Літальний апарат “ма-4″

Літальний апарат, що містить кабіну з опорнопосадочним механізмом, двигун, лопаті, закріплені на осях для взаємодії з повітряним середовищем, диференціал з розташованими симетрично з боків кабіни напіввалами, регулятор числа оборотів у вигляді гальма для кожного напіввала і пристрій управління лопатями, який відрізняється тим, що кабіна оснащена хвостовим оперенням, кожна лопать виконана плоскої, прямокутної форми і закріплена на осі симетрично, і він забезпечений принаймні двома диференціалами з відповідними напіввалами, кожен напіввал виконаний у вигляді з'єднаних між собою фланцями порожнистих циліндричних секцій, що мають втулки, в яких симетрично з боків кабіни принаймні двома рядами встановлені осі лопатей так, що в кожному ряду вони розташовані радіально до секції напіввала і U 2 (19) 1 3 патент UA № 57440 від 10.02.2011, МПК В64С 27/00). Основним недоліком найближчого аналога є те, що із зміною швидкостей обертання лопатей по боках кабіни виникає бічна складова сил тяги лопатей, що спричиняє самовільне зміщення апарата убік напіввалів, що мають більше число оборотів. В основу корисної моделі поставлена задача створити такий літальний апарат, в якому шляхом конструктивних змін лопатей і пристрою управління ними досягається можливість виключити самовільне бічне зміщення апарату при різниці числа оборотів напіввалів по боках кабіни. Для вирішення задачі запропонований літальний апарат, що містить кабіну з опорнопосадочним механізмом, двигун, лопаті, закріплені на осях для взаємодії з повітряним середовищем, диференціал з розташованими симетрично з боків кабіни напіввалами, регулятор числа оборотів у вигляді гальма для кожного напіввала і пристрій управління лопатями, у якому, згідно з корисною моделлю, кабіна оснащена хвостовим оперенням, кожна лопать виконана плоскої, прямокутної форми і закріплена на осі симетрично, і який оснащений принаймні двома диференціалами з напіввалами. Кожен напіввал виконаний у вигляді з'єднаних між собою фланцями порожнистих циліндричних секцій, що мають втулки, в яких симетрично з боків кабіни принаймні двома рядами встановлені осі лопатей так, що в кожному ряду вони розташовані радіально до секції напіввала і частково входять в її порожнину, де на кінець осі кожної лопаті посаджений сектор конічної шестірні, призначений для повороту осі лопаті у втулці секції напіввала. Пристрій управління лопатями кожного напіввала виконаний у вигляді кулачкових механізмів з пазовими кулачками, які розташовані в порожнинах секцій напіввала. Кожен кулачковий механізм містить кулачок у вигляді диска з пазом для роликів коромисел, який закріплений на штанзі, встановленій з можливістю обертання по куту співвісно напіввалу в його порожнині і кінематично зв'язаній з важелем управління лопатями напіввала, опорний диск, який закріплений в секції напіввала, оснащений маточиною у вигляді підшипника, в який встановлена штанга і втулками, в яких паралельно штанзі, з можливістю обертання по куту встановлені осі, причому на одному кінці кожної з осей закріплене коромисло з роликом так, що ролик входить в паз кулачка, а на іншому - закріплений сектор конічної шестірні з можливістю зачеплення з сектором конічної шестірні, посадженим на кінець відповідної осі лопаті. Суть конструкції літального апарата, що заявляється, пояснюється кресленнями, де: На фіг. 1 показаний літальний апарат з двома парами напіввалів, що складаються з двох секцій кожен з чотирма лопатями в кожному ряду, вигляд збоку. На фіг. 2 - розріз по А-А фіг. 1. На фіг. 3 представлена діаграма закону зміни кутів повороту коромисел у функції кутів повороту напіввала. 67372 4 На фіг. 4 показаний напіввал з лопатями у фазі верхнього вистою коромисел, вид спереду апарата. Літальний апарат (один з можливих варіантів) містить кабіну 1 з хвостовим оперенням і опорнопосадочним механізмом 2 (показані тільки колеса), двигун 3, лопаті 4, закріплені на осях 5 для взаємодії з повітряним середовищем, диференціал 6 з розташованими симетрично з боків кабіни 1 напіввалами 7, регулятор числа оборотів напіввалів 7 у вигляді гальма 8 і пристрій 9 управління лопатями 4 для кожного з них. Кожна лопать 4 виконана плоскою, прямокутної форми і закріплена на осі 5 симетрично. Кожний напіввал 7 (див. фіг. 2) виконаний у вигляді зв'язаних між собою фланцями 10 порожнистих циліндричних секцій 11, що мають втулки 12, в яких симетрично з боків кабіни 1, рядами встановлені осі 5 лопатей 4 так, що в кожному ряду осі 5 лопатей 4 розташовані радіально до секції 11 напіввала 7 і частково входять в її порожнину, де на кінець кожної осі 5 лопаті 4 посаджений сектор 13 конічної шестірні, призначений для повороту осі 5 лопаті 4 у втулці 12 секції 11 напіввала 7. Пристрій 9 управління лопатями 4 кожного напіввала 7 виконаний у вигляді кулачкових механізмів 14 з пазовими кулачками, які розташовані в порожнині кожної секції 11 напіввала 7. Кожний кулачковий механізм 14 містить кулачок у вигляді диска 15 з пазом 16 для роликів 17 коромисел 18, який закріплений на штанзі 19, встановленої співвісно напіввалу 7 з можливістю обертання по куту і кінематично пов'язаної з важелем 20 управління лопатями 4, опорний диск 21, який закріплений в секції 11 напіввала 7, забезпечений маточиною у вигляді підшипника 22, в який встановлена штанга 19 і втулками 23, в яких паралельно штанзі 19 з можливістю обертання по куту встановлені осі 24. На одному кінці кожної з осей 24 закріплено коромисло 18 так, що його ролик 17 входить в паз 16 на диску 15 кулачка, а на іншому, з іншого боку опорного диска 21, закріплений сектор 25 конічної шестірні з можливістю зчеплення з сектором 13 конічної шестірні, посадженим на кінець відповідної осі 5 лопаті 4 в порожнині секції 11 напіввала 7. Профілі кулачків і параметри ланок механізму 14 виконані так, що максимальний кут повороту () кожного коромисла 18 в обороті напіввала 7 становить 22,5°. Передавальне відношення між секторами 25 і 13 конічних шестерень обраний рівним 1:2. Лопаті 4 виконані з можливістю збіжності в робочій половині кола обертання напіввала 7 до взаємного дотику бічними краями у фазі верхнього вистою коромисел 18 під кутом () рівним 90. На кресленнях не розкриті конструкція хвостового оперення кабіни 1, а також елементи 2, 3, 6, 8, які відомі в різних варіантах їх виконання. Передача обертання вала двигуна 3 на напіввали 7 і зв'язок штанги 19 з важелем 20 керування лопатями 4 можуть бути здійснені різними способами. Число диференціалів 6 з напіввалами 7, секцій 11 і осей 5 із лопатями 4 на них залежить від призначення і необхідної вантажопідйомності літального апарата. Робота літального апарата. 5 Після запуску двигуна 3, обертання його вала передається через диференціал 6 на напіввали 7. Поки штангу 19 утримує від повороту по куту важіль 20 управлінь лопатями 4, ролик 17 кожного коромисла 18 обкатується по боковій поверхні паза 16 на диску 15 і під її впливом повертає відповідне коромисло 18 разом з сектором 25 конічної шестірні, закріпленим на одній осі 24 з коромислом 18. Сектор 25 конічної шестірні, що входить у зачеплення з сектором 13 конічної шестірні, маючи передавальне відношення між ними 1:2, повертає вісь 5 у втулці 12 секцій 11 напіввала 7 в відповідність з вибраним законом зміни кута () повороту коромисла 18 в функції кута () повороту напіввала 7, який зображений на діаграмі (див. Фіг. 3), де суцільною лінією зображено закон зміни кута () для одного з коромисел 18, а пунктиром - для інших трьох коромисел кожного ряду. Внаслідок дзеркального розташування кулачкових механізмів 14 лопаті 4, закріплені на осях 5 в робочій половині кола обертання напіввала 7 в фазі (п) підйому коромисел 18 різноспрямовано повертаються і в фазі (вв) верхнього вистою коромисел 18 стикаються краями під кутом 90 між ними (див. Фіг. 4). При цьому швидкісний напір повітря створює на лопатах 4 сили тяги, результуюча яких (F) спрямована перпендикулярно поздовжньої осі напіввала 7 і не має бічної складової, що виключає можливість самовільного бокового зміщення апарату. Крім того, в фазі (вв) верхнього вистою коромисел 18, лопаті 4 суміжних рядів утворюють одну, суцільну лопать 26, що має зигзагоподібний профіль у поперечному розрізі, що знижує зрив потоку повітря з бічних країв лопатей 4. Надалі, в фазі (о) опускання коромисла 18 лопаті 4 розходяться так, що в іншій половині кола обертання напіввала 7 в фазі (нв) нижнього вистою коромисел 18 лопаті 4 своїми площинами розташовані вздовж набігаючого потоку повітря і не відчувають тиску сили швидкісного напору, що зменшує лобовий опір руху апарату і відповідно непродуктивні втрати потужності двигуна на його подолання. Диференціал 6 при поперемінному включенні гальм 8 відповідно перерозподіляє число оборотів напіввалів 7 по боках кабіни 1, чим підтримується необхідний крен літального апарата. 67372 6 Поворотом важеля 20 управління лопатями 4 кожного напіввала 7 разом зі штангою 19 повертаються за кутом закріплені на ній кулачкові диски 15 в секціях 11, що зміщує фази закону зворотнообертального руху коромисел 18, а також осей 5 лопатей 4 в обороті відповідних напіввалів 7 і необхідно змінює напрям вектора (F) силитяги в площині обертання напіввала при зльоті, поступальному русі і посадці. У польоті управління літальним апаратом по тангажу і курсу здійснюється елементами хвостового оперення. Орієнтовно (без обліку різних втрат) для апарату можна обчислити силу (F) для швидкісного напору на лопаті кожного напіввала 7 по формулі з аеромеханіки. 2 (1) F=S∙∙v /2, де S - площа лопатей, розташована перпендику2 лярно набігаючого потоку повітря, м , 2 4  - щільність повітря, кГсек /м , v - окружна швидкість обертання центра тиску лопаті, м/сек. (центр тиску лопаті є точка докладання суми сил, що діють на лопать з боку повітряного середовища). Як видно з діаграми на Фіг. 3 в кожен момент часу обертання напіввала 7 в фазі (вв) верхнього вистою коромисел 18 кулачкових механізмів 14 знаходиться одна лопать 4 в кожному ряду, а загальна лопать 26, утворена двома суміжними лопатями 4 показана на Фіг. 4. Виходячи з цього, можна написати (з допустимими заокругленнями). 2  Z    sin 45  2    R  n2 2 або F (2) (3), F  Z    0,7  0,14  4  10  R2  n2 де z і l - ширина і довжина кожної лопаті відповідно, м, R - видалення центру тиску кожної лопаті від осі обертання напіввала, м, n - число обертів напіввала, 1/сек. Приймемо z - 0,8; l=2; R=1,5; n=4. Підставляючи ці дані в (3), отримаємо F=0,8∙2∙0,7∙0,14∙40∙2,25∙16-225,7 кГ. А в цілому для апарата з двома парами напіввалів сила F=902,8кГ. 7 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 67372 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601