Летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой

 

Изобретение относится к летательным аппаратам тяжелее воздуха. Аппарат содержит устройства для создания управляемых потоков газа для взлета, горизонтального полета и посадки. Корпус аппарата имеет вид полусферы с горизонтально расположенным дном. Вдоль вертикального радиуса полусферы соосно с ним расположена труба, внутри которой по оси трубы расположена мощная газовая горелка или форсунка для жидкого топлива. По внешней поверхности трубы выполнены заслонки, перемещающиеся вдоль трубы, выступая при этом над сферической поверхностью аппарата. При горении топлива образующийся в трубе поток горячих газов устремляется вверх, увлекая за собой воздух окружающей среды. На сферической поверхности аппарата при движении воздуха образуется искусственный вихрь и давление газов на сферической поверхности становится ниже атмосферного. Изобретение направлено на упрощение конструкции и управления. 2 ил.

Изобретение предназначено для создания аппарата нового типа с вертикальным взлетом и посадкой. Он может быть использован в тех же целях, что и вертолеты, но обладает значительно более простой конструкцией и более простым управлением.

Известны реактивные самолеты с вертикальным взлетом и посадкой, используемые в морской авиации и, в частности, на авианосцах [1], подъемная сила которых во время взлета и посадки создается направленным вниз потоком горячих газов реактивных двигателей. После взлета на достаточную высоту сопла реактивных двигателей поворачиваются в горизонтальное положение, и далее полет происходит так же, как у реактивных самолетов обычного типа. При заходе на посадку сопла реактивных двигателей постепенно переводят в вертикальное положение, после чего самолет садится.

Главными недостатками таких самолетов является сложность конструкции и систем управления.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату являются аппараты, принятые за прототип, называемые вертолетами [2]. Подъемная сила в них обеспечивается большим пропеллером (винтом) с вертикально расположенной осью вращения. При вращении пропеллера создается мощный, направленный вертикально вниз поток воздуха, обеспечивающий подъемную силу во время взлета и посадки. Этот же поток создает подъемную силу во время горизонтального полета, однако при этом вертикальная ось пропеллера немного наклонена в сторону движения, в результате чего в потоке воздуха появляется горизонтальная составляющая, обеспечивающая силу тяги в горизонтальном направлении.

Главным недостатком вертолетов является сложная конструкция.

Цель настоящего изобретения создать летательный аппарат нового типа с простой конструкцией и простым управлением.

Указанная цель достигается благодаря тому, что летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой, содержащий устройства для создания управляемых потоков газов для взлета, горизонтального полета и посадки, отличается тем, что корпус аппарата выполнен в виде полусферы с горизонтально расположенным основанием (дном), а вдоль вертикального радиуса полусферы с уплотнением установлена цилиндрическая труба с соосно расположенной мощной газовой горелкой или форсункой для жидкого топлива, создающей вертикальный поток горячих газов в виде продуктов горения, порождающий на поверхности полусферы вихревой поток типа торнадо, обеспечивающий подъемную силу, а по наружной поверхности трубы, в виде 4 сегментов трубы, установлены заслонки с возможностью вертикального перемещения вдоль трубы, ударяясь о которые поток воздуха, движущийся по верхней части полусферы, создает силу для горизонтального перемещения аппарата по 4 основным направлениям.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Образующиеся при горении топлива горячие газы с большой скоростью выходят из вертикальной трубы и захватывают близлежащий воздух, который вместе с продуктами горения устремляется вверх, в результате чего вдоль внешней поверхности корпуса аппарата в виде полусферы возникает поток воздуха. При этом горизонтальная составляющая скорости этого потока приобретает большое Кориолисово ускорение, которое закручивает вертикальный поток газообразных продуктов горения, образуя искусственный вихрь торнадо. В центре этого торнадо, где располагается летательный аппарат, создается пониженное давление, которое создает огромную подъемную силу, в результате чего осуществляется взлет аппарата (природные торнадо уносят автомобили и т.п.). Управляя потоком горячих газов - увеличивая или уменьшая количество подаваемого в горелку топлива - можно регулировать подъемную силу и осуществлять плавный подъем и посадку. Выдвигая или задвигая заслонки, можно регулировать силу тяги, создаваемую потоком набегающего из окружающей среды воздуха, и скорость движения аппарата в горизонтальных направлениях. При этом вращение воздуха в вихре всегда происходит против часовой стрелки, если смотреть сверху [3].

Предлагаемое изобретение использует механизм образования природных торнадо для создания управляемых летательных аппаратов. Так как природные торнадо образуются при весьма малых разностях температур воздуха и совершают огромную механическую работу за счет тепла воздуха окружающей среды, то действующий на основе управляемого торнадо летательный аппарат будет очень экономичным, расходуя очень мало топлива.

На фиг. 1 изображена в продольном разрезе принципиальная конструкция летательного аппарата с корпусом в виде полусферы.

На фиг. 2 изображен вид сверху аппарата по фиг.1 и указаны направления горизонтальной составляющей скорости потока воздуха по сферической поверхности и направления Кориолисова ускорения, закручивающего поток газов, образуя искусственный вихрь торнадо.

Устройство состоит из корпуса 1 в виде полусферы, фиг.1, газовой горелки или форсунки для жидкого топлива 2, резервуара для топлива 3, трубопровода 4 для подачи в горелку или форсунку воздуха из окружающей среды для обеспечения горения, вертикальной трубы 5, внутри которой образуется поток горячих газов, продуктов горения, движущихся вертикально вверх, заслонок 6, перемещающихся по внешней поверхности трубы, опорных ножек 7 и дна 8 корпуса летательного аппарата.

На фиг. 2 также показаны направления 9 горизонтальной составляющей скорости воздушного потока, движущегося вдоль верхней поверхности корпуса устройства на фиг. 1 и 2, и направления 10 Кориолисова ускорения, обеспечивающего образование и вращение искусственного вихря торнадо.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Через трубопровод 4 подается воздух из окружающей среды, зажигается газовая горелка или форсунка 2, в трубе 5 возникает поток горячих газов из продуктов горения топлива, который, двигаясь вертикально, увлекает за собой поток воздуха окружающей среды и создает поток воздуха вдоль верхней поверхности летательного аппарата, фиг.1 и 2. Горизонтальная составляющая скорости этого потока испытывает мощное Кориолисово ускорение [3], закручивающее вертикально движущийся поток горячих газов против часовой стрелки, если смотреть сверху. В результате образуется искусственный вихрь торнадо, внутри которого над верхней поверхностью корпуса 1 создается пониженное давление воздуха по сравнению с окружающей атмосферой. В результате атмосферное давление создает подъемную силу, действующую на дно 8 корпуса 1, благодаря чему летательный аппарат вертикально взлетает.

Величина подъемной силы регулируется скоростью вертикального потока газов путем изменения количества топлива, сжигаемого в единицу времени.

После взлета выдвигается одна из заслонок 6, набегая на которую воздушный поток, движущийся вдоль верхней части корпуса 1, создает горизонтальную силу тяги, обеспечивая горизонтальный полет по заданному направлению. Возможно также выдвигать одновременно две заслонки 6 на разную величину, что позволяет более гибко регулировать скорость и направление движения горизонтального полета.

Плавно уменьшая количество топлива, сжигаемого в единицу времени, можно снижать подъемную силу и плавно осуществить посадку летательного аппарата.

Применение предлагаемого летательного аппарата расширяет количество возможных летательных аппаратов.

Большим достоинством предлагаемого летательного аппарата является простота его конструкции, так как для его полета не требуется специальный двигатель и движитель (винт-пропеллер). Для этих целей достаточно гибко управлять газовыми потоками с помощью горелки или форсунки и заслонок, перемещающихся по трубе 5.

Так как природные торнадо огромной мощности возникают при очень малых разностях температуры в воздухе окружающей среды, порядка 15-25^oС, то расход топлива при полете должен быть значительно меньше, чем при полете вертолета, так как значительная часть работы, как и в природном торнадо, должна совершаться за счет тепловой энергии, содержащейся в воздухе окружающей среды.

Новый летательный аппарат может принести большую пользу в отдаленных районах России и других стран, заменяя вертолеты для доставки грузов и людей.

Экономический эффект от использования новых летательных аппаратов оценить трудно, но он будет значительным.

Литература 1. Соболева Г. А., Рычкова Ю.В. Всемирная история авиации. - М.: Вече, 2002, с. 283-288.

2. Там же, с. 317-338.

3. Цивинский С.В. Устройство для получения электроэнергии из тепла воздуха окружающей среды. Патент на изобретение 2160850, 2000.

Формула изобретения

Летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой, содержащий устройства для создания управляемых потоков газов для взлета, горизонтального полета и посадки, отличающийся тем, что корпус аппарата выполнен в виде полусферы с горизонтально расположенным основанием, а вдоль вертикального радиуса полусферы с уплотнением установлена цилиндрическая труба с соосно расположенной мощной газовой горелкой или форсункой для жидкого топлива, создающей вертикальный поток горячих газов в виде продуктов горения, порождающий на поверхности полусферы вихревой поток, обеспечивающий подъемную силу, а по наружной поверхности трубы в виде 4 сегментов установлены заслонки с возможностью вертикального перемещения, ударяясь о которые поток воздуха, движущийся по верхней части полусферы, создает силу для горизонтального перемещения аппарата по 4 основным направлениям.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2