本發明涉及大氣層內移動物體加速或減速領域,特別涉及一種移動物體減速的方法。
背景技術:
目前的制動技術,一方面是延長制動距離S,另一方面是利用不同的原理來產生阻力F,如動車組的制動盤和再生發電、飛機調整減速板的角度來產生空氣阻力等,由于物體的動能是呈指數增長,而目前制動原理是線性的,所以制動原理跟不上動能增長的速度。如果用摩擦方式產生減速度,這還要解決高速制動情況下的散熱問題。
技術實現要素:
本發明使用的減速方法,可以產生跟速度V呈同比例增長的減速度,因此物體的移動速度越高,本發明產生的減速度就會越大。
為了解決上述技術問題,本發明公開了一種移動物體減速的方法,其特征在于:根據動能原理,包括以下步驟:第一步:將移動物體旁邊的低速的第二物體吸入或抓入第一物體內,所述的第一物體和第二物體能一同移動,所述的兩個物體一個在另一個內部/或兩者粘連在一起,或讓兩者連接為一個整體,如物體一粘住物體二。第二步:使第二物體與第一物體一起移動,將第一物體的動能轉移動能分量給第二物體、達到降速目的。
優選地,還包括第三步:將吸入的第二物體與第一物體分離,這個步驟不能使第二物體的動能交還一部分給第一物體,更優選的是第二物體沒有把自身動能轉移給第一物體的情況下,兩個物體進行分離。
優選地,還包括重復以上過程的步驟,
優選地,所述的移動第一物體表面開窗或開洞,利用移動第一物體的內部壓力小于外部壓力,來把第二物體吸入。
優選地,所述的第一物體表面開窗或開洞的同時,利用置輔助吸入裝置、進一步降低第一物體內的壓力,來增加第一物體的內外壓力差,將更多的第二物體吸入第一物體。
優選地,所述的第二步中,只要第二物體吸入第一物體后,跟著第一物體一起移動,即可完成第一物體的動能轉移給第二物體一部分。
優選地,所述的低速的第二物體包括其附加或附帶的低速物體。
優選地,所述的動能分量可使用以下公式及公式變式計算與判斷:
優選地,所述的第一物體和第二物體的條件互換,能實現一種移動物體加速的方法。
與現有技術相比,本發明具有的特點和效果如下:可以產生跟速度V呈同比例增長的減速度,因此物體的移動速度越高,本發明產生的減速度就會越大。產生的減速度跟制動時的速度呈正比,因此速度越高產生的減速度越高。而現有的制動技術效果相反,不像摩擦制動方式那樣產生大量的熱量。再生發電制產生的制動力,受到發電機最大功率的限制,速度越高制動力越小,降落傘/阻力傘,不能主動調節其尺寸,因此速度越低減速效果越差。利用本方法減速的時候,為了產生同樣的減速度,當第一物體的速度越小,需要吸入/連接的第二物體的質量就越大。
本發明方法的原理適用于動能定理,具體為利用動能原理進行加速或減速,原理解釋如下:
移動第一物體的動能用公式來表示,其中M第一物體為移動第一物體的質量,V第一物體為移動第一物體的速度,E第一物體的方向跟V第一物體相同。
第二物體的質量為M第二物體,速度為V第二物體’,我們定義V第二物體是第二物體在V第一物體方向上的分量(我們要分析的是在V第一物體方向上的動能和減速效果,其他方向上的同理).
第二物體在V第一物體方向上的動能為我們可把V第二物體表示為V第二物體=d*p*V第一物體,這里是速度比例參數,d為方向參數(當V第二物體與V第一物體同向時d=1,反向時d=-1)。我們約定第二物體的動能絕對值不大于第一物體的動能絕對值,即|E第一物體|≥|E第二物體|,于是我們有
即
M第一物體≥M第二物體*p2
(如果出現動能大小相反的情況,我們將在后面分析加/減速條件的部分說明。)
于是新第一第二物體的質量M第一物體第二物體=M第一物體+M第二物體,速度為V第一物體第二物體,考慮到動能在速度方向上的動能守恒:
我們可以得到:
因為|E第一物體|≥|E第二物體|,所以E第一物體第二物體≥0,即
根據公式(1),我們可以計算第一第二物體的速度V第一物體第二物體。如果第一物體第二物體兩個物體合體之后再分開各自移動,不考慮額外作用力的情況下,第一物體和第二物體都分別得到速度V第一物體第二物體。
加/減速判斷條件
●當第二物體的速度|V第二物體|=0時(p=0),有即V第一物體第二物體<V第一物體,實現了第一第二物體的減速
●當第二物體的速度|V第二物體|>0時(p>0),
1)如V第二物體與V第一物體反向,即d=-1,根據公式(1)有即V第一物體第二物體<V第一物體,實現了第一第二物體的減速。如兩物體動能大小相反,即M第一物體<M第二物體*p2,考慮到兩個物體速度方向相反,這種情況下,第一物體的速度將反轉為跟第二物體同向移動,效果同樣是減速。
2)如V第二物體與V第一物體同向,即d=1,根據公式(1)
a)如p<1(即V第二物體<V第一物體),則即V第一物體第二物體<V第一物體,實現了第一第二物體的減速
b)如p=1,則即V第一物體第二物體=V第一物體
c)如p>1(即V第二物體>V第一物體),則即V第一物體第二物體>V第一物體,實現了第一第二物體的加速
一段時間t內第一物體和第二物體結合起來,實現減速,我們就可以用公式來計算產生的減速度a第一物體。
附圖說明
此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解,構成本發明的一部分,本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明,并不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
圖1是本發明實施例所述的方法的主要步驟圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明實施例進行詳細說明:
實施例一:
如圖1所示,以動車為例說明移動物體減速的方法如下步驟:1)動車組移動時,優選在車體表面打開吸氣窗/吸氣口、如車頂或側面,吸氣窗可以突出到車外,更優先窗后設置輔助吸入裝置如吸氣風扇吸氣,將動車組周邊的低速空氣大量吸入動車組內,其中吸入的空氣可以含有其附加的霧霾、灰塵、水汽、小石子等雜質。或者在動車組表面伸出吸附裝置,把動車組周邊的空氣及其包含的各種雜質粘連在動車組表面(類似于用空氣在動車組表面吹出若干氣球,氣球連接在動車組上)。2)吸入的空氣在動車組內的儲存裝置中跟隨動車組一起移動的時候,獲取了動車組的一部分動能。3)將吸收了動車組動能的空氣,從動車組兩側、車頂的進氣口后面噴出,還可以從動車組正前方噴出,產生反作用力來產生額外減速度。4)重復步驟1-3,實現不斷的減速。優選地,步驟3是為了能夠不斷重復步驟1和2而設計的,如果動車組的空氣儲存裝置非常大,可以不用步驟3。另外本實施例同樣適用于移動的賽車、航天器返回艙等,
在本例中,假定將動車和空氣速度條件參數大小互換,即空氣的速度比動車組速度快,則會給動車組產生加速的效果。
在本例中,給出第一物體、第二物體的質量和速度后,根據上述方法步驟,利用動能減速原理計算出的具體減速效果,結果如下:
動車組重量M第一物體=518噸=518000kg,車速V第一物體=360km/h=100m/s,風力3級,即空氣速度V第二物體=4m/s,風速與動車組同向,時間t=1s內吸收空氣為M第二物體=M第一物體/1000=518kg,則利用公式可計算出產生的減速度為
(V第一物體-V第一物體第二物體)/t=0.047964m/s2
相當于CRH380D型動車組1級減速擋(標號越大,減速度越大)的減速度值0.048m/s2
實施例二:
如圖1所示,以水上飛機為例說明移動物體減速的方法如下步驟:1)水上飛機在水面、海面高速著陸時,著陸架底部開洞或優選向后伸出吸水管吸入,利用吸水機將水吸入飛機著陸架內、吸入的物質中含有水中附加溶解物質,更優選迎著著陸方向把水吸入或迎著著陸方向用輔助吸入裝置如泵吸入。或者用速凍的方法把著陸器附近的水凍結在著陸器表面。2)吸入的水在飛機的水儲存裝置中跟隨飛機一起移動的時候,或凍結的冰隨著飛機一起移動的時候,獲取了飛機的一部分動能。3)吸收了水上飛機動能的水,從著陸架兩側噴出,還可以從著陸架正前方噴出,產生反作用力來產生額外減速度。對于凍結的冰塊,可以直接扔掉。4)重復步驟1-3,實現不斷的減速。同時吸入水和吸入空氣可以各自進行,它們可以同時對水上飛機進行減速,效果并不沖突。如果飛機需要在高空飛行的時候減速,則可以通過吸收飛機周邊(機身上下左右前后)的空氣來實現減速,原理跟例子一中的動車組是一樣的。
本例子中,假定將飛機和水、空氣速度條件參數大小互換,即水、空氣的速度比飛機的速度快,則會給飛機產生加速的效果。
在本例子中,給出第一物體(水上飛機)、第二物體(水/海水)的質量和速度后,根據前面的方法描述,利用動能減速原理計算出的具體減速效果,結果如下:
日本US2水上飛機起飛時質量M第一物體=43噸=43000kg,著陸速度V第一物體=240km/h=66.67m/s,水速度為0,即V第二物體=0m/s,時間t=1s內吸收M第二物體=M第一物體/1000=43kg,則利用公式可計算出產生的減速度為
(V第一物體-V第一物體第二物體)/t=0.03331m/s2
實施例三
如圖1所示,以水上飛機為例說明海上船只加速的方法如下步驟:1)海上的船只,在船體表面(船頂或兩側)打開吸氣窗或吸氣口,優選吸氣裝置可以突出到船體外以便達到更好的效果。更優選吸氣口連接著輔助吸入裝置如吸氣風扇或真空發生器等產生負壓的裝置,將船只周邊的空氣大量吸入,吸入的空氣中可以含有其附加霧氣、霧霾、灰塵、水滴、小石子等雜質。或者在船表面伸出吸附裝置,把船只周邊的空氣及其包含水汽等凍結在船只的吸附裝置上(類似于結冰或用空氣在船只表面吹出若干氣球,氣球連接在船只上)。
2)吸入的空氣在船只內的儲存裝置中跟隨船只一起移動的時候,分享了船只和移動空氣的共同動能,從而降低(空氣速度低于船速時)或增加(空氣速度高于船速時)船只的速度。
3)為了利用本方法更好的對船只持續進行減速或加速,船只將把第二物體)中吸入的空氣釋放,例如從船只兩側噴出,然后重復以上加速過程。對于凍結的冰塊或吹起的氣球,可以直接扔掉。
利用這個方法,當風速大于船速,船只加速,方向上跟風速方向一樣。當風速低于船速,則船只減速。
這個例子中,假定將船只和空氣速度條件參數大小互換,即船只速度小,空氣速度大,就可以對船只進行加速。
在本例中,給出第一物體(船只)、第二物體(空氣)的質量和速度后,根據前面的方法描述,利用動能加速原理計算出的具體加速效果,如下:
帆船重量M第一物體=200kg,船速V第一物體=1m/s,風力5級,即空氣速度V第二物體=9m/s,風速與帆船同向,時間t=1s內吸收空氣為M第二物體=M第一物體/10=20kg,則利用公式(1)計算出產生的加速度為
(V第一物體第二物體-V第一物體)/t=0.31426m/s2
在本例中,給出第一物體(帆船)、第二物體(空氣)的質量和速度后,根據前面的方法描述,利用動能減速原理計算出的具體減速效果,結果如下:
暢游者帆船最大載重M第一物體=200kg,速度V第一物體=8m/s,風力3級,即空氣速度V第二物體=4m/s,風速與帆船同向,時間t=1s內吸收空氣為M第二物體=M第一物體/10=20kg,則利用公式可計算出產生的減速度為
(V第一物體-V第一物體第二物體)/t=0.183933m/s2
與現有技術相比,本發明具有的特點和效果如下:可以產生跟速度V呈同比例增長的減速度,因此物體的移動速度越高,本發明產生的減速度就會越大。產生的減速度跟制動時的速度呈正比,因此速度越高產生的減速度越高。而現有的制動技術效果相反,不像摩擦制動方式那樣產生大量的熱量。再生發電制產生的制動力,受到發電機最大功率的限制,速度越高制動力越小,降落傘/阻力傘,不能主動調節其尺寸,因此速度越低減速效果越差。利用本方法減速的時候,為了產生同樣的減速度,當第一物體的速度越小,需要吸入/連接的第二物體的質量就越大。當然,實施本發明的任實施例必不一定需要同時達到以上所述所有技術效果。