Летательный аппарат
Полезная модель относится к авиационному транспорту, к бескрылым летательным аппаратам, как пилотируемым, так и беспилотным. Летательный аппарат содержит обтекаемый аэродинамический корпус 1, силовую установку 2, реактивный движитель 3 с входным направляющим аппаратом 4, турбинными колесами 5, 6 с нагнетательными лопатками 7 на цилиндрической образующей колес 5, 6 реактивными соплами 8, имеющими устройства 9 управления вектором тяги, систему управления силовой установкой и движителем. Силовая установка 2 скомпонована в виде гибридной спарки «роторный двигатель 10 - генератор электрического тока 11», корпус 1 выполнен дискообразным с подобной по форме внутренней полостью 12, в ней установлены соосно и горизонтально с возможностью противовращения турбинные колеса 5, 6, которыевыполнены в виде пустотелых взаимосопрягающихся цилиндров, снабженных электромагнитами, электрически связанны с генератором 11, входной направляющий аппарат 4 выполнен в виде регулируемых отверстий 13, выполненных в корпусе 1 на входе лопаток 7 верхнего турбинного колеса 5, реактивные сопла 8 по периметру корпуса 1, а устройства 9 управления вектором тяги в виде поворотных управляемых заслонок 14 на выходе из реактивных сопел 8, нагнетательные лопатки 7 нижнего колеса 6 установлены с противоположным углом атаки по отношению к лопаткам 7 верхнего колеса 5. Силовая установка 2 запускается посредством старта роторного двигателя 10, который раскручивает генератор электрического тока 11, а вырабатываемый ток подается на электромагниты турбинных колес 5, 6. Нагнетательные лопатки 7 верхнего колеса 5 захватывают воздух, через регулируемые отверстия 13 входного направляющего аппарата 4, разгоняют поток и сбрасывают на лопатки 7 нижнего колеса 6 установленные с противоположным углом атаки. Реактивный движитель 3 отбрасывает массу сжатого воздуха через реактивные сопла 8, а устройства 9 управления вектором тяги управляемых заслонок 14, установленных на выходе, направляют вектор тяги в сторону, противоположную заданному перемещению аппарата - аппарат начинает движение.
Полезная модель относится к авиационному транспорту, в частности, к бескрылым летательным аппаратам, как пилотируемым, так и беспилотным.
Известен летательный аппарат вертикального взлета, содержащий обтекаемый аэродинамический корпус, силовую установку, реактивный движитель с входным направляющим аппаратом, турбинными колесами с нагнетательными лопатками на цилиндрической образующей колес, реактивными соплами, имеющими устройства управления вектором тяги, систему управления силовой установкой и движителем, (см. Политехнический словарь под ред. Академика И.И. Артоболевского. М., Советская энциклопедия, 1976 г. стр.436).
Недостатком такого технического решения является недостаточная эффективность полета, например, полета назад без разворота, полета бортом вбок, быстрого разворота под прямым или другим углом, разворота на месте на 360 градусов зависания на любой высоте, занятия любого эшелона как по высоте, так и по курсу без изменения координат, выполнения фигур высшего пилотажа в режиме плоско-параллельного перемещения полет на боку и др.
Задачей полезной модели является повышение эффективности полета.
Задача достигается тем, что летательный аппарат вертикального взлета, содержащий обтекаемый аэродинамический корпус, силовую установку, реактивный движитель с входным направляющим аппаратом, турбинными колесами с нагнетательными лопатками на цилиндрической образующей колес, реактивными соплами, имеющими устройства управления вектором тяги, систему управления силовой установкой и движителем, отличается тем, что, согласно полезной модели, силовая установка скомпонована в виде гибридной спарки «роторный двигатель - генератор электрического тока», корпус выполнен дискообразным с подобной ему по форме внутренней полостью, в которой установлены соосно и горизонтально с возможностью противовращения турбинные колеса, при этом последние выполнены в виде пустотелых взаимосопрягающихся цилиндров, снабженных электромагнитами как статор и ротор электродвигателя, электрически связанного с генератором, входной направляющий аппарат выполнен в виде регулируемых отверстий, выполненных в корпусе на входе лопаток верхнего турбинного колеса, реактивные сопла равномерно размещены по периметру корпуса, а также на верхней поверхности корпуса и на днище, а устройства управления вектором тяги выполнены в виде поворотных управляемых заслонок, установленных на выходе из реактивных сопел, нагнетательные лопатки нижнего колеса установлены с противоположным углом атаки по отношению к лопаткам верхнего колеса.
Отличительные признаки в целом дают повышение эффективности полета. В особенности решение поставленной задачи обеспечивают следующие признаки:
- корпус выполнен дискообразным; реактивные сопла равномерно размещены по периметру, а также на верхней поверхности корпуса и на днище - это дает возможность полета вперед-назад, вверх-вниз и вбок без разворота;
- турбинные колеса установлены с возможностью противовращения и выполнены в виде пустотелых взаимосопрягающихся цилиндров, снабженных электромагнитами, как статор и ротор электродвигателя, - это формирует электромагнитные поля с разноименными полюсами на каждом электромагните, вращение происходит с большей скоростью и более равномерно, поскольку пересечение магнитных полей электромагнитов статора и ротора происходит чаще за счет встречного вращения;
- нагнетательные лопатки нижнего колеса установлены с противоположным углом атаки по отношению к лопаткам верхнего колеса - это повышает производительность и компрессию турбины, тягу движителя и соответственно, эффективность полета.
- устройства управления вектором тяги выполнены в виде поворотных управляемых заслонок, установленных на выходе из реактивных сопел - это позволяет изменять направление вектора тяги в вертикальной плоскости;
Полезная модель поясняется чертежами: на фиг.1 показан дискообразный летательный аппарат (ДЛА) в разрезе на взлете; на фиг.2 - в полете.
ДЛА вертикального взлета содержит обтекаемый аэродинамический корпус 1, силовую установку 2, реактивный движитель 3 с входным направляющим аппаратом 4, турбинными колесами 5, 6 с нагнетательными лопатками 7 на цилиндрической образующей колес 5, 6 реактивными соплами 8, имеющими устройства 9 управления вектором тяги, систему управления силовой установкой и движителем (не показана). Отличия заключаются в том, что силовая установка 2 скомпонована в виде гибридной спарки «роторный двигатель 10 - генератор электрического тока 11», корпус 1 выполнен дискообразным с подобной ему по форме внутренней полостью 12, в которой установлены соосно и горизонтально с возможностью противовращения турбинные колеса 5, 6, при этом последние выполнены в виде пустотелых взаимосопрягающихся цилиндров, снабженных электромагнитами как статор и ротор электродвигателя, электрически связанного с генератором 11, входной направляющий аппарат 4 выполнен в виде регулируемых отверстий 13, выполненных в корпусе 1 на входе лопаток 7 верхнего турбинного колеса 5, реактивные сопла 8 равномерно размещены по периметру корпуса 1, а устройства 9 управления вектором тяги выполнены в виде поворотных управляемых заслонок 14, установленных на выходе из реактивных сопел 8, нагнетательные лопатки 7 нижнего колеса 6 установлены с противоположным углом атаки по отношению к лопаткам 7 верхнего колеса 5
Силовая установка 2 запускается посредством старта роторного двигателя 10, который раскручивает генератор электрического тока 11, а вырабатываемый ток подается на электромагниты турбинных колес 5, 6. При этом они работают как статор и ротор электродвигателя: формируют электромагнитные поля с разноименными полюсами на каждом электромагните. Возникающие электромагнитные силы притягивают электромагниты статора и ротора с разноименными полюсами.. Электродвигатель начинает раскручиваться, статор и ротор вращаются в разные стороны. При достижении номинальных оборотов и крутящего момента работа двигателя стабилизируется. Вращение происходит с большей скоростью и более равномерно, поскольку пересечение магнитных полей электромагнитов статора и ротора происходит чаще за счет встречного вращения.
Далее нагнетательные лопатки 7 верхнего колеса 5 захватывают воздух, поступающий через регулируемые отверстия 13 входного направляющего аппарата 4, разгоняют поток и сбрасывают на лопатки 7 нижнего колеса 6 установленные с противоположным углом атаки, что еще более ускоряет поток воздуха. Реактивный движитель 3 отбрасывает массу сжатого воздуха через реактивные сопла 8, а устройства 9 управления вектором тяги в виде поворотных управляемых заслонок 14, установленных на выходе, направляют вектор тяги в сторону, противоположную заданному перемещению аппарата - ДЛА начинает движение.
Предварительные расчеты показывают, что турбинные колеса 5, 6, которые работают как статор и ротор электродвигателя, могу раскручиваться свыше 20000 об/мин, имея при этом значительный момент инерции и крутящий момент за счет приложения электромагнитных сил на большом плече, эффекта встречного вращения и кинетической энергии маховиков (колес 5, 6). При меньших энергетических затратах заявляемый движитель обладает лучшими тяговыми характеристиками, чем сопоставимый газотурбинный двигатель.
ДЛА перемещается в нескольких режимах.
В режиме вертикального взлета или изменения высоты (см. фиг.1) открыты соответствующие сопла 8 на днище или верней части корпуса 1.
В режиме прямолинейного полета открыты сопла 8 на периметре сзади ДЛА.
При изменении курса можно осуществить плавный поворот по кривой за счет открытия сопел 8 противоположного направлению поворота борта, а можно затормозить и без разворота ДЛА уйти резко под прямым углом вбок. Аналогично имеется возможность изменять высоту полета - плавно в режим прямолинейного полета или резко из курсовой точки. Соответственно, пилотажные фигуры можно делать «по-самолетному» с виражами, а можно «плоско-параллельно» не изменяя наклон корпуса ДЛА. Указанные эволюции в пространстве ДЛА способен осуществлять на скоростях, превышающих физиологическую выносливость пилота к перегрузкам. Наиболее эффективно использование заявляемого ДЛА как беспилотного летательного аппарата.
Возможности ДЛА наиболее раскрываются в спасательной службе и боевом применении.
Промышленная применимость обеспечивается современными технологиями в авиастроении и системах автоматического управления.
Летательный аппарат вертикального взлета, содержащий обтекаемый аэродинамический корпус, силовую установку, реактивный движитель с входным направляющим аппаратом, турбинными колесами с нагнетательными лопатками на цилиндрической образующей колес, реактивными соплами, имеющими устройства управления вектором тяги, систему управления силовой установкой и движителем, отличающийся тем, что силовая установка скомпонована в виде гибридной спарки «роторный двигатель - генератор электрического тока», корпус выполнен дискообразным с подобной ему по форме внутренней полостью, в которой установлены соосно и горизонтально с возможностью противовращения турбинные колеса, при этом последние выполнены в виде пустотелых взаимосопрягающихся цилиндров, снабженных электромагнитами как статор и ротор электродвигателя, электрически связанного с генератором, входной направляющий аппарат выполнен в виде регулируемых отверстий, выполненных в корпусе в зоне лопаток верхнего турбинного колеса, реактивные сопла равномерно размещены по периметру корпуса, а также на верхней поверхности корпуса и на днище, а устройства управления вектором тяги выполнены в виде поворотных управляемых заслонок, установленных на выходе из реактивных сопел, нагнетательные лопатки нижнего колеса установлены с противоположным углом атаки по отношению к лопаткам верхнего колеса.
