Способ создания силы тяги

 

Использование: изобретение относится к транспортным средствам, например, на воздушной подушке, и касается конструирования двигателей и движителей, применяемых на наземных, водных, воздушных, космических и других транспортных средствах. Сущность изобретения: создают струйную завесу из текучей среды, формируя ее соплом в камере, имеющей по крайней мере один выход в окружающую среду, к которому подключено вышеупомянутое сопло, создают давление текучей среды, меньшее или большее, чем давление в окружающей среде, при этом в первом случае текучую среду из камеры откачивают насосом, а во втором случае в камеру подают вышеупомянутую струйную завесу из текучей среды или текучую среду из любого иного источника, размещенного внутри или снаружи камеры, например, нагнетают вентилятором, а вышеупомянутой струйной завесой из текучей среды ограждают выход из камеры от окружающей среды. 1 ил.

Изобретение относится к транспортным средствам, например, на воздушной подушке, и касается конструирования двигателей и движителей, применяемых на наземных, водных, воздушных, космических и др. транспортных средствах.

Известен способ создания силы тяги, заключающийся в том, что создают струйную завесу из текучей среды, формируя ее соплом в камере, имеющей по крайней мере один выход в окружающую среду, к которому подключено вышеупомянутое сопло, создают давление, меньшее или большее, чем давление в окружающее среде, при этом в первом случае текучую среду из камеры откачивают насосом, а во втором случае подают вышеупомянутую струйную завесу из текучей среды или текучую среду из любого иного источника, размещенного внутри или снаружи камеры, например, нагнетают вентилятором (GB, патент Великобритании N 1220081, B 60 V 1/14, опублик. 1971).

Однако известный способ обладает малой энергетической экономичностью.

Технический результат внедрения описываемого изобретения заключается в повышении энергетической экономичности способа образования силы.

Этот технический результат достигается тем, что при реализации описываемого способа, заключающегося в том, что создают струйную завесу из текучей среды, формируя ее соплом в камере, имеющей по крайней мере один выход в окружающую среду, к которому подключено вышеупомянутое сопло, создают давление текучей среды, меньшее или большее, чем давление в окружающей среде, при этом в первом случае текучую среду из камеры откачивают насосом, а во втором случае в камеру подают вышеупомянутую струйную завесу из текучей среды или текучую среду из любого иного источника, размещенного внутри или снаружи камеры, например, нагнетают вентилятором, а вышеупомянутой струйной завесой из текучей среды ограждают выход из камеры от окружающей среды.

На чертеже показано продольное сечение силовой установки, реализующей изобретение.

Предлагаемый способ описан на примере создания силы, необходимой для подъема вертикально взлетающего летательного аппарата. Этот аппарат имеет фюзеляж 1, выполненный по форме диска. В центральной части фюзеляжа 1 имеется вертикальный канал 2, к выходу из которого подключают двухконтурный турбореактивный двигатель. Последний выполнен с вентилятором 3, газогенератором 4 и реактивным соплом 5. К выходу из вентилятора 3 подключена камера 6, имеющая форму тора. Камера 6 образована поверхностями фюзеляжа 1 и двухконтурным турбореактивным двигателем. Выход из камеры 6 от окружающей среды ограждают струйной завесой из текучей среды, например, газовой, которую формируют соплом 5, которое подключают к выходу камеры 6 в окружающую среду. Камера 6 может иметь несколько выходов. Объем А фюзеляжа 1 может служить для размещения полезной нагрузки. На чертеже показаны оси x и у системы координат, при этом ось у перпендикулярна земной поверхности, а ось x параллельна ей.

Описываемый способ реализуется с помощью, например, вертикально взлетающего летательного аппарата следующим образом.

Фюзеляж 1 размещают на некотором расстоянии от земной поверхности (например, вне ее влияния на подъемную силу вышеуказанного аппарата). В работу включают двухконтурный турбореактивный двигатель, и воздух с верхней поверхности фюзеляжа 1 поступает через канал 2 на вход в вентилятор 3 этого двигателя. В камере 6 с помощью воздуха, прошедшего через вентилятор 3, создают давление, повышенное по отношению к тому, которое существует в окружающее среде вокруг и вне фюзеляжа 1. Для этого используют только одну часть воздуха, пропущенного через вентилятор 3. Другая же часть этого воздуха поступает в газогенератор 4 двухконтурного турбореактивного двигателя.

Газовые продукты сгорания из газогенератора 4 подают в реактивное сопло 5, где они поворачиваются на угол, равный 90^o, и вертикальный газовый поток, параллельный оси y, принимает горизонтальное направление. Газовый поток из сопла 5 растекается в радиальном направлении равномерно во все стороны в горизонтальной плоскости, и на определенном расстоянии от сопла 5 газовый поток вновь поворачивается поверхностью фюзеляжа 1 на угол, равный 90^o. В дальнейшем газовый поток движется в вертикальном направлении, параллельном оси y.

Таким образом, выход камеры 6 струйной газовой завесой из текучей среды ограждают от окружающей среды фюзеляжа 1. Газовая струйная завеса обладает высокой скоростью истечения из сопла 5. При этом она неполностью изолирует камеру 6 от окружающей среды, существующей снаружи фюзеляжа 1, а лишь уменьшает утечки воздуха из камеры 6 в окружающую воздушную среду. В камере 6 за счет этого образуется воздушная подушка, так как в камеру вентилятором 3 непрерывно нагнетается воздух из атмосферы. Этим создается подъемная сила, например, в направлении оси y от земной поверхности. Эта сила обеспечивает режим висения вертикально взлетающего летательного аппарата. При этом газовый поток струйной завесы, вытекающий из сопла 5, не будет создавать подъемную силу вдоль оси y. В случае отклонения в дальнейшем конструкцией фюзеляжа 1 этой газовой струйной завесы на угол, равный 90^o, на фюзеляж 1 начнет действовать сила тяги, направленная по оси y и создающая подъемную силу для аппарата.

Таким образом, струйная газовая завеса, выпускаемая соплом 5, не только создает воздушную подушку и вместе с ней подъемную силу путем перекрытия камеры 6, но и дополнительно обеспечивает аппарат подъемной силой путем истечения этой струйной завесы параллельно оси y на конечном участке формирования газового потока этой воздушной струйной завесы.

Силовая установка, реализующая описываемый способ, может создавать подъемную силу, достаточную как для совершения вертикального взлета и посадки, так и для горизонтального поступательного перемещения вышеназванного летательного аппарата. Для его горизонтального перемещения может использоваться как отдельный движитель, например, воздушный винт (на чертеже не показан), так и сила тяги, создаваемая воздушной подушкой. В последнем случае это достигается наклоном в нужном направлении вектора силы тяги, создаваемой воздушной подушкой (как это имеет место у существующих вертолетов).

На чертеже показан двухконтурный турбореактивный двигатель, установленный вертикально на фюзеляже 1. Однако для привода нагнетателя (вентилятора, насоса и тому подобного) может быть использован двигатель любого типа (например, электродвигатель, двигатель внутреннего сгорания и другие), расположенный в любой части фюзеляжа 1 и ориентированный в любом направлении. Нагнетателей текучей среды (и двигателей) может быть несколько. То же относится и к вакуум-насосу, которым давление в камере 6 можно создавать ниже атмосферного с целью создания перепада давления и формирования разрежения в камере 6, благодаря чему подъемная сила аппарата может обеспечиваться вакуумной подушкой.

Кроме того, возможен вариант реализации описываемого способа, когда сопло 5 и ограждает выход из камеры 6 от окружающей внешней среды, и подпитывает камеру 6 новой порцией текучей среды.

В качестве текучей среды для формирования струйной завесы, ограждающей выход из камеры 6 от окружающей внешней среды, может использоваться любая (газ, жидкость, плазма, мелкодисперсное твердое тело, поток заряженных частиц и другие).

Поток струйной завесы может разгоняться до требуемых скоростей как за счет действия на газ динамических и статических сил, так и любым иным способом, например, путем действия на текучую среду этого потока электрических, магнитных и иных сил.

В камеру 6 текучая среда может подаваться как из окружающего ее пространства, так и от любого источника, например, из емкости (на чертеже не показана), подключенной к камере 6.

Камера 6 с давлением, меньшим или большим того, которое существует в окружающей внешней среде, может иметь любую форму, а струйная завеса из текучей среды может формироваться не только радиальным растеканием, но и движением текучей среды в каком-либо одном направлении и другим.

Текучая среда, создающая подушку в камере 6, может быть воздухом или иным газом. Источником текучей такой среды может быть твердое тело и/или жидкость. Источник этой среды может размещаться внутри и/или снаружи камеры 6. Он может находиться в отдельной емкости, подключенной к камере 6. Этот источник может являться газовым, причем газ может образовываться путем подвода тепловой энергии к такому источнику текучей среды.

При реализации описываемого способа с целью создания силы тяги камеру 6 заполняют текучей средой, давление которой может быть выше или ниже того, которое существует во внешней окружающей среде. В первом случае силу тяги создают путем образования внутри камеры 6 подушки с избыточным давлением текучей среды по отношению к давлению в окружающей среде. Во втором случае в камере 6 создают разрежение вакуумной подушки, и силу тяги получают посредством силового воздействия давления окружающей внешней среды на стенку камеры 6 снаружи.

В случае поддержания в камере 6 более низкого давления текучей среды, чем давление внешней окружающей среды, к этой камере источник текучей среды не подключают.

При реализации описываемого способа на летательных аппаратах их подъемная сила в горизонтальном полете может создаваться или обычными аэродинамическими несущими поверхностями (крыльями), или сочетанием последних с тем устройством, которое описано выше при раскрытии технической сущности предлагаемого способа создания подъемной силы.

Формула изобретения

Способ создания силы тяги, заключающийся в том, что создают струйную завесу из текучей среды, формируя ее соплом в камере, имеющей по крайней мере один выход в окружающую среду, к которому подключено вышеупомянутое сопло, создают давление текучей среды, меньшее или большее, чем давление в окружающей среде, при этом в первом случае текучую среду из камеры откачивают насосом, а во втором случае в камеру подают вышеупомянутую струйную завесу из текучей среды, или текучую среду из любого иного источника, размещенного внутри или снаружи камеры, например нагнетают вентилятором, отличающийся тем, что вышеупомянутой струйной завесой из текучей среды ограждают выход из камеры от окружающей среды.

РИСУНКИ

Рисунок 1