Атмосферный дисколёт
Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям летательных аппаратов. Атмосферный дисколет включает в себя винты вертикального полета противоположного вращения с равной рабочей площадью, расположенные в одной плоскости, или один над другим, винты горизонтального полета, источник энергии и системы безопасности, включающие в себя парашюты. Дисколет обладает возможностью затормаживания винтов вертикального полета по отдельности с целью поворота, частичного перекрытия вертикальных потоков воздуха шторками с целью горизонтальной стабилизации и перенаправления горизонтального потока воздуха с целью движения задним ходом. Источником энергии может являться бензогенератор, топливные элементы, аккумуляторы. Корпус дисколета может быть покрыт солнечными батареями для выработки дополнительной электроэнергии. Обеспечивается улучшение маневренности и стабилизации летательного аппарата. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к летательным аппаратам предназначенным для движения в газовой атмосфере.
Из уровня техники известен патент CN 103803082, описывающий тип летающей тарелки обладающей несколькими рабочими слоями и восемью вентиляционными каналами.
Отличия заявленного решения состоят в том, что:
- Атмосферный дисколет имеет два винта противоположного вращения;
- Дисколет предназначен для частного использования в качестве воздушного транспортного средства либо в качестве беспилотного летательного аппарата (БПЛА), в том числе игрового типа;
- Дисколет не имеет разделения на рабочий слои, а все необходимые элементы располагаются в свободных частях под поверхностью корпуса.
Известен патент RO 129705 описывающий дискообразный летательный аппарат также с восемью пропеллерами работающими независимо друг от друга, что в свою очередь повышает безопасность при отказе одного из пропеллеров, и позволяет уравновешивать летательный аппарат в зависимости от размещения нагрузки. Отличия от заявленного решения состоят в том, что:
- Атмосферный дисколет имеет два винта противоположного вращения;
- Дисколет обладает системами безопасности (двойной привод винтов, аварийная парашютная система) направленные на обеспечения полета и спуска при отказе одного или двух приводов винтов;
- Дисколет обладает шторками воздушных потоков, которые частично перекрывают воздушный поток от винтов уравновешивая аппарат.
Известен патент RU 2548294 описывающий атмосферную летающую тарелку в которой кабина пилотов расположена в нижней части корпуса, а над корпусом сверху располагается турбореактивный двигатель. Отличия от заявленного решения состоят в том, что:
- Корпус дисколета схож по форме в нижней и верхней частях для улучшения возможностей горизонтального полета;
- В дисколете применены винты противоположного вращения для предотвращения возможности разворачивания конструкции;
- Кабина располагается в верхней части корпуса, так как расположение в нижней части повышает вероятность травм пассажиров при возможной аварии;
- Дисколет можем применяться в качестве БПЛА, а также в качестве игрового устройства при уменьшении размеров.
Известен патент CN 205952318 описывающий дискообразный летательный аппарат с множеством пропеллеров в кольцевом обтекателе. Отличия от заявленного решения состоят в том, что:
- Атмосферный дисколет имеет два винта противоположного вращения;
- Дисколет обладает системами безопасности (двойной привод винтов, аварийная парашютная система) направленные на обеспечения полета и спуска при отказе одного или двух приводов винтов;
- Дисколет обладает шторками воздушных потоков, которые частично перекрывают воздушный поток от винтов уравновешивая аппарат.
Известен патент CN 105984586, описывающий летающую тарелку состоящую из днищая, нижнего вращающегося тела, дискообразного тела, и верхнего вращающегося тела. Отличия от заявленного решения состоят в том, что:
- В дисколете применены винты противоположного вращения для предотвращения возможности разворачивания конструкции;
- Атмосферный дисколет имеет два винта противоположного вращения.
Известен патент CN 106564598, описывающий летающую тарелку с роторами электромагнитного или жидкостного типа, предназначенную для полета в атмосфере или космосе. Отличия от заявленного решения состоят в том, что:
- Атмосферный дисколет имеет винты для создания воздушных потоков и предназначается для движения в газовой атмосфере;
- Дисколет обладает системами безопасности (двойной привод винтов, аварийная парашютная система) направленные на обеспечения полета и спуска при отказе одного или двух приводов винтов;
- Дисколет обладает шторками воздушных потоков, которые частично перекрывают воздушный поток от винтов уравновешивая аппарат;
- Дисколет можем применяться в качестве БПЛА, а также в качестве игрового устройства при уменьшении размеров.
Известен патент RU 2572980, описывающий турбодиск в котором движение летательного аппарата регулируется открытием и закрытием определенных жалюзей, которые перенаправляют поток воздуха от противоположно вращающихся турбин. При этом двигатель летательного аппарата находится в салоне, а сам он, как видно из изображений снабжен рулями направления. Отличия заявленного решения состоят в том, что:
- Атмосферный дисколет не имеет возможности перенаправления основных воздушных потоков, так как это может создавать дисбаланс всей конструкции;
- Дисколет не имеет рулей управления, поскольку изменение высоты производится путем изменения тяги основных винтов, а изменение горизонтального направления производится путем затормаживания одного из винтов;
- Двигатель в дисколете может быть заменен другим источником энергии и располагается под салоном, для понижения центра тяжести;
- Дисколет обладает системами обеспечения безопасности.
Известен патент RU 2364551, описывающий дисколет с двумя компрессорами с изменяемым направлением тяги для перевода дисколета с вертикального на горизонтальное движение. Отличия от заявленного решения состоят в том, что:
- Атмосферный дисколет имеет винты противоположного вращения, располагаемые между центром дисколета и его краем;
- Атмосферный дисколет обладает системами спасения в случае аварийной ситуации;
- Для горизонтального движения в атмосферном дисколете предусмотрены отдельные двигатели.
Наиболее близким решением является патент RU 2617014, описывающий дискообразный летательный аппарат содержащий вентиляторное колесо и воздушнореактивный двигатель противоположного вращения. При этом вентиляторное колесо располагается вокруг кабины. Для сохранения курсовой устойчивости применяется принцип равенства импульса момента силы вентиляторного колеса и воздушно-реактивного двигателя. Кроме того летательный аппарат снабжен парашютами спасения. Отличия от заявленного решения состоят в том, что:
- Атмосферный дисколет может использоваться также как БПЛА (в том числе малого типа), а также как игрушка при условии сокращения размеров;
- В атмосферном дисколете винты располагаются рядом друг с другом и имеют разный диаметр;
- В атмосферном дисколете применяется не принцип равенства импульса момента силы, а принцип равенства рабочей площади винтов;
- Помимо парашютов в атмосферном дисколете применяются системы альтернативного привода винтов, и система стабилизации угла падения, включающая аэродинамические элементы позволяющие развернуть дисколет таким образом, чтобы сделать возможным срабатывание парашютов.
Технический результат заявленного изобретения состоит в создании летательного аппарата не имеющего открытых винтов, способного противостоять боковым ветрам, имеющему наилучшую развесовку, и имеющему системы спасения аппарата и людей. Кроме того летательный аппарат должен обладать высокой маневренностью.
Технический результат достигается за счет дискообразного корпуса в котором удобно располагать винты, при этом подобный тип корпуса имеет примерно равное низкое сопротивление воздушным потокам набегающим с любой из сторон. Наилучшая развесовка достигается путем расположения источника энергии в нижней части, а горизонтальное расположение атмосферного дисколета контролируется специальными шторками воздушных потоков. Поскольку винты располагаются внутри корпуса дисколета, то становится возможным использовать спасательные парашюты (которые в случае вертолета просто были бы срезаны винтом). Маневренность достигается путем контроля основных винтов, которые могут затормаживаться относительно друг друга, что позволяет достаточно быстро развернуть дисколет в обратном направлении.
Частными случаями изготовления устройства являются:
- Изготовление атмосферного дисколета с основными винтами расположенными друг над другом;
- Изготовление атмосферного дисколета малого типа, предназначенного для частного использования в качестве БПЛА (замены квадрокоптеру), либо в качестве игрового устройства;
- Изготовление атмосферного дисколета с иным количеством винтов горизонтального движения или другими устройствами, не менее 1;
- Изготовление атмосферного дисколета с рулями высоты и/или направления;
- Изготовление атмосферного дисколета с более чем одним источником энергии;
- Изготовление атмосферного дисколета с иным приводом винтов;
- Изготовление атмосферного дисколета без механизма изменения направления горизонтального воздушного потока или с механизмом иного типа, который позволяет перенаправить горизонтальный поток в обратную сторону;
- Изготовление атмосферного дисколета с топливным баком расположенным под кабиной и моторами работающими на жидком или газовом топливе;
- Изготовление атмосферного дисколета без винтов горизонтального движения, но с реактивным или любым другим газовым, жидкостным, магнитным и т.д. приводом или двигателем позволяющим обеспечить горизонтальное движение.
Краткое описание чертежей:
Фиг. 1 - Вид на дисколет сверху, с указанием элементов расположенных внутри корпуса летательного аппарата;
Фиг. 2 - Вид сверху с указанием аэролепестков, располагающихся на верхней части корпуса;
Фиг. 3 - Вид сверху на фрагмент дисколета;
Фиг. 4 - Вид сбоку;
Фиг. 5 - Вид сбоку в разрезе;
Фиг. 6 - Вид сбоку на переднюю часть дисколета в разрезе;
Фиг. 7 - Вид сбоку на заднюю часть дисколета в разрезе.
На изображениях атмосферного дисколета указаны следующие элементы:
1. Корпус атмосферного дисколета;
2. Внешний основной винт;
3. Внутренний основной винт;
4. Шторки воздушных потоков;
5. Винты горизонтального движения;
6. Сопло горизонтального воздушного потока;
7. Парашют;
8. Кабина
9. Моторы привода винтов;
10. Тормоза винтов (схематично);
11. Редуктор;
12. Шестерни привода винтов;
13. Аэролепестки;
14. Источник энергии;
15. Направление вращения внешнего винта;
16. Направление вращения внутреннего винта;
17. Шестеренчатые зубья;
18. Направление вертикальных воздушных потоков;
19. Направление горизонтального воздушного потока;
20. Шасси;
21. Салон кабины;
22. Привод винтов горизонтального движения;
23. Направление воздушных потоков внутри конструкции винтов горизонтального движения;
24. Окно воздушного потока;
25. Механизм обратного направления воздушного потока.
Атмосферный дисколет работает следующим образом: Вертикальное движение.
Внешний (2) и внутренний (3) винты (вместе представляющие собой винты вертикального полета) расположенные в корпусе дисколета (1) имеют связь с атмосферой через специальные окна (24) раскручиваются с одинаковой скоростью равномерно. При этом рабочая площадь винтов (т.е. площадь, которую занимают винты в каждом окне) одинакова для обоих винтов.
Таким образом равенство площади винтов вертикального полета не позволяет дисколету закручиваться в ту или иную сторону относительно оси вращения винтов.
Когда подъемная сила становится примерно равна силе притяжения, то дисколет определяет (путем датчиков, гироскопов и др.) свое отклонение от горизонтального положения. Тогда включаются шторки воздушных потоков (4), которые частично перекрывают воздушный поток в том или ином окне (24), или в нескольких окнах сразу, на необходимую величину.
После этого дисколет может свободно подняться в воздух и убрать шасси (20).
Горизонтальное движение.
Для обеспечения горизонтального движения винты горизонтального движения (5) приводимые в действие приводом (22) начинают нагнетать воздух внутрь корпуса (1) в зоне своего расположения. При этом воздушный поток (19,23) выводится через сопло (6) двигая дисколет в горизонтальном направлении.
Для более стабильной работы предусматривается, что винты горизонтально движения должны располагаться попарно, т.е. если один винт находится в верхней части корпуса, то второй винт располагается в нижней части корпуса.
В случаях создания атмосферного дисколета специализированного типа с особыми требованиями касательно скорости или иных характеристик при горизонтальном движении возможно применение вместо винтов горизонтального движения реактивного двигателя, магнитного, фотонного или устройство любого другого типа.
Для поворота атмосферного дисколета предусмотрены тормоза винтов (10). Так, при горизонтальном движении дисколета, когда возникает необходимость изменения направления пилот, или компьютерная программа, подает сигнал на тормоза внешнего (2) или внутреннего (3) винта. Соответствующий винт затормаживается тормозом (10), при этом редуктор (11) перераспределяет тягу увеличивая скорость вращения другого винта. В соответствии с величиной разности вращения дисколет поворачивает в сторону, что обуславливается возникновением реактивного момента от незаторможенного винта.
При полете при боковом ветре дисколет способен сопротивляться ему благодаря практически одинаковой аэродинамике со всех сторон. Сам корпус дисколета одинаков за исключением сопла (6) в задней части. Но кабина (8) имеет форму отличную от круглой. И если с передней части кабина (8) благодаря небольшой ширине обладает низким сопротивлением, то ее боковая сторона имеет большую длину и сопротивление выше. Тем не менее, учитывая, что в разрезе кабина составляет лишь примерно 10%, а 90% приходится на сам диск, а также учитывая, что кабине также придается аэродинамическая форма, то следует считать, что разность аэродинамических сопротивлений при лобовом и боковом ветре незначительна.
В том случае, если боковой ветер или ветер любого другого направления воздействует на дисколет под углом к горизонтальной плоскости полета снизу или сверху, то горизонтальное положение дисколета поддерживается шторками воздушных потоков (4).
При необходимости дисколет может двигаться вперед задней частью благодаря механизму обратного направления воздушного потока (25). Данный механизм перекрывает прямой выход потока воздуха (19) из сопла (6) таким образом, что поток воздуха вырываясь из сопла перенаправляется вдоль корпуса дисколета (1) заставляя его двигаться в обратном направлении.
Источники энергии.
Источник энергии (14) располагается преимущественно под кабиной, как можно ближе к нижней части корпуса (1). Это делается с целью понижения центра тяжести всей конструкции и наилучшей развесовки. При этом предполагается, что в простейшем варианте источником энергии может служить бензиновый двигатель с генератором, топливные элементы или аккумуляторы с запасом электроэнергии (преимущественно для БПЛА и игровых дисколетов), поскольку электроэнергия может быть распределена наилучшим образом между электропотребителями (электромоторы, системы управления и т.д.).
При этом имеется возможность пополнения запасов электроэнергии например при помощи расположения на корпусе дисколета (1) солнечных батарей.
От источника энергии (14) энергия поступает на моторы привода винтов (9) и к другим системам дисколета. А моторы (9) в свою очередь раскручивают винты (2, 3).
Безопасность.
Для обеспечения безопасности атмосферный дисколет обладает двумя системами привода винтов.
Они включают в себя мотор привода винтов (9), редуктор (11), шестерни (12).
В случае выхода из строя одного из моторов привода винтов (9) или иной поломки, которая приведет к невозможности его работы задача по вращению внешнего (2) и внутреннего винта (3) возлагается на вторую систему полностью. При этом возможно повышение нагрузки на дублирующую систему и снижение характеристик дисколета. Но подобное дублирование позволяет безопасно посадить дисколет на землю.
Источник энергии также содержит дублирующие системы и может иметь раздельный вид (например может использоваться несколько аккумуляторов, которые не зависят друг от друга).
Для избежания попадания в винты вертикального полета и в винты горизонтального полета частей тела человека, предметов, животных или птиц винты предполагается закрывать решеткой с открытых сторон.
Аварийная ситуация.
В том случае, если произошел полный отказ основных винтов, внешнего (2) и внутреннего (3) дисколет начнет падать. В силу аэродинамических особенностей падение может быть неконтролируемым (дисколет может начать падать под углом 90 градусов относительно поверхности земли и вращаясь вокруг своей оси), что сделает невозможным срабатывание парашютов (7).
Поскольку кабина (8) дисколета имеет форму отличную от круга и существует незначительная разность лобового и бокового сопротивления, то это препятствует вращению.
Кроме того, при начале падения автоматически срабатывают аэролепестки (13), которые выдвигаются из корпуса на прямой угол. Они увеличивают аэродинамическое сопротивление в верхней части корпуса, что в совокупности с пониженным центром тяжести должно привести к тому, что атмосферный дисколет будет стремится при падении к более горизонтальному положению, при этом верхнея часть корпуса будет ориентирована частично вверх.
Кроме того, некоторые из аэролепестков (13) в выдвинутом положении имеют возможность поворота, что также должно препятствовать вращению дисколета вокруг своей оси.
Таким образом атмосферный дисколет способен стабилизировать свое падение и дать возможность сработать аварийным парашютам (7), которые раскрывшись затормозят падение дисколета и сохранят жизни пассажирам, а технику в ремонтопригодном состоянии.
Использование в качестве БПЛА, игрового летательного аппарата.
Атмосферный дисколет может использоваться в качестве беспилотного летательного аппарата. В этом случае кабина (8) может отсутствовать. Кроме того дисколет может быть дооборудован дополнительными системами.
А при уменьшении размеров дисколета он может послужить как замена квадрокоптерам или как игровой летательный аппарат. При этом главной особенностью является то, что благодаря убранным внутрь корпуса винтам (2, 3) он является достаточно безопасным как при полетах в городе, так и в том случае, если он будет запущен в помещении.
Решению описанных ранее задач способствует форма корпуса, низкий центр тяжести, расположение винтов в корпусе и возможность управления ими, а также наличие аэролепестков и парашютов, которые представляют собой аварийную систему спасения.
1. Атмосферный дисколет, отличающийся тем, что он включает в себя винты вертикального полета противоположного вращения с равной рабочей площадью, расположенные в одной плоскости, винты горизонтального полета, источник энергии и системы безопасности, включающие в себя парашюты, обладающий возможностью затормаживания винтов вертикального полета по отдельности с целью поворота, частичного перекрытия вертикальных потоков воздуха/газа шторками с целью горизонтальной стабилизации и перенаправления горизонтального потока воздуха/газа с целью движения задним ходом.
2. Атмосферный дисколет по п. 1, отличающийся тем, что источником энергии может являться бензогенератор, топливные элементы, аккумуляторы.
3. Атмосферный дисколет по п. 1, отличающийся тем, что его корпус может быть покрыт солнечными батареями для выработки дополнительной электроэнергии.
4. Атмосферный дисколет по п. 1, отличающийся тем, что боковая часть его кабины создает незначительно большее аэродинамическое сопротивление, чем ее лобовая часть.
5. Атмосферный дисколет по п. 1, отличающийся тем, что источник энергии располагается в центре дисколета под салоном.
6. Атмосферный дисколет по п. 1, отличающийся тем, что он обладает аэродинамическими створками, с возможностью поворота, которые выдвигаются из корпуса в случае аварийной ситуации, предотвращая переворот атмосферного дисколета и его вращение.
7. Атмосферный дисколет по п. 1, отличающийся тем, что количество винтов горизонтального движения составляет не менее 1.
8. Атмосферный дисколет по п. 1, отличающийся тем, что он может обладать рулями высоты и/или направления.
9. Атмосферный дисколет по п. 1, отличающийся тем, что он обладает дублирующей системой привода винтов вертикального полета.
10. Атмосферный дисколет по п. 1, отличающийся тем, что при дооборудовании устройства дополнительными системами управления он может служить в качестве беспилотного летательного аппарата (БПЛА).
11. Атмосферный дисколет по п. 1, отличающийся тем, что при уменьшении его размеров он может использоваться в качестве квадрокоптера или игрового летательного аппарата.
12. Атмосферный дисколет по п. 1, отличающийся тем, что винты вертикального полета и винты горизонтального полета могут быть закрыты решеткой для избежания попадания в винты частей тела человека, животных, птиц и/или вещей.
13. Атмосферный дисколет, отличающийся тем, что он включает в себя винты вертикального полета противоположного вращения с равной рабочей площадью, расположенные друг над другом, винты горизонтального полета, источник энергии и системы безопасности, включающие в себя парашюты, обладающий возможностью затормаживания винтов вертикального полета по отдельности с целью поворота, частичного перекрытия вертикальных потоков воздуха/газа шторками с целью горизонтальной стабилизации и перенаправления горизонтального потока воздуха/газа с целью движения задним ходом.
