Летательный аппарат
Летательный аппарат (ЛА) может быть использован для перемещения по воздуху и зависания над землей. Он закрепляется на летчике или устройстве дистанционного управления. ЛА оборудован опорным устройством, приводным устройством с поршневым двигателем, соединенным с рабочим колесом лопастного компрессора с помощью приводного вала. ЛА оснащен по меньшей мере двумя удлинительными трубами, заканчивающимися соплами, расположенными сбоку рядом с грузом или летчиком над общим центром тяжести ЛА. Регулируя положение сопла, изменяют направление выходящего потока воздуха, необходимого для создания подъемной силы. Лопастной компрессор оснащен всасывающим диффузором, расположенным горизонтально над летчиком или грузом. Приводной вал привода лопастного компрессора установлен практически в вертикальном положении. Поток воздуха, создаваемый рабочим колесом компрессора, выходит с дозвуковой скоростью через удлинительные трубы. Преимущество этого ЛА заключается в том, что он имеет небольшую массу, высокий КПД, небольшой расход топлива, что увеличивает продолжительность полета. 21 з.п.ф-лы, 5 ил.
Изобретение касается устанавливаемого и закрепляемого на нагрузке летательного аппарата, нагрузка способна выполнять функции управления и с помощью летательного аппарата автономно открываться от земли и зависать над землей или удерживаться стационарно. При этом нагрузкой может являться находящийся практически в вертикальном положении летчик или устройство дистанционного управления.
Известны летательные аппараты такого типа, двигатель которых сконструирован как работающий на горючем топливе ракетных (реактивных) двигатель или газотурбинный двигатель с направленными вниз соплами, так что выходящие из них горячие выхлопные газы являются опасными: созданная реактивная струя двигателя - высокотемпературная и представляет опасность для летчика из-за возможности воспламенения, а для окружающей среды - из-за возможности образования пожара. Кроме этого, высокая температура этих выхлопных газов ограничивает выбор материалов, пригодных для конструирования летательного аппарата, например, в качестве конструктивных материалов узлов, контактирующих с горячими выхлопными газами, непригодны никакие пластмассы, а в данном случае даже алюминий. Известен газотурбинный летательный аппарат вышеуказанного типа, который крепится на спине летчика (см. патент США US-A-3 023 980). В качестве горючего для газовой турбины используется, например, бензин. При этом газовая турбина с помощью непосредственно присоединенного, горизонтально закрепленного вращающегося приводного вала с той же скоростью вращения вращает аксиальный компрессор, который всасывает воздух из окружающей среды и падает его в газовую турбину. Через две трубы, которые ведут от газовой турбины к выходным соплам, расположенный сбоку рядом с летчиком, выталкивается образованная струя горячего газа с выходной температурой около 1200oF (700oC) и таким образом создается необходимая подъемная сила. Управление летательным аппаратом осуществляется ручкой для регулировки направления выходных сопел, т.е. отклонения направления выхода горячего газа в окружающую среду. Недостатком этого летательного аппарат являются высокие температуры выходящей струи газа и предельно короткая максимальная продолжительность полета из-за большого расхода горючего. Известна летающая платформа с дистанционным управлением (см. патент США US-A-4-795111), в которой поршневой двигатель внутреннего сгорания непосредственно вращает размещенный в корпусе лопастной винт. Это аппарат в основном применяется в качестве военных или гражданских наблюдательных платформ с дистанционным управлением. Упоминается, но не описывается возможность нахождения летчика в подъемной части. В этом аппарате отсутствует недостаток, связанный с горячими выхлопными газами. Описываемая платформа не может крепиться на спине летчика. Кольцо винта заканчивается неразветвленной, короткой, прямой, неповоротной трубой. Уже при использовании двух разделенных труб платформа стала бы непригодной и тяжелой для применения ее в качестве летательного аппарата, прикрепленного на спине летчика. Поэтому необходим летательный аппарат вышеуказанного типа, выхлопные газы которого имеют столь низкую температуру, что они практически не являются опасными и позволяют оптимально использовать легкие строительные материалы для летательного аппарата. Кроме этого, необходимо создать летательный аппарат, обеспечивающий длительное пребывание в воздухе. Цель данного изобретения - удовлетворить эту потребность. Для решения поставленной цели предлагается летательный аппарат вышеуказанного типа с приведенными в пункте 1 формулы изобретения отличительными признаками. В дополнительных пунктах определены усовершенствования на базе изобретенного летательного аппарата. Изобретение обеспечивает возможность подъема нагрузки, способной управлять летательным аппаратом, т.е. летчика (на спине которого с помощью корсета или опорного устройства крепится летательный аппарат) поднимаемого с земли в вертикальном направлении и в течение более длительного промежутка времени (до одного часа и более) или на продолжительном отрезке удерживаемого в режиме зависания или полета. Необходимую мощность летательного аппарата обеспечивает, например, работающий на горючем поршневой двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием (тип Otto), который с помощью приводного вала приводит в действие установленный на нем лопастной компрессор; последний с помощью своего рабочего колеса всасывает воздух, сжимает его и ускоряет с тем, чтобы он с большой скоростью направлялся в вертикальном направлении вниз к соответствующему выходному соплу трубы и выходил через него. В качестве привода также можно использовать двигатели внутреннего сгорания (ДВС) типа двигатель Дизеля и двигатель Ванкеля. Также можно использовать другие типы ДВС, напр. водородные. На выходном конце труб сопла имеют сужение, благодаря чему обеспечивается ускорение выходящего воздушного потока. Благодаря возможности согласования геометрии компрессора с характеристиками привода отпадает необходимость редуктора для передачи или редукции между коленчатым валом поршневого двигателя и лопастным компрессором. Прямой привод с приводным валом между приводным устройством и рабочим колесом дает значительное упрощение и соответственно значительную экономию веса. В отличие от вертолета, в данном изобретении, несмотря на использование в нем приводного устройства о вращающимися частями, отпадает необходимость выравнивания крутящего момента двигателя с помощью специального винта. Необходимый противодействующий крутящий момент можно получить путем отклонения воздушной струи привода от вертикального направления потока. Изобретение удовлетворяет потребность в небольшом, легком, просто работающем летательном аппарате, который дает возможность перемещения на нем нагрузки, напр. летчика, способного управлять таким аппаратом. Изобретенный летательный аппарат характеризуется легкой маневренностью, простотой транспортировки и монтажа, на земле его может нести один человек, он легко запускается и обслуживается. На таком аппарате можно выполнять такие воздушные маневры, которые невозможны на других известных летательных аппаратах, как, например, аэропланы, сверхлегкие (ultra light) самолеты, воздушные баллоны, управляемые парашюты, дельтапланы и т.п. Кроме этого, на таком летательном аппарате можно летать в областях, которые недоступны или труднодоступны при использовании вертолета, напр. узкие горные ущелья. Кроме этого, благодаря устранению опасности возникновения пожара, такой летательный аппарат может летать над лесными массивами, а также в узких переулках между домами и прямо к фасадам домов. Одним из существенных преимуществ изобретения, а также существенным отличием по сравнению с уже известными летательными аппаратами, является использование двигателя внутреннего сгорания или поршневого двигателя. По сравнению с другими двигателями, как например газовые турбины, химические приводы, например с перекисью водорода и т.п., он гораздо эффективнее и экономичнее, а также технически проще, что обеспечивает значительно большую продолжительность полета. Другим преимуществом поршневого двигателя является его простое, надежное управление, а также низкие затраты на приобретение и эксплуатацию. Его обслуживание и профилактика также значительно дешевле, чем в случае использования газовых турбин. В качестве горючего можно использовать обычное горючее для поршневых двигателей, так что уже имеющаяся инфраструктуру обеспечивает беспроблемное снабжение горючим. Благодаря низкой температуре воздушного потока, создаваемого лопастным компрессором и выходящего через сопла, можно успешно выполнить важные машинные, напр. трубы и/или лопастный компрессор, детали из легких многослойных волокнистых материалов. Это преимущество присутствует даже в случае смешивания выхлопных газов поршневого двигателя с выходящим воздушным потоком. Летательный аппарат, выполненный согласно изобретению, может успешно применяться в качестве транспортного средства для оказания первой помощи в спасательных операциях в труднодоступных местностях или в густонаселенных центрах больших городов, где вследствие большого движения или других препятствий не удается своевременно добраться до раненых с помощью обычных транспортных средств. Он также применим при тушении больших пожаров в высотных домах, обеспечивая доставку туда систем спасения пострадавших людей или их вывод с помощью такого летательного аппарата. Это особенно важно в том случае, когда нецелесообразно использовать обычные средства, такие как спасательные приставные лестницы или вертолеты. Кроме этого, соответствующий изобретению летательный аппарат является крайне легким, небольшим и благоприятным по стоимости воздушным транспортным средством, для которого являются достаточными взлетные и посадочные площадки минимальной площади. Он значительно нечувствительнее к условиям посадки и взлета, чем, например, работающие на газовых турбинах летательные аппараты, в которых вблизи земли имеется опасность снижения тяги вследствие рециркуляции выхлопного газа или попадания в двигатель посторонних предметов, таких как пыль, листья, камешки и т.п. и повреждения двигателя. Летательный аппарат, выполненный согласно изобретению, обеспечивает реализацию недорогостоящего и быстрого способа достижения труднодоступных местностей, например, для выполнения контроля и наблюдения. Этот летательный аппарат отличается простотой управления и позволяет летчику летать над лесными массивами и использовать при этом крайне малые площади. Также возможен полет на более блинные расстояния на малых высотах от земли. Он имеет большие возможности применения в военных целях, где решающими факторами являются значительный радиус действия летательного аппарата, а также его компактная конструкция, что обеспечивает широкие возможности для его применения. Заявленный летательный аппарат может находить широкое применение также в воздушном спорте. Благодаря выбранному, новому и особенно простому приводу, сочетающему в себе признаки двигателя внутреннего сгорания, лопастного винта и удвоенной трубы, стало возможным получить оптимальное направление воздушных потоков и соответственно использовать приводную энергию двигателя с более высокой к.п. д. Благодаря непосредственному соединению вращающихся осей двигателя внутреннего сгорания и лопастного компрессора, а также оптимальному согласованию скорости вращения двигателя внутреннего сгорания с аэродинамической формой лопастного компрессора достигается выход воздушного потока через сопла труб с дозвуковой скоростью, вследствие чего еще больше увеличивается к.п.д. устройства создания подъемной силы, т.е. привода вместе с лопастным компрессором, в отличие от газотурбинного летательного аппарата, струя газа из которого выталкивается со значительно большей скоростью. Поэтому заявленный летательный аппарат имеет весьма небольшой расход горючего и соответственно позволяет выполнять более длительные полеты. Ниже на чертежах подробнее описываются примеры конструкций, заявленного летательного аппарата, причем одинаковые части и детали на различных чертежах обозначены одинаковыми цифрами. На фиг. 1а, 1б, 1в, и 1г в схематическом виде сбоку, спереди с частичным разрезом, спереди и сверху показаны примеры конструкции летательного аппарата по данному изобретению, закрепленного на спине летчика. на фиг. 1д, 1е показан водяной радиатор на всасывающем диффузоре компрессора, служащий для охлаждения поршневого двигателя. На фиг. 1ж показан вращаемый приводным валом охлаждающий ротор и узел водяного охлаждения, служащий для охлаждения поршневого двигателя. На фиг. 1з показаны элементы водяного охлаждения на концах труб, служащие для охлаждения поршневого двигателя, а также управляющее устройство с дистанционным управлением вместо датчика. На фиг. 1и показана обводная (байпассная) система для нагнетания поршневого двигателя. На фиг. 1к показан соединительный фланец в виде пускового ременного шкива. На фиг. 2 показана конструкция карданного механизма в области лопастного компрессора. На фиг. 3 схематически показан вид сверху части летательного аппарата, представленного на фиг. 1а, 1б, 1в и 1г, для показа возможности компенсации крутящего момента. На фиг. 4а, 4б, 4в и 4г схематически показан вид сбоку части летательного аппарата, представленного на фиг. 1а, 1б, 1в и 1г для показа возможности регулировки направления выходящего потока воздуха. На фиг. 5 схематически показан принцип действия системы спасения в указанном в патентной заявке летательном аппарате, представленном на фиг. 1а, 1б, 1в и 1г. Как, в частности, видно на фиг. 1а, летательный аппарат находится на спине летчика. Корсет выполнен в виде топливного бака с горючим 10 и соприкасается со спиной летчика P. С помощью системы ремней 16, выполненной в виде сиденья, путем фиксирования затяжки ремня 17 достигается жесткая силовая связь между летчиком и летательным аппаратом. Это также служит для переноса летчиков P аппарата до и после полета. В обычном полетном положении летательного аппарата общая ось центра тяжести X летательного аппарата и летчика или груза проходит между приводным устройством 100 и летчиком P практически через середину выходных сопел 304, 305, которые, как правило, расположены над общим центром тяжести летательного аппарата и летчика Р. Ручкой газа 310 летчик P регулирует на одной из двух консолей управления 309 мощность поршневого двигателя, входящего в приводное устройство 100 и запускающегося ручным стартером 105. Приводное устройство 100 снабжается топливом из топливного бака 10 с помощью обычного смесеобразующего устройства. При этом топливный бак 10 может состоять из нескольких частей или можно предусмотреть несколько топливных баков. На летательном аппарате установлен лопастной компрессор 200 с лопастями из углеродного волокна 203, стальной вал 208 лопастного винта которого связан с коленчатым валом 107 приводного устройства 100 через выполненный из углеродного волокна приводной вал 108, который в нормальных полетных условиях летательного аппарата стоит практически вертикально. Вал лопастного винта 208 заканчивается в выполненной из алюминия втулке компрессора 204, в котором вмонтированы лопатки компрессора 203. При этом вал лопастного винта 208 обычно оснащен самосмазывающимися опорами. Лопастной компрессор 200 втягивает воздух из окружающей среды через выполненный из углеродного волокна всасывающий диффузор компрессора 202, который в нормальных полетных условиях летательного аппарата находится практически в горизонтальном положении над летчиком, и выталкивает его с высокой скоростью вниз в вертикальном направлении через выполненный из углеродного волокна статор 205, служащий для выравнивания потока воздуха, а также равномерно распределяет поток в две выполненные из углеродного волокна трубы 300. Расположенные сбоку рядом с летчиком P выходные сопла 304, 305 на концах труб 300 создают подъемную тягу, необходимую для отрыва летчика и летательного аппарата от земли и зависания над землей. Увеличение мощности приводного устройства 100 приведет к росту скорости вращения лопастного компрессора 200. Передача мощности лопастям компрессора 203 вызовет рост скорости выхода воздуха из выходных сопел 304, 305 и, следовательно, увеличение подъемной тяги. Путем выравнивания закрученного потока на выходе из компрессора с помощью неподвижных, выполненных из углеродного волокна, лопаток, адаптированных к соответствующей геометрии компрессора, создается крайне эффективное превращение мощности двигателя приводного устройства 100 в энергию потока, которая подводится к трубам 300. Это является существенным усовершенствованием по сравнению с обычными несущими винтами вертолетов, а также воздушными винтами. Верхний конец торсионной втулки 106 скреплен болтами статорным лопастным колесом 205, а нижний конец - соединительным шпангоутом 9. Соединительный шпангоут на обеих концах плотно соединен с рамой 1, которая держит приводное устройство 100, топливный бак 10 и лопастной компрессор 200. Этим обеспечивается жесткость несущей конструкции и исключается кручение рамы 1 крутящим моментом, созданным приводным устройством 100. С помощью консолей управления 309, скрепленных винтовым соединением 319 с трубами 300, и карданного механизма 2 (см. в частности фиг. 1в, 1г и фиг. 2), соединяющего удлинительные трубы 300 со старом 205 лопастного компрессора 200, обе удлинительные трубы 300, а также находящиеся на их концах выходные сопла 304, 305 могут отклоняться в любом направлении под углом примерно![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
7 - болты крепления двигателя
8 - опора
9 - соединительный шпангоцит
10 - топливный бак
11 - блок измерения углов топлива в топливном баке
12 - вентиляционное отверстие
13 - загрузочный штуцер
14 - соединительный патрубок
15 - стенки из пеноматериала
16 - система ремней
17 - средства фиксации затяжки ремня
100 - приводное устройство
101 - система выхлопа
102 - соединительный фланец
103 - водяное охлаждающее устройство
104 - демпфер колебаний
105 - ручной стартер
106 - торсионная втулка
107 - коленчатый вал
108 - приводной вал
109 - направляющие лопатки
110 - карданный вал
111 - кольцевой водяной радиатор
112 - кольцевое водоохлаждающее устройство
113 - обводная (байпассная) система
114 - крепежная рама
115 - охлаждающий ротор
116 - ременной шкив
117 - зубчатый ремень
118 - направляющий воздушный канал
119 - плоское охлаждающее устройство
120 - направляющий воздушный канал на трубе
121 - элемент водяного охлаждения
122 - пусковой ременный шкив
123 - соединительные спицы
200 - лопастной компрессор
200'- лопастной винт
201 - кожух компрессора
202 - всасывающий канал компрессора
203 - лопатки компрессора
204 - втулка компрессора
205 - статор
205'- лопастное колесо статора
206 - обшивка
207 - элемент крепления рамы
208 - вал лопастного винта
209 - отклоняющие сопла
210 - дроссельные каналы
300 - удлинительные трубы
301 - компенсатор отклонения
302 - триммеры
303 - трос
304, 305 - выходные сопла
306, 307 - закрутка удлинительных труб
308 - измерительные приборы
309 - консоль управления
310 - ручка газа
311 - поворотная ручка
312 - подвижные регулировочные сопла
313 - поворотный шарнир
314 - полый вал
315 - винт управления в продольном направлении
316 - винт управления в поперечном направлении
317 - ось вращения
318 - скоба
319 - болтовое соединение
320 - дополнительное карданное кольцо
321 - дополнительное соединительные скобы
322 - дополнительный компенсатор отклонения
400 - аварийная система спасения
401 - парашют
402 - парашютный чехол
403 - вытяжной механизм
403a, 403в - вспомогательные вытяжные механизмы
404 - патрон расширения
405 - канаты спасательного парашюта
406 - струйные язычки
407 - язычки спасательного парашюта
408 - поглотитель удараа
Формула изобретения
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, Рисунок 15MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 21.09.2001
Извещение опубликовано: 10.11.2004 БИ: 31/2004