Спосіб пересування літального апарата, важчого за навколишнє середовище, та літальний апарат

1 Спосіб пересування літального апарата, важчого за навколишнє середовище, за яким для одержання підйомної сили створюють перепад тисків середовища біля поверхонь частин апарата шляхом зниження тиску біля ВІДПОВІДНИХ поверхонь, який відрізняється тим, що зниження тиску досягають за рахунок іонізації шару середовища біля верхньої і бокової частин апарата 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що іонізацію прилеглого шару навколишнього середовища біля верхньої та бокової частин апарата досягають за рахунок обертання рушія 3 Літальний апарат, важчий за навколишнє середовище, який містить корпус з установленим на ньому з можливістю обертання рушієм, що складається з головного - сферичного і допоміжного рушив, який відрізняється тим, що допоміжний рушій виконаний як бокова частина обойма, розташована на корпусі апарата нижче головного рушія з можливістю обертання в напрямку, протилежному напрямку обертання головного рушія, причому моменти КІЛЬКОСТІ руху обойми та головного рушія знаходяться в регульованому співвідношенні 4 Літальний апарат за п 3, який відрізняється тим, що прилегла до головного рушія частина корпусу відповідає по формі нижній частині рушія та має додаткові рушії, виконані у вигляді каналів, які з'єднують ЗОВНІШНІ поверхні нижньої та верхньої частин корпусу апарата Винахід відноситься до галузі літаючих апаратів важчих за навколишнє середовище, а саме - до літаючих апаратів важчих за повітря Відомий спосіб пересування літаючого апарату важчого за повітря та сам літаючий апарат-літак, в якому підйомна сила створюється за рахунок перепаду тиску середовища на поверхнях несучих елементів /1/ При русі літака його підйомна сила створюється на крилі за рахунок обтікання крила потоком повітря, в той час, як тягові зусилля забезпечується іншим елементом літака - рушієм /гвинт, реактивне сопло/ Таким чином, згідно цьому способу пересування літаючого апарату в його конструкцію додатково введено спеціальний елемент - крило для створення підйомної сили До Інших недоліків розглянутого способу та об'єкту відноситься те, що літак не може зупинитися /зависати/ в повітрі Відомий також інший спосіб пересування літаючого апарату важчого за навколишнє середовище, при якому підйомну силу створюють за рахунок перепаду тиску середовища на поверхнях елементів апарату 121 - прототип Згідно з цим способом підйомна сила утворюється на поверхні рушія - несучого гвинта гелікоптеру, розташованому у верхній частині апарату Однак і цьому способу власний серйозний недолік прикладання підйомної сили та сили тяги до одного й того ж елементу, яким є несучий гвинт, що викликає ускладнення конструкції апарату і лімітує подальше збільшення зазначених сил для створюваних апаратів В основу данного винаходу покладено задачу вдосконалення відомого способу пересування літаючого апарату важчого за навколишнє середовище шляхом створення перепаду між тисками прикордонних шарів середовища біля нижньої та верхньої частин апарату на основі пониження тиску прикордонного шару над верхньою частиною, що забезпечує зміну місця О СО Ю 57731 прикладання підйомної сили до апарату замість верхньої частини, як у прототипа - до нижньої /дна апарату/ Це відбувається тому, що зоною підвищеного тиску стає зона під дном апарату, тиск якої /природний тиск середовища/ виштовхує апарат догори Цим забезпечується ефективне використання властивостей природного середовища /газового або водного/ Крім того, прикладення підйомної сили до дна апарату, найбільш міцної його частини дає можливість створювання апаратів з підвищеними підйомними характеристиками при спрощенні їх конструкції Реалізація зазначеного пониження тиску досягається шляхом обертання та відкидання шару середовища над верхньою частиною апарату одночасно це сприяє утворенню вихору над цією частиною Наявність вихору, в середині якого сильне розрядження значно підвищує підйомну силу апарату Відомий літаючим апарат важчий за навколишнє середовище, який включає корпус та розташований на ньому головний та допоміжний рушм, що обертається /3/ - прототип другого винаходу Допоміжний рушій призначений у тому числі, для утримування апарату від розкручення Недолік нього апарату полягає втому, що його рушії є лопастного типу, що значно знижує його компактність, аеродинамічні якості та швидкість обертання рушія В основу другого винаходу покладено задачу створення літаючого апарату важчого за навколишнє середовище за рахунок того, що головний рушій уявляє собою верхню опуклу частину апарату в формі тіла обертання, а допоміжний рушій виконано у вигляді обійми, що охоплює корпус, в наслідок чого підвищується крутячий момент головного рушія та аеродинамічні характеристики апарату Компактність апарату додатково підвищується тим, що частина його корпусу, прилегла до головного рушія, відповідає по формі полості останнього Крім того, літаючий апарат має додаткові рушії, виконані у вигляді каналів, які з'єднують ЗОВНІШНІ поверхні нижньої та верхньої частин апарату Це розширює функціональні можливості апарату з точки зору напрямів кого руху Слід зазначати, що в наведеному апараті підйомна сила одночасно є і силою тяги Нижче приводяться приклади реалізації вказаних винаходів їх сутність поясніться кресленнями Фігура 1 ЗОВНІШНІЙ ВИД апарату, над яким створено вихор Фігура 2 Вертикальний розріз апарату Фігура 3 Вид зверху на апарат при знятому рушії Як вище казалось, запропонований спосіб і апарат можуть застосовуватись в будь-якому газовому та рідкому середовищі Нижче розглянуті приклади відносяться до випадку повітряного середовища, як найбільш вірогідного Запропонований, спосіб в повітряному середовищі здійснюється наступним чином При обертанні рушія 1 з достатньо високою швидкістю, прикордонний /прилеглий до нього/ шар повітря відкидається в сторони /фіг 1/ При такому русі потоку повітря над поверхнею рушія 1 створюється зона А значного пониження тиску середовища Перепад між тиском середовища в зоні дна 3 /атмосферний тиск/ та в зоні А над рушієм визначає підйомну силу апарату Так для апарату з габаритами рушія 1 та дна З, ВІДПОВІДНИМИ р=10м, при частоті обертання рушія порядку 2000об/хв та масі спорядженого апарату 250-ЗООг створюється підйомна сила, достатня для відриву апарату від землі та його руху Підтверджується це наступними розрахунками Розрядження в зоні А визначається по формулі розрахунку центробіжних вентиляторів як найбільше підходящого для нього випадку (3) 2 де р - густина повітря, при нормальних умовах Р=0,122, \\і - коефіцієнт тиску, приймаємо ц/=0,05, ІІ2 - обертова швидкість на зовнішньому діаметрі колеса 2 60 п - число обертів диска, об/хв З цієї формули отримаємо тиск потоку повітря, відповідне розрідженню в зоні А над рушієм 0,8атм і вище (до 0,5атм) Одночасно перепад тиску між зоною дна 3 та зоною А складає ВІДПОВІДНО f л = 0,2 атм та вище Для розрахунку підйомної сили F апарата приймемо найменше Рр=0,2атм та максимальну масу апарата т=300т Тоді F, визначається Рр та площею S,, з відомої залежності F=PPS дорівнює 6/105кгс Співвідношення між підйомною силою апарата F та силою ваги визначається рівнянням 2-го закону Ньютона F=m(a+g) де а -прискорення вертикального руху апарату, g - прискорення сили ваги, m - маса апарата З нього рівняння для нашого випадку отримаємо прискорення а порядку 10м/сек, що відповідає швидкості вертикального руху апарата 450км/год вже через 5сек його роботи у вищезгаданому режимі, а далі швидкість буде зростати по ВІДОМІЙ квадратичній залежності При цьому варто ВІДМІТИТИ, що відрив апарата від місця старту буде спостерігатися й при перепаді тиску 0,1 атм Це пояснюється збільшеною, в порівнянні з відомими апаратами, силою тяги на 1т маси спорядженого апарата Ефективним фактором, що значно збільшує підйомну силу апарату і ВІДПОВІДНО ШВИДКІСТЬ ЙОГО руху, є створення вертикального повітряного вихору Б над рушієм Це (фіг 1) викликано високою лінійною швидкістю обертання зовнішньої поверхні рушія (середня для всіх точок поверхні 57731 2000м/сек, максимальна - 4000м/сек), що визначає ВІДПОВІДНО високу швидкість обертання шарів повітря в прикордонній зоні, навіть до швидкості звука 332м/сек та вище Умови вихреутворення для розглянутого випадку визначались для температури до 3000°К (нагрів від обертання рушія з вищевказаною швидкістю) на основі аеродинамічного розрахунку ентальпії повітря в прикордонній зоні, коефіцієнтів тертя повітря з поверхнею рушія та шарів повітря між собою та з урахуванням відомих критеріїв Рейнольдса й Прандтля (6,7,8,9) Відкидане та обертане з високою швидкістю повітря утворює над рушієм, що обертається стовп повітря /вихор/ з неминучою в таких випадках воронкою Тиск всередені вихору, що обертається /воронки/ падає, що забезпечує вихору значну підйомну силу /10/ Такий створюваний самим апаратом і транспортований ним же вихор буде ніби всмоктувати апарат в область пониженного тиску, забезпечуючи йому додаткове прискорення При цьому тяга вихору залежить від його висоти Характерно, що зменшуваний до верху радіус воронки вихора забезпечується сферичною формою поверхні обертання рушія і по вертикалі режими обертання шарів середовища, ВІДПОВІДНІ параметрам обертання природних вихорів /для повітря/ нижня частина воронки вихора обертається швидше верхньої /11/ До вищевказаного слід додати, що оптимальному режиму руху апарату відповідають оберти рушія =4000оо/хв Зображений на фіг 2 апарат важчий за повітря складається із згаданого рушія 1, корпусу 2, що має дно 3, обойми 4 Рушій 1 встановлена над корпусом 2 з можливістю обертання навколо своєї вертикальної осі Ооойма 4, що охоплює корпус 2, також має можливість обертання відносно останнього Вона служить для компенсації обертального моменту рушія Нижня частина корпусу, дно 3, споряджено, опорами 5 Згадані частини апарату виконані з високоміцних і жаростійких матеріалів, застосованих в авіаційно-космічній техніці В середині апарату знаходиться енергетична установка 6, що живить привід 7 та привід 8 для рушія 1, привід 9 для обертання обойми 4 Установка 6 живить також ІНШІ блоки апарату, включаючи системи керування та життєзабезпечення Апарат має також додаткові рушії виконані у вигляді каналів 10, що з'єднують між собою ЗОВНІШНІ поверхні дна 3 та верхньої частини корпуса 2 Порожнини каналів з'єднані між собою камерою 11, кожен споряджено вентилями 12, вище й нижче камери 11 - для регулювання величини перерізу каналів Енергетична установка 6 уявляє собою один із економічних агрегатів для отримання енергії, наприклад, ядерну енергетичну установку Привід 7 уявляє собою асинхронний електродвигун, частота струму живлення якого перевищує (50Гц, що забезпечує йому швидкість обертання 4000об/хв і вище Приводи 8 та 9 представляють собою ЛІНІЙНІ асинхронні електродвигуни Для приводу 8 такий електродвигун містить статорну обмотку 14, розміщену по коду верхньої частини корпусу 2 /фіг 3/, роль ротора такого двигуна виконує рушій 1 Статорна обмотка двигуна приводу 9 розташована по периметру корпусу 2, а роль ротора виконує прилегла де корпусу частина обойми Вал 13 служить для передачі обертання до рушія 1 та одночасно для утримання останнього над корпусом 2 /особливо на початку обертання рушія 1/ Привід 7 та привід 8 можуть працювати як разом, так і окремо, виходячи з ДОЦІЛЬНОСТІ найбільш економічного режиму роботи Один з варіантів виконання апарату передбачає використання в якості приводу 7 водневого двигуна В цьому випадку установка 6 оснащена системою розділення води, з якої водень потрапляє до водневого двигуна Після спалювання водню утворена вода підлягає описаній обробці і цикл повторюється Використання такої системи підвищує економічність апарату Ще один варіант виконання силової установки передбачає наявність тільки приводу 8 для обертання рушія 1 В цьому випадку замість приводу 7 встановлено електромагніт, розташований в центрі корпусу 2 Тоді вал 13 замінюється менш масивною віссю З опису та креслень витікає, що приводи 8 та 9 дозволяють досягти урівноваженого моменту імпульсу руху рушія та обойми Величина зазору між верхньою частиною корпусу та примкнутою до неї нижньою частиною рушія визначається параметрами вище вказаного ЛІНІЙНОГО електродвигуна При цьому форми вказаних частин корпусу та рушія відповідають один одному Працює апарат таким чином При обертанні рушія 1 в зоні над ним виникає розрідження середовища При підвищенні обертів рушія до значення 350&*4000об/хв забезпечується перепад тиску середовища між зоною дна (атмосферний тиск) та зоною над рушієм порядку 0,2-ь0,Затм, що створює підйомну силу, достатню для відриву апарату від місця старту та польоту Одночасно в зоні над рушієм створюється повітряний вихор, розрідження всередині якого значно підвищує підйомну силу апарату Внаслідок сумарної дії цих факторів апарату отримує прискорення 15м/сек2 та вище При рухові апарату рушій 1 та обойма 4 обертаються одночасно, але в різних напрямках та з різними швидкостями Для придания сталості апарату, моменти КІЛЬКОСТІ їх руху повинні урівноважитись, запобігаючи тим самим розкручування корпусу 2 апарату При цілеспрямованому порушенні цього балансу апарат повертається, наприклад при посадці При відкритті вентилів 12 потоки повітря потрапляють з під дна 3 в канали 10 та в камеру 11, а при виході з них (в область між корпусом 2 та 57731 рушієм 1) відкидаються рушієм 1 під кутом до осі апарату Такий рух потоків повітря дозволяє керувати рухом апарату (прискорюючи чи уповільнюючи його), виконувати рух в горизонтальному напрямку Змінюючи оберти рушія 1, ступінь відкриття верхньої та нижньої частин каналів (під камерою 11 і вище неї) можливо забезпечити рух апарату з різною швидкістю та різними кутами до його осі, а також зависання на МІСЦІ Гальмування та зниження апарату досягається шляхом зменшення числа обертів рушія та ВІДПОВІДНО обойми 8 При незмінній швидкості обертання рушія, апарат знижується при відкритті всіх вентилів 12, так як в цьому випадку зменшується площа дна, на яку діє тиск повітря Апарат має велику автономністю може довгий час знаходитись над окремою частиною земної поверхні, чи при необхідності з різною швидкістю пересуватися над нею в різних напрямках Завдяки таким якостям апарат може бути використано в різних галузях народного господарства (господарської ДІЯЛЬНОСТІ ЛЮДИНИ), включаючи сільське військових цілях господарство, а також у 57731 10 Фіґ.з Комп'ютерна верстка О В Кураєв Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна