Аэродинамический движитель

Изобретение относится к устройствам для создания аэродинамической подъемной силы. Аэродинамический движитель содержит корпус в виде цилиндрической камеры с плоской верхней крышкой, под корпусом закреплена нижняя крышка в виде конической поверхности вращения с установленным осевым воздухозаборником. Между корпусом и конической крышкой размещено кольцевое выходное сопло, в которое встроен спрямляющий аппарат. Внутри камеры расположены радиальные профилированные лопатки, которые закреплены на диске, образуя центробежное колесо. Достигается уменьшение габаритов и веса устройства. 3 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для создания аэродинамической подъемной силы(тяги) и может быть использовано для перемещения в воздушном пространстве аппаратов тяжелее воздуха.

Известно устройство для создания подъемной силы в воздушной среде - несущий винт вертолета.

Несмотря на широкое использование этих устройств, они обладают тем недостатком, что диаметры несущих винтов достигают значительных размеров.

Так, например, у вертолета Ми-34 (Авиация. Энциклопедия. М. Большая Российская энциклопедия, 1994. стр.343) при взлетном весе 1350 кГ диаметр несущего винта составляет 10 м. Нагрузка на ометаемую площадь равна 17,2 кг/м2.

Таким образом, повышение нагрузки на ометаемую площадь за счет уменьшения диаметра несущего винта является постоянной проблемой.

Известно устройство, представляющее собой несущую систему летательного аппарата вертикального взлета и посадки по патенту США №2944762, кл. 244/12, 1960, которое содержит корпус и рабочее колесо с плоскими радиальными лопатками. Подъемная сила образуется за счет обтекания воздушным потоком аэродинамической поверхности, выполненной снаружи в верхней части устройства. На виде сверху эта поверхность имеет форму круга довольно большого радиуса для создания достаточной подъемной силы. Это приводит к увеличению габаритов устройства, что является его недостатком.

Известно устройство по патенту РФ №2118600 C1, кл. B64C, 1998, представляющее собой аэродинамический движитель, содержащий корпус и плоские радиальные лопатки, наружная поверхность корпуса выполнена в виде конической поверхности вращения, ограниченной сверху и снизу торцевыми поверхностями, причем радиус наружной поверхности плавно возрастает, начиная от верхней торцевой поверхности до нижней, при этом плоские радиальные лопатки закреплены на установленной в корпусе с возможностью вращения втулке с минимальным зазором относительно наружной поверхности корпуса.

Это устройство наиболее близко по своей технической сути к предлагаемому (прототип).

Подъемная сила у прототипа образуется при вращении втулки с лопатками. Воздух, находящийся в межлопаточных каналах, вращается вокруг оси вращения.

В силу неразрывности воздушной массы, находящейся в межлопаточных каналах, происходит перемещение частиц воздуха в канале от верхней части лопатки к нижней. При этом воздух в канале ускоряется в своем течении вниз.

В результате обтекания поверхности конуса воздушным потоком, статическое давление которого меньше атмосферного, образуется подъемная сила:

Рдин - динамическое давление воздушного потока;

Sэф - эффективная площадь поверхности конуса (проекция площади конической поверхности на плоскость вращения).

На виде сверху эта поверхность имеет форму круга довольно большого радиуса для создания достаточной подъемной силы. Это приводит к увеличению габаритов устройства, что является его недостатком.

Целью изобретения является повышение эффективности и уменьшение размеров аэродинамического движителя за счет создания реактивной силы, направленной вверх при прямом истечении потока воздуха, направленного вниз.

В предлагаемом устройстве задача уменьшения диаметра и габаритов движителя, содержащего корпус и радиальные лопатки, может быть реализована следующим образом.

Корпус выполнен в виде цилиндрической камеры с плоской верхней крышкой, под корпусом закреплена нижняя крышка в виде конической поверхности вращения с установленным осевым воздухозаборником, между корпусом и конической крышкой размещено кольцевое выходное сопло, в которое встроен спрямляющий аппарат, а радиальные лопатки выполнены профилированными и закреплены на диске, образуя центробежное колесо.

Корпус, наружная поверхность которого выполнена в виде цилиндрической камеры с плоской верхней крышкой, конструктивно проще, чем в прототипе, где наружная поверхность корпуса выполнена в виде поверхности вращения, например конической, ограниченной сверху и снизу торцевыми поверхностями, причем радиус наружной поверхности плавно возрастает, начиная от верхней торцевой поверхности до нижней.

Корпус, выполненный в виде цилиндрической камеры с плоской верхней крышкой, и закрепленная на корпусе нижняя крышка в виде конической поверхности вращения с установленным осевым воздухозаборником образуют вихревую камеру, где происходит энергообмен воздушного потока.

Кольцевое выходное сопло, в которое встроен спрямляющий аппарат, служит устройством для создания прямой реактивной тяги при истечении воздушного потока, получившего в спрямляющем аппарате осевое направление.

Радиальные лопатки, выполненные профилированными и закрепленные на диске, образуя центробежное колесо, конструктивно проще плоских радиальных лопаток, закрепленных в прототипе на втулке с помощью спиц с возможностью вращения с минимальным зазором относительно наружной поверхности корпуса. Кроме того, известно, что профилированные лопатки эффективнее плоских.

На фиг.1 дан разрез предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство состоит из корпуса 1 с плоской верхней крышкой 3, под корпусом закреплена нижняя крышка 4 в виде конической поверхности вращения с установленным осевым воздухозаборником 5.

Между корпусом 1 и конической крышкой размещено кольцевое выходное сопло 6 и спрямляющий аппарат 7.

Внутри камеры расположены профилированные радиальные лопатки 2, закрепленные на диске 8, образуя рабочее центробежное колесо.

Устройство работает следующим образом. При вращении рабочего колеса профилированные радиальные лопатки 2, закрепленные на диске 8, создают разрежение на входе в воздухозаборник 5. В цилиндрической камере воздух закручивается и под действием центробежных сил поступает в кольцевое выходное сопло 6, где, получив осевое направление в спрямляющем аппарате 7, с большой скоростью выходит наружу, создавая реактивную тягу.

Тяга, создаваемая предлагаемым аэродинамическим движителем, определяется по известной формуле (В.И. Ханжонков. Аэродинамика аппаратов на воздушной подушке. М. «Машиностроение», 1972. стр.141):

Т=ρ·F·V2, кГ.

Мощность воздушного потока, истекающего из сопла, определяется по формуле (В.И. Ханжонков. Аэродинамика аппаратов на воздушной подушке. М., «Машиностроение», 1972. стр.142):

где F, м2 - площадь кольцевого сопла;

ρ=0,125 кГ.с24 - плотность воздуха у земли;

V, м/с - скорость воздуха, выходящего из сопла.

Рассмотрим, для примера, аэродинамический движитель с кольцевым соплом площадью 0,1 м2.

Задавшись скоростью выходящего воздуха 40 м/с, получим, что тяга равна

Т=0,125·0,1·402=20 кГ.

Мощность выходящего потока воздуха

Принимая коэффициент полезного действия устройства, равным 0,7 (как у центробежного вентилятора), находим требуемую мощность привода (двигателя):

На основании расчетов, которые здесь не приводятся, диаметр цилиндрической камеры составит 0,63 м, а площадь камеры равна 0,312 м2.

Нагрузка на площадь составит:

что

в 3,7 раза выше, чем у вертолета Ми-34: 17,2 кГ/м2.

Кольцевое сопло в нашем примере имеет наружный диаметр, равный 0,63 м, внутренний - 0,52 м, площадь - 0,1 м2.

Из приведенных расчетов видно, что на базе предлагаемого аэродинамического движителя можно создать летательный аппарат вертикального взлета и посадки с небольшими габаритами.

Сопоставимый анализ заявляемого аэродинамического движителя с прототипом показывает, что заявляемый движитель отличается от известного тем, что:

корпус выполнен в виде цилиндрической камеры с плоской верхней крышкой, под корпусом закреплена нижняя крышка в виде конической поверхности вращения с установленным осевым воздухозаборником, между корпусом и конической крышкой размещено кольцевое выходное сопло, в которое встроен спрямляющий аппарат, а радиальные лопатки выполнены профилированными и закреплены на диске, образуя центробежное колесо.

Таким образом, заявленный аэродинамический движитель соответствует критерию изобретения «новизна».

Сравнение заявленного решения не только с прототипами, но и с другими техническими решениями в данной области позволило сделать вывод, что оно явным образом не следует из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию «изобретательский уровень».

Возможность использования заявленного движителя в авиационной технике обеспечивает ему критерий «промышленная применимость».

На фиг.2 показан пример компоновки аэродинамического движителя для легкого беспилотного вертикально взлетающего аппарата.

Основные элементы:

1 - аэродинамический движитель;

2 - двигатель (тепловой или электрический);

3 - контейнер с автоматикой и приборами;

4 - качалка;

5 - рычаг.

Устройство работает следующим образом.

При вращении от двигателя рабочее колесо создает разрежение в воздухозаборнике, в который входит окружающий воздух, поступающий под действием центробежных сил в кольцевое сопло, где спрямляющий аппарат направляет воздух вниз параллельно оси вращения, создавая реактивную тягу, направленную вверх.

Для создания горизонтальной составляющей подъемной силы (тяги) аэродинамический движитель отклоняется относительно контейнера с помощью качалок и рычагов, управляемых автоматикой.

На фиг.3 показан пример компоновки аэродинамического движителя для легкого беспилотного вертикально взлетающего аппарата с несущей поверхностью (крылом).

Основные элементы:

1 - аэродинамический движитель;

2 - двигатель (тепловой или электрический);

3 - несущая поверхность (крыло).

Примечание. Условно контейнер и элементы управления не показаны.

В данной компоновке, благодаря использованию крыла, в несколько раз повышается аэродинамическое качество вертикально взлетающего беспилотного летательного аппарата.

Аэродинамический движитель, содержащий корпус и радиальные лопатки, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде цилиндрической камеры с плоской верхней крышкой, под корпусом закреплена нижняя крышка в виде конической поверхности вращения с установленным осевым воздухозаборником, между корпусом и конической крышкой размещено кольцевое выходное сопло, в которое встроен спрямляющий аппарат, а радиальные лопатки, расположенные внутри камеры, выполнены профилированными и закреплены на диске, образуя центробежное колесо.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к беспилотным летательным аппаратам. Беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки содержит корпус выпуклой формы, выполненный в виде сжатого десятиугольника в плане, силовой элемент, размещенный в центре корпуса, на верхней части которого расположены два вентилятора, интегрированный обтекатель с кольцевыми каналами, элементы управления.

Изобретение относится к летательным аппаратам, способным совершать вертикальный взлет и посадку. Летательный аппарат (ЛА) содержит планер, включающий крыло (1), две разнесенные продольные балки (2), горизонтальное оперение (3) и вертикальное оперение (4).

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к конструкциям легких вертолетов. Одноместный вертолет содержит трубчатый каркас, в нижней части которого располагается силовая установка с узлами и механизмами, необходимыми для передачи и распределения крутящего момента через валы на пару соосных воздушных несущих винтов противоположного направления вращения, расположенных в верхней части вертолета.

Изобретение относится к области авиации, в частности к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки. В первом варианте летательный аппарат вертикального взлета и посадки имеет дискообразный или тороидальный фюзеляж с двигательным устройством, ось которого совпадает с осью фюзеляжа, расположенным внутри канала, образованного фюзеляжем или выше фюзеляжа.

Изобретение относится к области авиации, в частности к способам управления летательными аппаратами вертикального взлета и посадки. Способ управления летательным аппаратом вертикального взлета и посадки, содержащим дискообразный или тороидальный фюзеляж с несущими винтами, ось вращения которых совпадает с осью фюзеляжа, расположенными внутри канала, образованного фюзеляжем, или выше его, предусматривает установку в фюзеляже по периферии тороидального герметичного резервуара, который заполняют жидкой средой, и средств, обеспечивающих перераспределение жидкой среды в тороидальном герметичном резервуаре.

Изобретение относится к области авиации, в частности к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки. Самолет вертикального взлета и посадки включает планер в форме несущего профилированного дискообразного центроплана с расположением носового отсека фюзеляжного типа со стороны переднего полукруга дискообразного центроплана и подъемного вентилятора, вписанного в геометрически среднюю нижнюю часть центроплана, крыльевые консоли, вертикальное и горизонтальное оперение, воздушные винты.

Изобретение относится к области авиации, в частности к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки. Транспортное средство содержит корпус, центральный двигатель в виде верхнего и нижнего дисков с лопастями и крутящими приводами соответственно, причем лопасти выполнены профилированными, образуя между лопастями вихревые ячейки, камеру смешения и вихревую камеру.

Изобретение относится к летальным аппаратам тяжелее воздуха и касается аппаратов вертикального взлета и посадки. Летательный аппарат выполнен по схеме «летающее крыло» и содержит силовые агрегаты, шасси, кабину, механизм управления, расположенный по всей задней кромке крыла, три винта, вал, через который осуществляется привод и обеспечивается синхронная работа винтов от силовых агрегатов.

Движитель // 2493052
Изобретение относится к области авиации, в частности к движителям летательных аппаратов тяжелее воздуха с вертикальным взлетом и посадкой. Движитель содержит корпус (1), щелевое сопло (4), канал (3), соединяющий выход компрессора и сопло (4), плоскость (5), примыкающую к нижней части щелевого сопла (4), ловушку (6), канал (7), соединяющий ловушку (6) и вход в компрессор.

Изобретение относится к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки. Летательный аппарат вертикального взлета и посадки, дисковидной компоновки содержит два привода и вентиляторы противоположного вращения, один из которых, центробежный, обеспечивает движение потока из внутреннего пространства дисковидного корпуса, а другой, осевой в кольце, нагнетает поток вдоль наружной поверхности «Коанда». Наружный дисковидный корпус содержит размещенный эквидистантно его внутренней поверхности удобообтекаемый модуль оборудования и целевой нагрузки, состоящий из обшивки двойной кривизны, меридиональных и экваториальных элементов каркаса, с прикрепленными к ним узлами крепления опор шасси, оборудования и целевой нагрузки. Изменение величины подъемной силы и управление аппаратом в пространстве осуществляются отклонениями дополнительного кольцевого крыла, обдуваемого потоком воздуха реактивной струи. Развороты аппарата вокруг вертикальной оси обеспечивают выдвижные из модуля оборудования и целевой нагрузки аэродинамические управляющие поверхности. Достигается повышение КПД аппарата, безопасности, надежности и эффективности управления. 5 ил., 2 фото.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям индивидуальных летательных аппаратов. Летательный аппарат (1) содержит раму (3), снизу которой установлены два воздушных винта (5), (7) противоположного вращения на вертикальной оси, использующих общую ось (8) вращения. Воздушные винты (5), (7) приводятся в действие двумя двигателями (9) через общий приводной механизм (10). Двигатели (9) установлены на раме (3) над воздушными винтами (5), (7) и продольно разнесены друг от друга вдоль рамы (3). Рукоятки (21) подвижно установлены на раме (3) между креслом (15) и носовой частью (13). Пользователь аппарата (1), таким образом, сидит в центре, над воздушными винтами (5), (7), его ноги широко расставлены над двигателями (9) и приводным механизмом (10), как на мотоцикле. Каждый воздушный винт оснащен механизмом управления шагом лопастей, при этом лопасти каждого винта управляются отдельно от другого. Вокруг воздушных винтов расположена круговая юбка, содержащая множество вертикально разнесенных колец, соединенных множеством вертикальных стоек. Достигается повышение надежности управления летательным аппаратом. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 28 ил.

Изобретение относится к области авиации, в частности к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки. Летательный аппарат содержит корпус круглой формы или в форме эллипса с выпуклой верхней поверхностью и плоской нижней поверхностью, с выступающей вниз его центральной частью. В центральной части расположены кабина с системой управления и силовой отсек, в котором установлены не менее четырех двигателей, передающих вращение через трансмиссии на шесть винтовентиляторов. Четыре винтовентилятора установлены в вертикальных овальных сквозных отверстиях корпуса, а два винтовентилятора установлены с лобовой и кормовой сторон летательного аппарата. Малые оси симметрии двух отверстий расположены вдоль продольной оси симметрии корпуса, а двух других расположены вдоль поперечной оси симметрии корпуса. Внутри указанных отверстий вдоль их малых осей симметрии установлены поворотные оси из труб. Все воздушные винтовентиляторы способны изменять общий шаг как совместно, так и раздельно. Достигается повышение грузоподъемности летательного аппарата при сохранении высокого уровня безопасности полета. 2 ил.

Изобретение относится к области авиастроения, а именно к летательным аппаратам с вертикальным взлетом и посадкой. Летательный аппарат вертикального взлета и посадки с управлением высотой и направлением полета с помощью реактивной силы содержит корпус, двигатели, сопла, газовод, выполненный с возможностью разделения газового потока из сопла реактивного двигателя перегородкой на два тракта: тракт вертикальной и тракт горизонтальной тяги. Тракт вертикальной тяги содержит сопла, расположенные в нижней части корпуса аппарата справа и слева от продольной оси на всем ее протяжении и служит для создания вертикальной тяги. Тракт горизонтальной тяги содержит сопла, расположенные на концах продольной оси аппарата для горизонтального полета. Аппарат содержит вертикальную заслонку между соплом двигателя и трубопроводом газовой струи для плавного переключения потока газовой струи между трактами, обеспечивающими горизонтальную и вертикальную тягу. Повышается устойчивость летательного аппарата при вертикальном взлете и посадке и на переходных режимах к горизонтальному полету. 4 ил.

Изобретение относится к области авиации, в частности к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки. Летательный аппарат вертикального взлета и посадки состоит из устройства для движения крыльев, кабины, двигателей, вентилятора. Устройство для движения крыльев состоит из четырех ферм, которые образованы из направляющих для направления движения подшипников труб крыльев, уголков и полосок, крыльев, которые имеют возможность создавать воздушный поток, зубчатых ремней, к которым крепятся крылья, шкивов, двух валов, на которых посажены шкивы, рычагов управления углами атаки крыльев, направляющих подшипников рычагов, приваренных к правой и левой фермам, двух ведомых звездочек и листа ограждения. Угол атаки крыльев не изменяется при их движении на прямолинейных участках вверху и внизу. Крылья имеют возможность изменять угол атаки при движении по полуокружности. Достигается возможность вертикального взлета и посадки, повышается эффективность силовой установки. 3 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к авиации, в частности к конструкции топливных систем беспилотных летательных аппаратов. Система содержит N топливных баков, встроенных в кольцевой обтекатель. Баки расположены по окружности, симметрично относительно вертикальной оси аппарата. Трубопроводы, подающие топливо в двигатель, соединяют топливные баки последовательно друг с другом, при этом каждый последующий присоединенный бак расположен оппозитно или примерно оппозитно, относительно вертикальной оси обтекателя, предыдущему баку. Последний бак подсоединен трубопроводом к двигателю. Достигается упрощение конструкции системы подачи топлива. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям самолетов вертикального взлета и посадки (СВВП). СВВП состоит из фюзеляжа, крыла, стабилизатора, компрессора с воздухозаборником и двигателя. Соосно продольной оси самолета расположен вал дизельного двигателя, связанный через вал мультипликатора с валом компрессора. Ресивер компрессора воздухопроводом, проходящим через фюзеляж и оснащенным дроссельными заслонками с электромеханическим приводом, сообщается с воздухопроводом передней и задней кромкок крыла и передней кромки стабилизатора, которые оснащены соплами щелевого типа. Сопла воздухопроводов передних кромок крыла и стабилизатора направлены по касательной к верхним обшивкам, сопло воздухопровода задней кромки крыла направлено по хорде. Дроссельные заслонки с электромеханическим приводом связаны с системой стабилизации самолета в вертикальной плоскости на основе цифрового процессора. Выходной конец вала компрессора может быть оснащен воздушным винтом. Достигается возможность вертикального взлета и посадки, снижение шума. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области авиации, а именно к способам создания системы сил и летательным аппаратам вертикального взлета и посадки. Способ создания тяги заключается в направлении из сопла газовой струи по касательной к верхней выпуклой поверхности крыла аэродинамического сечения. Истекающая плоская пульсирующая газовая струя образуется в нестационарном сверхзвуковом эжекторе, сформированном системой двух входных каналов, связанных с воздухозаборными щелями постоянной площади, расположенными на верхней поверхности аэродинамического профиля, камерой смешения и реактивным соплом в виде выходной щели на верхней поверхности аэродинамического профиля. Летательный аппарат содержит крыло аэродинамического сечения с верхней выпуклой поверхностью. Нестационарный сверхзвуковой эжектор, размещенный внутри крыла, образован системой каналов, связывающих воздухозаборную щель постоянной площади, являющуюся маршевым впускным устройством, и воздухозаборную щель постоянной площади, являющуюся стартовым впускным устройством, расположенную в верхней точке аэродинамического профиля. Воздушные потоки соединяются в зоне коллектора горючего, а образующиеся в камере смешения продукты сгорания истекают через щелевое сопло, размещаемое на верхней поверхности крыла между стартовым впускным устройством и задней кромкой профиля. Достигается повышение КПД и аэродинамического качества летательного аппарата. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области авиации, в частности к способам создания подъемной силы и к конструкциям летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Способ создания подъемной силы летательного аппарата заключается в использовании газовой струи, выходящей из сопла реактивного двигателя летательного аппарата, направляемой в несущее устройство, снабженное газоводом, в котором установлены разъединитель и подъемные элементы. При прохождении струи газов от двигателя создается подъемная сила за счет изменения направления движения газов в подъемных элементах. Устройство для реализации указанного способа создания подъемной силы содержит летательный аппарат с реактивным двигателем и несущим устройством с газоводом. В газоводе установлены один или несколько подъемных элементов, выполненных в виде протяженных сот, прямых или изогнутых по ходу движения газовой струи, причем изгиб подъемных элементов выполнен таким образом, чтобы создать подъемную силу, действующую на несущее устройство через подъемные элементы. Несущий элемент снабжен разъединителем газового потока, установленным в газоходе. Достигается увеличение подъемной силы, снижение расхода горючего и увеличение дальности и скорости полета. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям летательных аппаратов вертолетного типа. Летательный аппарат содержит ротор с закрепленными на его валу полусферами, приемник рабочего тела, выполненный в центральной части ротора, примыкающий к внешней окружности ротора направляющий аппарат. Ротор выполнен из неподвижных относительно друг друга мембран, с верхними и нижними сферическими поверхностями, разделенными бандажами и воздушными слоями. Указанные мембраны расположены между приемником рабочего тела и направляющим аппаратом. Направляющий аппарат содержит закрепленный на его внешней окружности пневматический кольцевой бандаж. Ротор выполнен с возможностью ускорения воздушных потоков пограничными слоями и центробежной силой. Поддержка геометрической формы выполненных в виде сфер пленочных поверхностей мембран выполнена за счет центробежной силы воздушных потоков, строп и бандажей. Лопатки направляющего аппарата выполнены из гибкой прочной пленки с опорной армирующей нитью в их передней кромке. Достигается увеличение времени полета и снижение заметности летательного аппарата. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для создания аэродинамической подъемной силы. Аэродинамический движитель содержит корпус в виде цилиндрической камеры с плоской верхней крышкой, под корпусом закреплена нижняя крышка в виде конической поверхности вращения с установленным осевым воздухозаборником. Между корпусом и конической крышкой размещено кольцевое выходное сопло, в которое встроен спрямляющий аппарат. Внутри камеры расположены радиальные профилированные лопатки, которые закреплены на диске, образуя центробежное колесо. Достигается уменьшение габаритов и веса устройства. 3 ил.

Наверх