng)帆的 如果最大傾斜角為45度，風(fēng)速為550km/小時，則所有風(fēng)帆的P=827(0.22)(153)3(145644)=34,000Mw]]>如果風(fēng)速為370km/小時，則所有風(fēng)帆的 然而，有時風(fēng)速較低，在該場合下，需要風(fēng)帆的面積，從而從風(fēng)中接收到全部能量(受制于所確定的傾斜角)。
管路拉伸力我們發(fā)現(xiàn)，大直徑管路的允許傾斜角為30度時，所有風(fēng)帆上的允許力便成為472500噸。在該場合下，管路的拉伸力向上，因而其傾斜角不會大于30度，而應(yīng)是(cos30°)(945000)＝(0.866)(945000)＝818394噸當(dāng)所允許的該傾斜角為45度時，拉伸力必須為(cos45°)(945000)＝668216噸如上所述，在上述12000m處空氣的密度為0.205438kg/m3。氫氣密度超過空氣密度的1/14。因此，如果降低蓋板內(nèi)的上升氫氣重量，則密度可達0.1907kg/cm3。
管路的拉伸力的最好產(chǎn)生方法是增加多個管路，可以稱為蓋板管，將其設(shè)置到結(jié)構(gòu)的上部，即承載風(fēng)帆系統(tǒng)及全部涉及風(fēng)帆系統(tǒng)的部分。該結(jié)構(gòu)最好也具有二個軸線，均處于同一投影線上，從而將該結(jié)構(gòu)連接到管路上，管路在其下側(cè)還具有圓形硬蓋。為了可以使管路設(shè)置到地面上，或者只為了減少其高度，可在其上設(shè)置柔性管。這些薄壁管達到一定高度的表面或中心，從而將氣體壓入蓋板及管路內(nèi)，從而使內(nèi)部壓力等于降低了管路之處的外部氣壓。
對于管路拉伸而言，可以設(shè)置三個蓋板管。各自的長度為1000m，直徑為1416m。下部管壁厚度與上部的相同(根據(jù)計算為4mm)。隨著直徑的增加可減小厚度(因而下部直徑為708m，而上部直徑則為739.375m)。根據(jù)所傳遞的拉伸力計算，只有其上部的管路才能降低壁厚。三個蓋板管的下部管路的體積包括上蓋的體積及下蓋體積約為(1.7488484)109m3，其所產(chǎn)生的上升力是333505.4噸。假設(shè)采用其比重為1.65cm3/gr的合成材料，則管路的重量包括上下蓋便為40224.418噸。其余的上升力是293280.98噸，約為管路拉伸所需力的36％。顯然，在這蓋板管上，還設(shè)有上述裝置，用來減小風(fēng)力。下部管路可具有上述直徑，但也可以具有大于上部管路的直徑。這是為了將蓋板管固定到結(jié)構(gòu)上，從而具有足夠的厚度，以便能傳遞動量，即作用力。
根據(jù)此處的管路拉伸形式，可以利用上述表面或錐面所產(chǎn)生的上升力，但只適用于固定風(fēng)帆系統(tǒng)及發(fā)電機的結(jié)構(gòu)。設(shè)置各風(fēng)帆，從而可傳遞力，并具有足夠的風(fēng)帆面積，從而按管路的最大傾斜角來接受風(fēng)能，該設(shè)置方式為各風(fēng)帆配有框架，其厚度由計算確定，從而足夠防止框架因風(fēng)壓而彎曲(這些計算是簡單的)，并采用輕質(zhì)堅固的材料來制作(鋁、鋼或合成材料)。還可設(shè)置增強柱。在自由柱區(qū)拉伸細繩。這些繩形成網(wǎng)從而固定風(fēng)帆。風(fēng)帆采用堅固材料，從而防止管路傾斜過大，當(dāng)有強風(fēng)吹來時，控制風(fēng)帆速度的計算機將發(fā)出指令，從而使風(fēng)帆以較高的速度來運動(風(fēng)帆一般的運動速度為v1=v3).]]>如果壓力較高，則風(fēng)帆上的壓力便降低，管路便不會超過所需的傾斜角。但該方法有不足。如果將原功率公式除以v1，從而了解ρ隨著v1的變化狀態(tài)，則成為∂ρ∂v12ρ(v-v1)(v-3v1)]]>如果合并壓力公式(風(fēng)帆上單位面積的力)，則成為∂∂v1[2ρ(v-v1)2]=-4ρ(v-v1)]]>容量與壓力的合并式之間的比例為2ρ(v-v1)(v-3v1)-4ρ(v-v1)=v-3v1-2]]>該公式大于1所需的v1值為v-3v1-2>1⇒3v1-v>2]]>其結(jié)果是，如果v1=v3]]>的差異極小，從而形成最后的公式，則壓力的降低量將大于所產(chǎn)生能量的降低量。如果差異超過該值，則能量的降低量將大于壓力的降低量。
需要考慮這些場合是否經(jīng)常出現(xiàn)，從而避免。如果經(jīng)常出現(xiàn)，便可能造成壓力及能量持續(xù)下降。這樣，可以在強風(fēng)期間折疊一些風(fēng)帆，從而減少風(fēng)帆的工作面積。折疊方式為將材料卷曲到風(fēng)帆側(cè)的卷筒上。卷筒在小型裝置上移動，設(shè)有二個輪子，運動方向為上-下或反過來。利用電力裝置來運動。電力通過固定鏈條或來自風(fēng)帆軌道上的電池。輪子在框架上運動，其處于框架的另一側(cè)，并固定到框架上的小裝置上，從而不能脫落。風(fēng)帆的另一端固定到框架上。圓筒的運動方式為在一個風(fēng)帆上，上-下方向運動，在另一個上，運動方向不同(下-上)。從而使上下工作鏈上的力可達到基本平衡。風(fēng)帆卷繞發(fā)動機從傳感器來接收無線信號，檢測管路的傾斜度。當(dāng)傾斜角過大時，該傳感器發(fā)出信號，從而停止卷繞。所有的風(fēng)帆都折疊到一起。有一些是工作風(fēng)帆，而另一些則是存放位置風(fēng)帆。這樣，在風(fēng)帆的連續(xù)運動中，當(dāng)存放風(fēng)帆工作，而且工作風(fēng)帆返回存放位置時，風(fēng)帆上的全部力便沒有改變。
風(fēng)帆線上的工作面積在這種方式中將保持恒定，管路的傾斜角處于所允許的最大值，從而接收更多的動力。如上所述，風(fēng)帆上單位面積的所用動力為ρm2=827ρv3]]>風(fēng)帆上單位面積的壓力為Fm2=89ρv2]]>將管路最大傾斜的風(fēng)帆上的允許力設(shè)為B，工作面積為 則總功率便為B(8/27)ρv3(8/9)ρv2=B(13)v]]>其結(jié)果是，裝置所產(chǎn)生的功率便按比例增加為v。
注上述拉伸管路的蓋板管的厚度為每個管路4mm，而且是每個蓋體1mm。材料的拉伸強度不必超過30kg/mm，需要使管路的厚度增大一倍(上管路厚度及部分下管路也如此)。蓋體的厚度應(yīng)大于上述的2.5倍。這不會引起任何問題，因為上升力仍然大于重量，因為上升力比重量大一級。
風(fēng)帆線及裝置動作的其它說明由于風(fēng)帆在風(fēng)帆線上依次設(shè)置，從而使風(fēng)吹到所有的風(fēng)帆上而不是第一個上，因而風(fēng)帆線應(yīng)穩(wěn)定地上下運動。通過使管路以小角度來前后運動，可以實現(xiàn)這一點。(通過向蓋板管內(nèi)壓入氣體，或者向蓋板加載水，從而吸入上部水箱內(nèi)，然后抽出。也可以利用管路之上的附加風(fēng)帆，該風(fēng)帆的傾斜角應(yīng)由計算機控制，從而對上部裝置產(chǎn)生附加的水平力)。上述運動可解決下述問題當(dāng)牌水平狀態(tài)的風(fēng)帆線(可補充)達到一個新高度時，風(fēng)便吹到第一個風(fēng)帆的前部，而且也吹到其它風(fēng)帆的前部。這股氣流(風(fēng))推動各風(fēng)帆。以下討論兩個串聯(lián)風(fēng)帆。當(dāng)處于風(fēng)帆之間的第三距離的空氣達到后風(fēng)帆時，風(fēng)帆便達到新高度，從而吹動新的空氣(此時在第一風(fēng)帆后面產(chǎn)生一種相對真空，長度為2/3風(fēng)速乘以所經(jīng)過的秒數(shù)。如果該相對真空增大，則該相對真空對吹動后風(fēng)帆的風(fēng)力會產(chǎn)生很大影響)。
如果不足或過大，則也可以不是1/3。為達到這一要求，各風(fēng)帆之間的距離應(yīng)等于所希望的最大風(fēng)速乘以風(fēng)帆升高時間的三倍，從而等于風(fēng)帆高度。如果所希望的最大風(fēng)速為540km/小時，即150m/秒，風(fēng)帆高度為30米，風(fēng)帆升高時間為15秒，則各風(fēng)帆之間的距離便等于(150)(15)3＝6750m。
如果風(fēng)帆線上有25個風(fēng)帆，線長度為169km，則對風(fēng)帆線長度沒有限制，因為各部分風(fēng)帆線將控制蓋板，從而升高。唯一的限制是生產(chǎn)成本及維護性。如果管路的振動頻率增加，或者不夠堅固(乘以3)，則可縮短該線。
為使風(fēng)帆接收到新空氣，風(fēng)帆線應(yīng)高于管路而低于蓋板管的高度?？刹捎每諝鈩恿χ?。這些柱子可配用管路頂部的軸承。其距離可足夠長，從而使管路頂部與拉伸蓋板管底部之間的距離至少三倍于風(fēng)帆高度。注為防止空氣動力柱彎曲，支撐風(fēng)帆的結(jié)構(gòu)應(yīng)利用聯(lián)軸節(jié)來與空氣動力柱相連接，比如利用與結(jié)構(gòu)相接的軸環(huán)或鉸鏈環(huán)，而在下部蓋板管則采用處于大環(huán)上的鉸鏈。該環(huán)與固定于下部蓋板管上的另一個空氣動力柱相接。此外，為防止返回到風(fēng)帆前部的風(fēng)帆不妨礙新鮮空氣到達風(fēng)帆，最好使風(fēng)帆從側(cè)面返回，而不是從下面返回。而且，蓋板最好從兩側(cè)而不是從上下部來支撐風(fēng)帆線。因此，被風(fēng)帆驅(qū)動的所有的工作鏈將相對上述位置呈現(xiàn)90度狀態(tài)。
結(jié)論是本發(fā)明利用高速氣流，通過管路來產(chǎn)生電力，管路內(nèi)有氣體，風(fēng)帆在風(fēng)向上運動(或者利用風(fēng)機，但本文未介紹，各翼片上各點上的運動速度為風(fēng)速的三分之一。因此各翼片的傾斜與遠處的傾斜是不同的，對軸上各距離而言，各點具有不同的傾斜角)。其它詳情，比如發(fā)電機的制造(而不是設(shè)置或多個管路，從而使渦輪機處于地面上)、風(fēng)帆及框架詳情、風(fēng)帆與發(fā)電機之間的力的傳遞方式，它們都是一種示例，可以以不同方式來實施。另一示例是將風(fēng)能迅速轉(zhuǎn)化成電能而不是其它能量。
上管路升力大于其重量的半徑值及下部管路值表格按鋼材料來計算管路重量充氣管路圓形及錐形蓋板管路半徑(米)長度(米)半徑(米)長度(米)165 529 1 81166 443 6 106167 382 11 131168 337 16 136169 311 21 141170 273 26 146171 249 31 151172 230 36 156173 213 41 161174 199 46 156175 187176 177177 177178 178圖18是主要裝置部分的示意圖(25表示地面，26表示與地面固定的裝置固定鏈，27表示管路之一的基體，28表示管路的圓形蓋板，29表示開口，用于平衡氣壓，并用于人及裝置進出，31表示用于向上拉伸管路的纜索，風(fēng)可向風(fēng)帆方向吹動，32表示向拉伸帆線的部件形式之一，充有氫氣。拉伸管可有多個，33表示矩形框架，其剖面呈矩形，風(fēng)帆處于其中，并沿著它移動，鏈條使其運動，發(fā)電機以1/3風(fēng)速來移動風(fēng)帆，發(fā)電機產(chǎn)生電力，34表示軸承，其使風(fēng)帆線框架根據(jù)風(fēng)向來改變其方向，30表示氫氣箱，用于使框架產(chǎn)生上升力)。(從框架兩側(cè)，在讀者方向及背面方向，設(shè)有類似的氫氣箱)。為了簡化而沒有圖示，圖3表示鄰近該管路的該裝置，用于減小管路上的風(fēng)壓，在各管路上插入儀表，用于測量其內(nèi)的空氣壓力。
權(quán)利要求
1.一種裝置，其利用處于高速氣流流動高度的高速氣流來產(chǎn)生電力，該裝置通過其上面的風(fēng)帆或風(fēng)翼來獲得風(fēng)能，并將其轉(zhuǎn)化成電能，可用于地面上，也可以制成二個部分，其中第一部分固定于地面上，并利用空氣的上升力來支撐，附件固定于第二部分的頂部，并向上拉動，從而防止因第一部分上的風(fēng)壓而產(chǎn)生傾斜，該裝置通過使風(fēng)帆以風(fēng)速的1/3至1/2的速度來運動，可隨時獲得最大風(fēng)能或使風(fēng)機以適于它的水平速度來運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，其利用將風(fēng)的運動與地面渦輪機相接的柱子，來將上述風(fēng)帆/翼片的運動轉(zhuǎn)化成電能，從而用于地面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，其通過向地面上的一個或多個裝置輻射所產(chǎn)生的能量，來將上述風(fēng)帆/翼片的運動轉(zhuǎn)化成有用的電能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，由一個或多個第二部分來構(gòu)成(用于將第一部分固定到地面上)，并用纜繩固定到一起，通過這些纜繩將裝置與風(fēng)帆或翼片連接到一起。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種裝置，其利用處于高速氣流流動高度的高速氣流來產(chǎn)生電力，該裝置通過其上面的風(fēng)帆或風(fēng)翼來獲得風(fēng)能，并將其轉(zhuǎn)化成電能，可用于地面上，也可以制成二個部分，其中第一部分固定于地面上，并利用空氣的上升力來支撐，附件固定于第二部分的頂部，并向上拉動，從而防止因第一部分上的風(fēng)壓而產(chǎn)生傾斜，該裝置通過使風(fēng)帆以風(fēng)速的1/3至1/2的速度來運動，可隨時獲得最大風(fēng)能或使風(fēng)機以適于它的水平速度來運動。
文檔編號F03D11/04GK1908423SQ20061009130
公開日2007年2月7日 申請日期2006年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月9日
發(fā)明者耶胡達·羅斯曼 申請人:耶胡達·羅斯曼