Экологичный гибридный летательный аппарат вертикального взлета и посадки с хранилищем для используемого в нем гелия

 

Изобретение относится к гибридным летательным аппаратам вертикального взлета и посадки с использованием аэростатической силы и аэродинамической силы. Аппарат предназначен для перевозки пассажиров и грузов на большие расстояния. Сущность: аппарат предназначен для использования совместно с хранилищем для гелия. Аппарат содержит корпус, который смонтирован из продольных изогнутых труб 19 и поперечных сплюснутых колец 18, полости которых заполнены гелием, обшивку 20, расположенную снаружи корпуса, мешки для гелия, расположенные внутри корпуса, полноповоротные крылья 46, 47, 48, 50, на которых установлены двигатели с винтами, и посадочное устройство в виде продольных изогнутых труб 44 в нижней части корпуса, которые покрыты резиной или пластиком. Хранилище содержит две емкости 31 и 35 равного объема, расположенные друг над другом под землей так, что дно верхней емкости соединено с дном нижней емкости. Имеются также насос, вентили и шланги для перемещения гелия из мешков аппарата в емкости и обратно. 7 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к летательным аппаратам, в которых скомбинированы достоинства дирижаблей и вертолетов или самолетов вертикального взлета и посадки.

Цель изобретения создание экологичного летательного аппарата вертикального взлета и посадки для перевозки из любой точки Земли в любую другую точку разом большого количества пассажиров без пересадок и грузов "от двери до двери" без перевалок, в первую очередь крупногабаритных агрегатов от места производства, сборки и наладки до места установки целиком без разборки в месте производства, транспортировки деталей и узлов по отдельности и повторных сборки и наладки в месте установки. Транспортных средств для решения последней задачи пока не создано.

Самолеты имеют небольшую грузоподъемность и рост ее ограничен, так как все большая часть мощности двигателей расходуется на подъем и перевозку самих самолетов. Они не могут брать пассажиров и грузы в любом месте, габариты грузов жестко ограничены. Доставка пассажиров и грузов к аэродрому, погрузка в самолет и обратная операция на аэродроме назначения занимают зачастую больше времени, чем сам полет. Аэродромы и зоны безопасности около них отнимают немалые участки земли. Шумы от взлетающих и садящихся самолетов отравляют жизнь людям в радиусе многих километров от аэродрома.

Вертолеты имеют малую грузоподъемность, и рост ее ограничен, они могут летать только на короткие и средние расстояния, шум от них довольно значителен.

Лишены недостатков указанных аппаратов дирижабли. Но у них имеются свои недостатки: большие размеры (для подъема 10 т груза при использовании гелия, 1 м3 которого обеспечивает подъем 1 кг груза, потребуется с учетом веса конструкции около 20 тыс. м3 газа, при этом длина сигарообразного корпуса будет порядка 75 м, диаметр примерно 30 м, для 100 т груза - соответственно 160 и 65 м) и связанные с этим сложности с обеспечением полета и швартовой стоянки при сильных ветрах, необходимо строительство грандиозных эллингов и стартовых комплексов с гигантскими поворотными платформами, обеспечивающими ориентирование дирижаблей по ветру для уменьшения ветровой нагрузки на них, потребуется балласт соответственно в 10 или 100 т от места стоянки до места получения груза и от места выгрузки до места стоянки, чтобы погасить подъемную силу гелия. Возникают трудности с поиском, погрузкой и выгрузкой балласта и его размещением в местах выгрузки.

Решение поставленной задачи по созданию нужного аппарата лежит на пути объединения достоинств дирижаблей и вертолетов или самолетов вертикального взлета и посадки и некоторой нейтрализации их недостатков. Уже известны два типа комбинированных из дирижаблей и вертолетов аэростатических летательных аппаратов. У одного из них к оболочке с газом легче воздуха снизу прикрепляется вертолет, к которому уже подвешивается перевозимый груз. Оболочка обеспечивает подъем всей конструкции и вертолета в том числе. Мощность двигателя вертолета используется почти полностью на подъем и перевозку груза. Имеющиеся патенты отличаются способами прикрепления вертолетов к оболочкам. Наиболее надежный и простой способ, по мнению автора, изложен в авт. св. SU N 1779637 A1, кл. B 64 B 1/34, заявлен 6.11.90 г. опублик. 7.12.92 г. бюлл. N 45.

Недостатки этого типа аппаратов: очень незначительная скорость перемещения, полеты возможны только на короткие расстояния, из-за высокой парусности не могут использоваться уже при небольшом ветре, не предусмотрена система прикрепления аппаратов к земле при их нахождении на аэродромах при сильном ветре.

У другого типа комбинированных аппаратов к сигарообразной оболочке, заполненной гелием, прикрепляются 4 вертолетных двигательных установки, две - с левого борта и две с правого, иногда добавляются самолетные тянущие винты. Один из таких аппаратов с разными способами прикрепления к оболочке вертолетных двигательных установок описан в патенте США, зарегистрированном в ФРГ под N DE 2640433 C2, кл. B 64 B 1/34 от 3.07.86 г. Как и в предыдущем случае, гелий обеспечивает подъем всей конструкции, мощности вертолетов используются целиком на подъем и перемещение грузов. К недостаткам, характерным для аппаратов первого типа, добавляется сложность конструкции, трудность обеспечения согласованной работы четырех не связанных друг с другом двигателей, для чего потребуется специальная система управления, а все это снижает надежность аппаратов.

В качестве прототипа взято авт. св. СССР N 41355, кл. B 64 B 1/62, 1935, в котором описан комплекс, образованный дирижаблем, хранилищем для гелия в виде газгольдера и шлангом, по которому перед приземлением гелий перекачивается из дирижабля в газгольдер. Комплекс имеет ряд существенных недостатков, которые могут воспрепятствовать его реализации. Для дирижабля в комплексе на стоянках необходимо строительство грандиозных эллингов и стартовых сооружений с гигантскими поворотными платформами, обеспечивающими ориентировку дирижабля по ветру, он сильно зависит от ветра при полетах, появляются трудности с поиском, погрузкой и выгрузкой балласта и его размещением в местах выгрузки. Ряд трудностей связан со шлангом. Дирижабль без груза будет летать на значительной высоте, значит потребуется шланг большой длины. Кроме того, уже на небольшой высоте над поверхностью Земли практически постоянно дует ветер, часто порывами и с изменением направления. По этой причине и из-за большой парусности дирижабля его колебания над точкой приземления будут происходить со значительной силой. Значит, шланг, учитывая еще и вес его спускаемой части, должен быть очень прочным, иначе он сразу же будет порван, произойдет утечка гелия, дирижабль может рухнуть вниз, экипаж, пассажиры и груз могут погибнуть, дирижабль и кусок тяжелого шланга при падении нанесут ущерб обслуживающему персоналу и оборудованию внизу или даже кого-либо убьют. Кроме того, возникает проблема размещения длинного и тяжелого шланга на дирижабле и спуска его конца на поверхность Земли в точке приземления для соединения с газгольдером. Далее газгольдер, как указано в Политехническом словаре 1977 г. представляет собой стационарное стальное сооружение в виде цилиндра длиной около 17 м, диаметром около 3 м переменного или постоянного объема высокого давления. Значит, он не может принять гелий в больших количествах. Газгольдеры, как правило, размещают на поверхности Земли. Значит, газгольдер из рассматриваемого комплекса будет мешать приземлению крупногабаритного дирижабля. Конечно, последние трудности могут быть преодолены установкой нескольких газгольдеров, которые могли бы принять требуемые объемы гелия, и их размещением под землей.

Общим недостатком всех перечисленных летательных аппаратов является то, что их двигатели загрязняют воздух продуктами сгорания бензина, получение которого из нефти в настоящее время поставлено под угрозу в связи с реальной опасностью ее исчерпания.

С учетом характеристик рассмотренных аппаратов поставленная цель - создание экологического гибридного летательного аппарата вертикального взлета и посадки для перевозки пассажиров и грузов, в первую очередь крупногабаритных, из любой точки поверхности Земли в любую другую без пересадок и перевалок достигается тем, что предлагается аппарат, корпус которого из легких и прочных материалов представляет собой горизонтально расположенный сплюснутый снизу цилиндр. Его несущие конструкции изготовлены из труб с круглым поперечным сечением. Для обеспечения продольной прочности отрезки труб размещаются по окружности поперечного сечения корпуса аппарата, их концы спереди и сзади корпуса загибаются и соединяются. Число таких отрезков труб определяется величиной окружности поперечного сечения корпуса и частотой размещения отрезков труб по этой окружности, их длина длиной корпуса. Для обеспечения поперечной прочности корпуса в качестве ребер жесткости трубы загибаются в виде сплюснутых внизу кругов, равных окружности поперечного сечения корпуса. Эти круги скрепляются вместе с продольными трубами. Число этих кругов определяется длиной корпуса и частотой их размещения. Для устойчивости корпуса к нему внизу прикрепляются продольные трубы большего диаметра, чем другие трубы. Их число зависит от размеров аппарата и может быть 2, 3 и более. Эти трубы увеличивают продольную жесткость корпуса, заменяют собой тележки, так как аппарат вертикального взлета и посадки упрощают, удешевляют и облегчают конструкцию аппарата. Нижние части этих труб, которые прикасаются к грунту при приземлении аппарата, для смягчения удара при приземлении и предотвращения их стирания и коррозии покрываются толстым слоем резины или пластика. Два или более мешка с гелием занимают вверху корпуса порядка 80% его объема и обеспечивают подъем всей конструкции аппарата и части веса груза и/или пассажиров около 50% При длительном нахождении аппарата на базовом аэродроме или его ремонте гелий выкачивается в специальное хранилище. При кратковременном пребывании аппарата на аэродроме и для его защиты от сильного ветра он жестко крепится с помощью тросов к кольцам, вмурованным в землю аэродрома. Тросы наматываются на лебедки, которые обеспечивают необходимое натяжение тросов при зацеплении их концевых крюков к вмурованным в землю кольцам. Лебедки, управляемые из кабины аппарата и, кроме того, каждая отдельно снаружи аппарата, при достижении определенного натяжения тросов автоматически выключаются и фиксируют натяжение тросов, чтобы не было разрывов тросов или волочения по земле и опрокидывания аппарата. Лебедки размещаются по обоим бортам корпуса симметрично. Количество лебедок, тросов с крюками и вмурованных в землю колец для каждого аппарата определяется его габаритами, соответственно подъемной силой гелия при максимальном заполнении им мешков, отсутствии пассажиров и грузов и самом сильным ветре с учетом его парусности, прочности тросов, крюков, колец и надежности лебедок. Для непредвиденных длительных стоянок аппарата вне базового аэродрома предусматривается размещение в нем небольшого передвижного станка для вмуровывания в землю буравов с кольцами, к которым прикрепляется аппарат с помощью тросов с крюками и необходимое количество буравов с кольцами.

К корпусу аппарата по обеим сторонам прикрепляются широкие поворачивающиеся на 360o пары крыльев с двигателями и винтами. Крылья прикрепляются с помощью подшипников к проходящим внутри них трубам, которые насквозь пронизывают корпус аппарата и зажимаются по обоим его бортам сверху и снизу указанными выше продольными круглыми трубами, спереди и сзади - сваренными и сплюснутыми внизу трубчатыми кольцами. В зависимости от грузоподъемности аппарата и соответственно его габаритов число поворачивающихся пар крыльев может быть два и более, на каждом крыле двигателей с винтами два и более. Крылья крепятся к пронизывающим корпус аппарата трубам симметрично, первая пара вместе с удерживающей их трубой - спереди внизу, все последующие пары дальше вдоль корпуса и выше предыдущих так, чтобы при горизонтальном полете аппарата винты на передних крыльях не отбрасывали воздух на винты последующих пар крыльев. Поворот крыльев обеспечивается специальными поворотными механизмами, работающими для каждого крыла независимо и управляемыми дистанционно из кабины аппарата.

Для обеспечения дополнительной подъемной силы внутри крыльев размещаются мешки с гелием, а внутри всех труб пленочные трубы с гелием.

Энергетическая установка у аппаратов намечается нескольких типов. Один из них: двигатель внутреннего сгорания бензиновый или даже дизельный, который передает энергию трехфазному генератору с частотой 400 Гц, запитывающему трехфазные электрические двигатели в лебедках, поворотных механизмах крыльев и для вращения винтов в крыльях, а также все электрооборудование. Трехфазные электроэнергия от генератора и двигатели при обеспечении дистанционного переключения фаз на электродвигателях вращают двигатели в лебедках, поворотных механизмах крыльев и винтов как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки. У обычных авиационных двигателей это сделать невозможно. Для экологичности в двигателе внутреннего сгорания может быть использован в качестве топлива водород. Учитывая его взрывоопасность, необходима специальная система его хранения, защиты и использования.

Другой тип: экологически чистый накопитель энергии в виде маховика с хорошими подшипниками в герметичном кожухе, из которого в максимальной степени выкачен воздух. В настоящее время разработаны энергоемкие и легкие накопители такого типа. Эти накопители подпитываются на базовых аэродромах. При включении маховик передает энергию генератору и далее вся система, как и в предыдущем случае. Как дополнительный экологичный источник энергии для подпитывания энергосистемы аппарата верхнюю часть его корпуса и верх крыльев покрывают фотоэлементами. Как пример, такая система указана в авт. св. SU N 1740249 A1, кл. B 64 B 1/00, заявлен 30.11.89 г. опублик. 15.06.92 г. бюлл. N 22. В солнечную погоду, а в пасмурную при полетах аппарата выше туч, энергия от фотоэлементов направляется после преобразования для подпитывания электрооборудования аппарата или в накопитель энергии в виде запасного маховика. Это значительно утяжеляет аппарат, но применение фотоэлементов вполне целесообразно из-за полной экологической чистоты, возможности подпитывания во время полета, а большая поверхность корпуса аппарата и крыльев позволяет получать энергию в довольно большом объеме.

Третий тип: также экологически чистый. Энергия аппарату подается путем приема мощных электромагнитных волн, испускаемых передатчиками со спутников Земли или с высотных платформ, запитываемых с земли и размещенных в виде сети и перекрывающих друг друга. Приемники на аппарате преобразуют электромагнитные волны в трехфазный переменный электрический ток частотой 400 Гц, который подается в электродвигатели и электрооборудование, как и в первом случае. В США идея с высотными платформами прорабатывалась для самолетов (см. Д. Селисбери. Сайенс Дайджест, Нью-Йорк. Перепечатано в газете "За рубежом" N 28/78. "Вместо горючего.микроволны".) Для предлагаемого аппарата эта идея подходит больше, чем для самолетов. При водородном топливе и в последующих двух случаях достигается полная экологическая чистота аппарата и, кроме того, при аккумуляторе-маховике, фотоэлементах и обеспечении энергией с помощью электромагнитных волн его бесшумность.

Использование электроэнергии с частотой 400 Гц позволяет установить в крыльях двигатели достаточную мощность при минимальных габаритах и весе. Не возникает никаких проблем с дистанционным включением и выключением любого из двигателей на крыльях, в поворотных механизмах и лебедках. Это придется делать очень часто. Вес предлагаемой энергоустановки сильно возрастет по сравнению с традиционными двигателями внутреннего сгорания в крыльях с подачей в них топлива, по данным 20-летней давности примерно в 5-6 раз. Электродвигатели при частоте 400 Гц и использовании в них высокоэффективных магнитных материалов значительно легче по весу и меньше по габаритам двигателей из обычных материалов и частотой в 50 Гц. В 1978 г. в США уже был разработан новый тип электродвигателя, размеры которого в 7 раз меньше обычных, и он может развивать мощность в 0,5 л.с. на фунт собственного веса при повышенном КПД (см. выше указанную статью "Вместо горючего.микроволны"). Кроме того, в аппарате может использоваться оборудование, разработанное для космических кораблей, в которых предъявляются жесткие требования к габаритам и весу.

Для удобства управления кабина экипажа размещаются в аппарате впереди внизу, далее энергоагрегат, за ней пассажирские и/или грузовые отсеки.

Для осмотра и ремонта поворотных механизмов крыльев, крепежных лебедок к ним проложены внутри корпуса специальные коридоры.

Грузовые аппараты обеспечиваются люками в днище для загрузки при зависании и перевозки крупногабаритных грузов в подвешенном состоянии и широкими дверями сзади для загрузки на земле. Аппараты снабжаются лебедками для подъема грузов в аппарат при зависании и тельферами для перемещения грузов внутри аппарата, а также лифтовой кабиной для подъема пассажиров в аппарат и опускания их на землю из аппарата при его зависании.

Винты у аппарата обычные самолетные современной конструкции и из современных материалов.

При отсутствии грузов и/или пассажиров на базовом аэродроме крылья поворачиваются винтами вниз, вращающиеся винты прижимают незагруженный аппарат к земле, крепежные лебедки ослабляют натяжение удерживающих аппарат тросов, их концевые крюки отцепляются от вмурованных в землю колец и путем уменьшения или числа оборотов винтов, или выключения нескольких симметрично расположенных на всех крыльях двигателей, или только на среднем крыле (средних крыльях у больших аппаратов) аппарат поднимается вверх. Далее по мере поворота крыльев винтами вперед от 90 до 0o к корпусу аппарат все более будет подниматься вверх, пока не уравновесятся подъемная сила гелия и плотность атмосферы, и одновременно будет увеличиваться его горизонтальная скорость, достигнув предела при 0o между крыльями и корпусом и работе всех винтов на крыльях на максимальных оборотах. При достижении аппаратом места приемки пассажиров или груза, или того и другого вместе он или зависает, или приземляется. Он зависает, когда по каким-либо причинам нельзя приземлиться или требуется перевозить крупногабаритные грузы в подвешенном состоянии, или нужно проводить высотные монтажные работы. Для приемки пассажиров при зависании опускается из аппарата к земле или к водной поверхности лифтовая кабина, которая после заполнения ею людьми возвращается в аппарат. При перевозке грузов в подвешенном состоянии от грузовых лебедок через отверстие в днище аппарата опускается трос или тросы, которыми зацепляется груз, и лебедки подтягивают его или в аппарат, или ближе к аппарату для удобства перевозки. При приземлении незагруженного аппарата крылья также, как при зависании, поворачиваются винтами вниз и тяговое усилие винтов направляется к земле и оно немного больше подъемной силы гелия в аппарате. Здесь регулировка работы винтов близка к их регулировке при зависании. После получения пассажиров и/или груза крылья поворачиваются винтами вверх и за счет подъемной силы гелия и винтов аппарат взлетает вертикально вверх.

После подъема на нужную высоту или одновременно в процессе подъема крылья постепенно поворачиваются винтами вперед в почти горизонтальное положение и аппарат ложится на нужный курс.

На фиг.1 показан вертикальный поперечный разрез аппарата по первой паре крыльев, когда продольные трубы жесткости охватываются сплюснутыми внизу трубчатыми кольцами, и хранилища для гелия; на фиг.2 вертикальный продольный разрез аппарата, когда продольные трубы жесткости охватываются сплюснутыми внизу трубчатыми кольцами; на фиг.3 приземление и удержание у земли аппарата с гелием без нагрузки и при отцеплении крюков от вмурованных в землю колец путем поворота крыльев винтами вниз и включения двигателей на крыльях; на фиг. 4 взлет аппарата с нагрузкой путем поворота крыльев винтами вверх и включения двигателей на крыльях; на фиг.5 полет аппарата с максимальной нагрузкой с поворотом крыльев на угол атаки в 45o и полет с минимальной нагрузкой с поворотом крыльев с винтами на минимальный угол атаки, при этом скорость полета максимальная, в последнем случае крылья и винты нарисованы штрихами; на фиг. 6 поворот зависшего незагруженного аппарата вправо путем поворота крыльев правого борта с винтами внизу, нарисованных штрихами, немного назад, крыльев левого борта с винтами внизу, нарисованных сплошными линиями немного вперед; на фиг.7 поворот зависшего незагруженного аппарата влево путем поворота крыльев правого борта с винтами внизу, нарисованных штрихами, немного вперед, крыльев левого борта с винтами внизу, нарисованных сплошными линиями немного назад; на фиг.8 незначительный поворот зависшего загруженного аппарата влево путем незначительного поворота крыльев правого борта с винтами вверху, нарисованных штрихами, вперед; на фиг.9 торможение в воздухе или движение назад загруженного аппарата путем поворота крыльев правого и левого бортов с винтами вверху назад; на фиг.10 поворот зависшего загруженного аппарата вправо путем поворота крыльев правого борта с винтами вверху, нарисованных штрихами, немного назад, крыльев левого борта с винтами вверху, нарисованных сплошными линиями немного вперед; на фиг.11 поворот зависшего загруженного аппарата влево путем поворота крыльев правого борта с винтами вверху, нарисованных штрихами немного вперед, крыльев левого борта с винтами вверху, нарисованных сплошными линиями немного назад; на фиг.12 - вид аппарата сверху, штрихами показаны пронизывающие корпус аппарата трубы, к которым прикреплены крылья; на фиг.13 поперечный вертикальный разрез аппарата второй модификации, когда продольные трубы жесткости смонтированы с внешней стороны трубчатых сплюснутых внизу колец, обшивка прикреплена к продольным трубам; на фиг.14 продольный вертикальный разрез корпуса аппарата второй модификации, когда продольные трубы жесткости смонтированы с внешней стороны трубчатых сплюснутых внизу колец.

На фиг.1 показан в качестве примера поперечный вертикальный разрез корпуса аппарата по первой паре крыльев и размещение трех пар крыльев с винтами по вертикали, а также разрез гелиевого хранилища. В корпусе продольные трубы охватываются сплюснутыми внизу кольцами, обшивка прикрепляется к кольцам.

На фиг.2 показан продольный вертикальный разрез этого же аппарата.

На фиг.13 показан поперечный вертикальный разрез корпуса также по первой паре крыльев. Здесь продольные трубы вне сплюснутых внизу колец, обшивка прикрепляется к продольным трубам. На фиг. 14 показан продольный вертикальный разрез этого же аппарата; на фиг.12 вид аппарата сверху. Аппарат состоит из корпуса, монтируемого из продольных загибаемых и соединяемых спереди и сзади круглых труб 19 и сплюснутых внизу колец из труб такого же диаметра 18 и обшивки 20. Для прикрепления поворачивающихся на 360o крыльев корпус аппарата пронизывают трубы, первая спереди внизу 14, вторая в середине корпуса и выше первой 61 и третья сзади корпуса и выше первой и второй 62. Эти трубы зажимаются сверху и снизу продольными отрезками труб 19, спереди и сзади кольцевыми трубами 18. К трубе 14 с правого борта прикрепляется с помощью подшипников 13 крыло 17, с левого крыло 46, к следующей трубе 61 прикрепляются с помощью не показанных на чертежах подшипников 13 с правого борта крыло 47, с левого -крыло 48, аналогично к трубе 62 крылья 49 и 50. С правого борта в крыле 17 с прикреплением к подшипникам 13 устанавливаются двигатели с винтами 1 и 3, в крыле 47 двигатели с винтами 5 и 7, в крыле 49 двигатели с винтами 9 и 11, в крыле 46 -двигатели с винтами 2 и 4, в крыле 48 двигатели с винтами 10 и 12. Крылья правого борта поворачиваются с помощью поворотных трубок 16, 51 и 53 и фиксируются под нужным углом механизмами 15, 52 и 54, левого с помощью трубок 55, 57 и 60 механизмами 56, 58 и 59. Корпус аппарата опирается на трубы 44, покрытые внизу резиной или пластиком 45. Аппарат на базовом аэродроме удерживается с правого борта лебедками 41, тросами 42, которые зацепляются крюками к вмурованным в землю кольцам 43, с левого борта лебедками 63, тросами 64 и кольцами 65.

Хранилище гелия внизу (фиг.1) в земле состоит из двух расположенных друг над другом емкостей примерно равного объема верхней 35/34 и нижней 31/32. От дна верхней емкости спускается вниз труба 33, которая достигает вторым концом дна нижней емкости. От крыши нижней емкости поднимается вверх труба 30, которая выходит в углубление в земле 39, закрываемое крышками 40. Труба 30 заканчивается двумя отводами, к верхнему отводу прикрепляется вентиль 25, к концу нижнего присоединен насос 29, вход которого закрывается вентилем 28. К вентилю 25 присоединяется вентилем 24 шланг 26, для прочности и жесткости армированный внутри пружиной, который заканчивается вентилем 23. Перед заполнением мешков аппарата гелием вентиль 23 со шлангом 26 присоединяется к вентилю 21 или 22 гелиевых мешков. При закачивания гелия в хранилище вентиль 67 присоединяется к вентилю 21 или 22 гелиевых мешков аппарата или к вентилю емкости, в которой доставлен гелий для заполнения хранилища.

Хранилище работает следующим образом.

Чтобы к гелию не добавлялся воздух, вентиль 67, шланг 66, вентили 27 и 28, насос 29, труба 30, вентили 25 и 24, шланг 26 и вентиль 23, нижняя емкость 31/32 полностью, труба 33 и немного у дна верхняя емкость 35/34 заполняются незамерзающей зимой жидкостью. К доставленной на аэродром цистерне с гелием подключается вентиль 67, включается насос 29 и гелий вытесняет жидкость из вентиля 67, шланга 66, вентилей 27 и 28, трубы 30 и верхней части нижней емкости 31/32 через трубу 33 в верхнюю емкость 35/34. Количество жидкости в нижней емкости, занимая объем 32, будет уменьшаться, количество жидкости в верхней емкости объемом 34 будет увеличиваться. Емкость будет заполнена гелием, когда жидкость в нижней емкости 32 полностью будет выдавлена в верхнюю емкость и воздух из объема 35 верхней емкости будет вытеснен через трубу 36 в атмосферу. Труба 36 выводится в углубление в земле 37, которое закрывается прочной решеткой 38, и загибается так, чтобы в нее, а через нее в верхнюю емкость 35/34 не попадали мусор и грязь с земли. Чтобы воздух не попадал в гелиевые мешки аппаратов через шланг 26, его конец с вентилем 23 всовывается в загнутую часть трубы 36, открываются вентили 25, 24 и 23 и гелий из нижней емкости 31 вытесняет жидкость из шланга 26. Как только последние капли выливаются из шланга, закрываются вентили 23, 24 и 25. Хранилище готово к работе. Теперь для заполнения мешков летательного аппарата гелием шланг 26 вентилем 23 присоединяется к вентилю 21 или 22 аппарата (или одновременно к обоим вентилям 21 и 22 присоединяются два шланга 26). Вентили 25, 23, 21 или/и 22 открываются, и гелий из объема 31 выдавливается жидкостью из верхней емкости объема 34 через вентили 25 и 24, шланг 26 и вентили 23, 21 или/и 22 в мешки аппарата. После заполнения мешков закрываются вентили 21 или/и 22, 23, 24 и 25. Аппарат готов к полету.

Если пассажиров и груза нет на базовом аэродроме, как показано на фиг.3, то все крылья правого борта, отмеченные штрихами, 17, 47 и 49, и левого борта, отмеченные сплошными линиями, 46, 48 и 50, поворачиваются винтами вниз, соответственно левого борта, отмеченные штрихами, 1, 3, 5, 7, 9 и 11, и правого борта, отмеченные сплошными линиями, 2, 4, 6, 8, 10 и 12, включаются двигатели и за счет тяги винтов вниз аппарат прижимается к земле, ослабляется натяжение тросов лебедками правого борта 41, отмеченные штрихами, и левого борта 63, отмеченные сплошными линиями, крюки отцепляются от вмурованных в землю колец, постепенным уменьшением числа оборотов двигателей винтов или выключением двигателей винтов симметрично на всех крыльях, или только на средних крыльях ослабляется тяга вниз и аппарат взлетает. Аналогично размещаются крылья при зависании незагруженного аппарата над местом приема пассажиров или/и груза и приземлении.

Для направления взлетающего или зависшего незагруженного аппарата на нужный курс его поворот вправо показан на фиг.6, при этом крылья правого борта, нарисованные штрихами, поворачиваются винтами немного назад, левого, нарисованные сплошными линиями винтами вперед. Для поворота влево (фиг.7) действия осуществляются в противоположном направлении.

При взлете аппарата с грузом, превышающим подъемную силу гелия (фиг.4), крылья правого и левого бортов направлены винтами вверх. Для разворота загруженного аппарата вправо (фиг.10) крылья правого борта, нарисованные штрихами, поворачиваются винтами немного назад, левого борта, нарисованные сплошными линиями немного вперед. Разворот влево загруженного аппарата показан на фиг. 11. Незначительный разворот влево осуществляется (фиг.8) только небольшим поворотом крыльев правого борта винтами вперед или только левого борта винтами назад, незначительный разворот вправо осуществляется противоположным образом.

Торможение загруженного аппарата и даже его движение назад показано на фиг.9. В этом случае все крылья поворачиваются винтами назад.

Горизонтальный полет аппарата показан на фиг. 5. При предельной загрузке аппарата крылья с винтами показаны сплошными линиями и повернуты на угол 45o к корпусу, тяговые усилия винтов обеспечивают поддержание аппарата на определенной высоте и его перемещение по горизонтали. При меньшей загрузке крылья и винты показаны штрихами и повернуты почти параллельно корпусу, угол их атаки минимален. Скорость может быть предельной. Поддержание аппарата на нужной высоте обеспечивается крыльями и подъемной силой гелия.

При полете изменение курса вправо осуществляется выключением по одному двигателю с винтом на всех крыльях правого борта или нескольких двигателей на среднем крыле (средних крыльях у большого аппарата), изменение курса влево аналогично выключением по одному двигателю с винтом на всех крыльях левого борта или нескольких двигателей на среднем крыле (средних крыльях у большого аппарата).

Таким образом, предлагается чрезвычайно маневренный гибридный летательный аппарат вертикального взлета и посадки грузоподъемностью от нескольких тонн до тысячи и даже более тонн, предел определяется легкостью и прочностью конструкционных материалов и мощностью и легкостью энергетических установок с двигателями, накопителями, генераторами и т.д. Аппарат обеспечит перевозку больших количеств пассажиров и грузов практически без ограничения габаритов из любой точки Земли в любую другую без промежуточных пересадок и перевалок при условии подпитывания энергоагрегатов в пути. Аппараты такого типа очень надежны: при выходе из строя энергоустановки, которую можно продублировать, для спасения пассажиров и экипажа при предельной загрузке предусматривается экстренный сброс грузов и достижение при этом примерного равновесия между подъемной силой гелия и весом аппарата с людьми, тогда приземление будет мягким, при вынужденной посадке на воду аппараты не утонут из-за гелия. При надежном прикреплении к вмурованным в землю кольцам аппараты выдержат любой ураган. Их экологичность обеспечивается: при использовании водорода в двигателях внутреннего сгорания, которые вращают электрогенераторы, запитывающие все электродвигатели, в том числе несущие на крыльях, при использовании вместо двигателей внутреннего сгорания аккумуляторов в виде маховиков в герметичных кожухах с максимально выкаченным воздухом и фотоэлементов, располагаемых на верхней поверхности корпусов и крыльев, и при запитывании энергоустановки мощными электромагнитными волнами от спутников Земли или поднятых над землей энергоплатформ, преобразуемых в приемниках в электрический ток. При аккумуляторах-маховиках, фотоэлементах и электромагнитных волнах обеспечивается также полная бесшумность. Недостатками аппаратов являются большие размеры, в связи с этим значительная парусность и зависимость от ветра, для защиты от которого предусматривается их жесткое прикрепление к земле на базовых аэродромах, и небольшая скорость, которая компенсируется тем, что аппараты перемещаются из любой точки Земли в любую другую по кратчайшему пути и не нужны пересадки людей и перевалки грузов, что характерно практически для всех видов транспорта. Предлагаемое подземное хранилище для гелия обеспечит сохранность этого дорогостоящего газа и его многократное использование и тем самым удешевит перевозку пассажиров и грузов. Хранилище не мешает взлету и приземлению крупногабаритных аппаратов. Благодаря тому, что гелий находится под давлением столба жидкости от ее уровня в верхней емкости до ее уровня в нижней емкости, то для определенного количества гелия потребуются нижняя и соответственно верхняя емкости меньших размеров, чем для гелия при атмосферном давлении, кроме того не требуется использование насоса и затраты энергии при подаче гелия из хранилища в аппарат.

Формула изобретения

1. Экологичный гибридный летательный аппарат вертикального взлета и посадки с хранилищем для используемого в нем гелия, содержащие корпус аппарата с мешками с гелием в его верхней части, емкости на земле с насосом, трубами, вентилями и шлангами для хранения запасов гелия и его использования в аппарате, отличающиеся тем, что корпус аппарата в виде горизонтально расположенной сигары с плоским основанием смонтирован из отрезков круглых труб, равных по длине корпусу и размещенных по периметру поперечного сечения корпуса, их концы спереди и сзади загнуты навстречу друг другу и соединены, число отрезков труб зависит от величины поперечного сечения корпуса и частоты их размещения по сечению, поперечная прочность корпуса обеспечена скрепленными с продольными трубами сплюснутыми внизу кольцами из круглых труб, диаметр колец соответствует диаметру поперечного сечения корпуса, их число зависит от длины корпуса аппарата и частоты их размещения, к внешним сторонам колец при охвате ими продольных труб или при второй модификации к внешним сторонам продольных труб, когда они смонтированы с внешней стороны колец, прикреплена обшивка, снизу корпуса установлены в зависимости от величины корпуса две или более продольные трубы несколько короче корпуса и большего, чем продольные трубы, диаметра с защищающими их снизу от истирания и ударов при приземлении амортизаторами из упругого материала.

2. Аппарат и хранилище по п.1, отличающиеся тем, что вне корпуса аппарата с левого и правого бортов симметрично укреплены в зависимости от величины корпуса две или более пары крыльев, которые поворачиваются вокруг оси на 360o поворотными механизмами, управляемыми дистанционно с пульта кабины экипажа, на каждом крыле два или более электрических двигателя с самолетными винтами, крылья прикреплены с помощью подшипников к проходящим внутри них по оси трубам, пронизывающим корпус аппарата поперек таким образом, что первая труба с крыльями, двигателями и винтами на них расположена спереди внизу, все последующие дальше и выше предыдущих, чтобы при горизонтальном полете аппарата винты передних пар крыльев не отбрасывали воздух на винты следующих пар крыльев, трубы для крыльев зажаты в корпусе аппарата по обоим бортам трубами, обеспечивающими его прочность, сверху и снизу продольными, спереди и сзади кольцевыми.

3. Аппарат и хранилище по п.1, отличающиеся тем, что гелием заполнены на постоянное время все трубчатые конструкции корпуса аппарата и внутренние полости крыльев, а на время полета мешки в верхней части корпуса аппарата с объемом порядка 80% всего объема корпуса.

4. Аппарат и хранилище по п.1, отличающиеся тем, что гелий в аппарате обеспечивает подъем всей его конструкции и около 50% веса экипажа, пассажиров и/или груза, винты на крыльях обеспечивают подъем на нужную высоту не поднимаемую гелием часть веса экипажа, пассажиров и/или груза более 50% его зависание и развороты, горизонтальный полет, повороты при полете, приземление с грузом или без него и кратковременное удержание у земли без груза и с заполненными гелием мешками.

5. Аппарат и хранилище по п.1, отличающиеся тем, что аппарат имеет энергоустановку трех возможных типов, или двигатель внутреннего сгорания (в том числе с использованием в качестве топлива водорода или синтезированных из водорода и углекислого газа метилового спирта и диметилового эфира), который вращает электрический генератор, подающий переменный ток на все двигатели, или вместо двигателя внутреннего сгорания аккумулятор энергии в виде маховика в герметичном кожухе с выкаченным воздухом, запускаемого на базовых аэродромах, далее, как и в предыдущем случае, маховик вращает электрический генератор, ток от которого идет на двигатели и оборудование, предусмотрена дополнительная подпитка энергией от фотоэлементов на верхних частях корпуса аппарата и крыльев через преобразователь или непосредственно двигателей и оборудования, или запасного аккумулятора-маховика; третий тип обеспечение электроэнергией путем преобразования в нее мощных электромагнитных волн, принимаемых от спутников Земли или специальных энергетических платформ, размещаемых высоко над поверхностью Земли с перекрытием друг друга излучаемыми полями; водород, метиловый спирт, диметиловый эфир, маховик, фотоэлементы и волны обеспечивают экологичность аппарата, фотоэлементы и волны еще и бесшумность.

6. Аппарат и хранилище по п.1, отличающиеся тем, что аппарат по обоим бортам его корпуса снаружи внизу снабжен симметрично расположенными лебедками с короткими тросами с крюками на их концах, которые удерживают аппарат у земли при отсутствии груза, выключенных двигателях и заполненных гелием мешках даже при сильном ветре путем прицепления крюков к вмурованным в землю аэродрома кольцам и натягивания тросов лебедками с ограничителями натяжения, для непредвиденных длительных стоянок вне аэродрома аппарат имеет буравы с кольцами и передвижной станок для ввинчивания буравов в землю.

7. Аппарат и хранилище по п.1, отличающиеся тем, что аппарат укомплектован лебедками для подъема грузов в аппарат при зависании и их спуска вниз, тельферами для перемещения тяжелых грузов внутри грузовых отсеков, лифтовой кабиной для подъема пассажиров в аппарат при зависании и их спуска вниз.

8. Аппарат и хранилище по п.1, отличающиеся тем, что хранилище состоит из двух примерно равного объема емкостей, расположенных одна над другой под землей, дно верхней емкости соединено трубой с дном нижней емкости, от крыши нижней емкости идет вверх труба в углубление в земле, перекрываемое крышками или решетками, и там она имеет два отвода, к одному из которых прикреплен вентиль, к другому насос с вентилем на входе, к обоим указанным вентилям присоединены шланги со своими вентилями на концах, от крыши верхней емкости также выведена в углубление в земле, перекрываемое решеткой, труба, загибаемая на конце горизонтально, перед началом работы хранилища вся нижняя емкость и немного верхняя, а также труба от крыши нижней емкости, вентили, а насос и шланги заполняют не затвердевающей зимой жидкостью, шланг, присоединенный к вентилю у насоса, подключают вторым концом с вентилем к вентилю от гелиевого мешка приземлившегося аппарата, или к установке по производству гелия, или к доставленной на аэродром цистерне с гелием, открывают соответствующие вентили, включают насос и гелий с помощью насоса вытесняет жидкость из шланга, вентилей, насоса, трубы, ведущей к крыше нижней емкости, значительной части нижней емкости по трубе от дна нижней емкости к дну верхней емкости в верхнюю емкость, хранилище готово к работе; перед полетом аппарата конец шланга от отвода гелиевой трубы без насоса присоединяют его вентилем к вентилю гелиевого мешка аппарата в сжатом виде, открывают вентили трубы, шланга и мешка и жидкость верхней емкости своим весом выдавливает гелий из нижней емкости в гелиевый мешок аппарата, при этом не нужен насос и нет расхода энергии; после заполнения мешка (или мешков) вентили трубы, шланга и мешка закрывают, шланг отключают от аппарата и аппарат готов к полету.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к авиационной и космической технике и может быть использовано при проектировании и обработке летательных аппаратов с вертикальным взлетом, предназначенных для решения широкого круга задач при полетах в атмосфере и в космосе, при этом главной задачей изобретения является повышение эффективности управления полетом летательного аппарата

Изобретение относится к летательным аппаратам тяжелее воздуха

Изобретение относится к авиационной технике и касается конструирования летательных аппаратов вертикального взлета и посадки

Изобретение относится к области авиации, в частности к аппаратам с вертикальным взлетом и посадкой

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к летательным аппаратам тяжелее воздуха

Изобретение относится к авиастроению и может быть использовано при создании новых типов летательных аппаратов или модернизации существующих

Изобретение относится к авиастроению и может быть использовано при создании новых типов летательных аппаратов

Изобретение относится к самолетостроению и может быть использовано для создания сверхзвуковых пассажирских самолетов

Изобретение относится к авиации и может быть использовано при проектировании летательных аппаратов вертикального взлета и посадки, а также аэростатических аппаратов и аппаратов тяжелее воздуха, содержащих воздушные винты

Дирижабль // 638508

Изобретение относится к управляемым аэростатическим летательным аппаратам - дирижаблям полужесткой системы с термическим балластированием и корпусом изменяемой формы

Изобретение относится к воздухоплаванию

Изобретение относится к аэростатическим управляемым летательным аппаратам большой грузоподъемности

Изобретение относится к летательным аппаратам легче воздуха

Изобретение относится к конструкциям летательных аппаратов легче воздуха

Изобретение относится к гибридным летательным аппаратам вертикального взлета и посадки с использованием аэростатической силы и аэродинамической силы

Наверх