Аеромобільний рятувальний засіб

1. Аеромобільний рятувальний засіб, який має корпус, подовжений у плані і симетричний відносно поздовжньої вертикальної площини, що проходить через центр ваги, кабіну пілотів і пасажирський салон із завантажувальним люком, розміщені всередині корпусу, механізм керування і систему стабілізації по крену, тангажу і висоті, а також силову установку у вигляді дво х розміщених паралельно до поздовжніх бортів корпусу лінійних генераторів газу, що містять трансмісійні синхронізуючі вали і вихлопні патрубки, виведені у вертикальні щілясті ежекторні підсилювачі тяги, який відрізняється тим, що додатково містить два лінійних генератори газу і два тягнучи х гвинти змінного кроку в кільцевих каналах, закріплених на консолях по бортах корпусу, бампер та стрічковий транспортер з опорними валками, розміщеними в передній частині корпусу, а також вузол закріплення рятувального засобу в горизонтальній площині. 2. Аеромобільний рятувальний засіб за п.1, який відрізняє ться тим, що лінійні генератори газу з'єднані між собою попарно і паралельно та розміщені симетрично відносно вертикальної площини, що проходить через поздовжню вісь симетрії щілястого ежекторного підсилювача тяги. 2 (19) 1 3 79611 Винахід відноситься до галузі машинобудування та може бути використаний для створення транспортних засобів різного призначення а саме вантажно-пасажирського транспорту для доставки засобів пожежогасіння до осередків спалаху чи евакуації з нього потерпілих. Загальновідомо що висотна забудівля у великих містах та мегаполісах створює тр уднощі при евакуації людей у випадках пожеж та інших надзвичайних подій із висотних споруд поверховістю більше 20 з допомогою наземних засобів. Відомо застосування прив'язного аеростату в якості устрою вертикально зльоту та посадки, [патент Російської Федерації RU96123008/28 от 03.12.96 6В64С29/00 "Авиаспасатель" БИ №4 (ч. 1) 1999 автор Капустин Н.Ф.] Значні габаритні розміри та мала питома вага літального апарату легшого за повітря приводить до залежності його положення в просторі від турбулентності (завихреності) атмосфери та не дозволяє здійснити його точну координатну прив'язку, необхідну для евакуації людей крізь віконні отвори. Така евакуація в ряді випадків являється єдино можливим способом порятунку. Відоме застосування в якості рятівного засобу вертольоту, котрий має значно менші габаритні розміри та більш стійкий в заданій точці простору [Володко A.M. Вертолет в особой ситуации М. Транспорт, 1992, 262]. Однак, подібний транспортний засіб має складну кінематику несучого гвинта, котрий підвладний діянню флатерів, різних видів нестійкості та резонансів. Розміри та положення несучого гвинта не дозволяють підходити упритул до вертикальної стінки. При будівництві висотних будівель передбачається спорудження на даху вертольотних майданчиків, які передбачають самостійний вихід потерпілих, що не завжди можливо. Відомий ряд значних аварій зумовлених пошкодженням несучого гвинта об будівельні конструкції. Застосування для рятування обладнання, закріпленого на опускному тросі, не виключає його намотки на рульовий гвинт вертольоту одновісьової схеми. Відомий вертоліт без рульового гвинта, що відрізняється тим, що стабілізатор управління (керування), виконаний у вигляді розміщеної в хвостовій балці турбіни та направляючої заслінки, [патент Російської Федерації RU 20011121800/28 "Вертолет" автор Щедрин М.А. БИ №7 (ч. 1) 2004 6В64С27/10]. Однак використання легко навантаженого гвинта великого розміру утруднює підхід вертольоту до аварійного об'єкту. Запуск двигуна в умовах поривчастого вітру утруднений, хоч і рідко, але можливий удар об хвостову балку гвинта для вертольоту з р ульовим гвинтом (при сильному низхідному пориві та прогибу лопаті несучого гвинта) або зіткнення гвинтів для вертольоту співвісної схеми із двох площин обертання від прогибу лопатей при сильному вертикальному пориві та недостатньому рознесенню площин обертання по висоті на вісьових валах. Відомі випадки удару лопатей гвинта об хвостову балку в результаті різкого маневру по висоті. Політ вертольоту в умовах близько розміщених висотних об'єктів надзвичайно небезпечний. Відома катаст 4 рофа Мі-6 на Чорнобильській АЕС та ряд інших подібних катастроф. Огородження несучого гвинта дозволяє порівняно безпечно приближуватись до аварійного об'єкту. Відомий безопорний транспортний засіб у вигляді аеромобіля [патент Російської Федерації RU 20022655 С1 В62D57/00, "Аєромобиль B.C. Григорчука" автор B.C. Григорчук, публікація 15.11.93 БИ №41-42], що має двигуни вертикального підйому у вигляді чотирьох багатолопатевих роторів випукло-вгнутого профілю з керованою площиною нахилу, що забезпечує можливість руху по курсу та маневрування. Подібний транспортний засіб складний у керуванні, має низьку надійність та вагову віддачу через складну та важку трансмісію. Відомий літальний апарат вертикального зльоту та посадки що містить фюзеляж вісьосиметричної форми відносно центрально встановленого вентилятора в кільці. Викид повітря здійснюється через повітровивід, розміщений по периметру фюзеляжу. Передбачені регулюючі направляючі лопатки, встановлені усередині повітровиводу та кільцеве крило, що містить однакові аеродинамічні профілі своїх поворотних сегментів. [РЖ Изобретения стран мира. Москва , выпуск 33, №7, 1994. ЕГО В64С39/00 11(0534611)]. Апарат надто складний, наявність кільцевого крила не дозволяє здійснити стикування в горизонтальній площині з будь яким об'єктом. Відомий транспортний засіб у виді літаючої платформи по кутам якої встановлені турбореактивні двигуни з вихлопом що направлений вниз, через ежекторні підсилювачі тяги. [Bertin J. et le Nobour M. Contribution au development des tramp et ejecteurs. Technigue et science aeronautigues. V-VI, 1959, N3, p. 18-25]. Роботи над подібними літальними апаратами (JLV) проводились в 60-ті роки в СРСР та Франції та були припинені через їх недостатню паливну та економічну ефективність. Для їх злету та посадки потрібні майданчики з покриттям, що виключає його ерозію, і це різко обмежує сферу застосування подібних ЛА. Крім того, ці ЛА мають дуже обмежену тривалість польоту обумовлену надзвичайно високими витратами пального. Так, при взльотній вазі 12,7 тис. тривалість польоту для перевезення 6 тис. вантажу встановлює 10 хвилин. Причина такого положення в том, що турбореактивні двигуни спроектовані як двигуни які використовують енергію набігаючого повітря. Найбільш близьким до запропонованого аеромобільного рятувального засобу по своїй технічній сутності є корабельний рятувальний засіб, призначений для вертикального старту з палуби судна при любому допустимому для нього крені та диференті. [Про можливість заміни несучого гвинта лінійним генератором газу. Подзірей Ю.С. Авіація загального призначення №10, 2002]. Підйомна сила в такому транспортному засобі створюється вертикальною тягою силової установки, що складається з двох лінійних генераторів газу, працюючих на щільові ежекторні підсилювачі тяги. Вони розміщені по бортах прямокутного в плані корпусу. В дифузорах підсилювачів встановлені відхиляючі ло 5 79611 патки, призначення котрих забезпечити на старті вертикальність тяги при любому нахилі корпусу, а після злету - створення горизонтальної складової тяги. Проте, подібна конструкція приводить до взаємозалежності обох складових, не дозволяє здійснити їх тонке регулювання та утруднює ви хід подібного ЛА в задану точку повітряного простору. Другим серйозним недоліком конструкції є відсутність завантажувальних механізмів, що утр уднює посадку потерпілих, збільшує час проведення рятувальної операції та не дозволяє екіпажеві жорстко контролювати процес завантаження. Відповідно в основу винаходу поставлена задача шляхом іншого розміщення та інтеграції деталей корпусу та силової установки (СУ), введенням додаткових та виключенням деяких наявних елементів, зміною геометричної форми деяких деталей, створити такий транспортний засіб, котрий би зберігаючи всі переваги прототипу, був би простим, точним в керуванні, маневровим, безпечним та економічно рентабельним при роботі в умовах забудови великих міст і мегаполісів. Поставлена мета досягається тим, що аеромобільний засіб, котрий містить елементи звичні для колективного рятувального засобу, а саме, корпус, подовжений в плані та симетричний відносно поздовжньої вертикальної площини, що проходить через центр ваги, пілотську кабіну та пасажирський салон із завантажувальним люком, розміщені всередині корпусу, механізм керування та систему стабілізації по крену, тангажу та висоті, а також силову установку у вигляді двох розміщених паралельно бортам лінійних генераторів газу, що містять трансмісійні синхронізуючі вали та вихлопні патрубки, виведені у вертикальні щільові підсилювачі тяги, у відповідності з винаходом вводяться додаткові елементи: два лінійних генератори газу та два гвинти змінного кроку в кільцевих каналах, закріплених на консолях по бортах корпусу, бампер та стрічковий транспортер з опорними валами, розміщені в передній частині корпусу, а також вузол фіксації рятувального засобу в горизонтальній площині. Наявність двох генераторів газу дозволяє підвищити тягу СУ і відповідно вантажопідйомність рятувального засобу при заданій довжині корпусу, а наявність гвинтів змінного кроку - здійснити роздільне регулювання вертикальної і горизонтальної тяг без зміни роботи двигунів. Безпечний підхід до вертикальної стінки забезпечує бампер, а вузол фіксації - сталість положення рятувального засобу по двох координатах в момент вивантаження рятувальників та завантаження евакуйованих. Наявність стрічкового транспортеру дозволяє механізувати процес завантаження, жорстко його контролювати, а також скорочує час проведення рятувальної операції в цілому. Перша додаткова відмінність полягає в тому, що лінійні генератори газу з'єднані між собою попарно і паралельно і розміщені симетрично відносно вертикальної площини, що проходить через поздовжню вісь симетрії щільового ежекторного підсилювача тяги. Це дозволяє перейти до другої більш ефективної конструкції ежекторного підсилювача тяги, використаного в прототипі, до одно 6 ступеневого, що зменшує вагу рятувального засобу і збільшує коефіцієнт тягопідсилення. Друга додаткова відмінність полягає в тому, що гвинти змінного кроку змонтовані в кільцевих каналах з можливістю їх повороту в горизонтальній площині і мають кінематичний зв'язок з трансмісійними синхронізуючими валами. Це дозволяє маневрувати в горизонтальній площині та мати незалежний канал регулювання горизонтальної тяги. Третя додаткова відмінність полягає в тому, що стрічковий транспортер розміщений так, що виступає за межі проекції корпусу на горизонтальну площину, а його поздовжня вісь лежить в вертикальній поздовжній площині, що проходить через центр ваги рятувального засобу. Це дозволяє після причалювання мати неперервну опорну поверхню для переходу із аварійної споруди в рятувальний засіб не створюючи при цьому крену. Четверта додаткова відмінність полягає в тому, що стрічковий транспортер має огородження по замкнутому контур у, яке з'єднане з корпусом та опорними валками транспортера. Наявність огородження виконаного по замкнутому контуру і його зв'язок з опорними валками підвищує безпеку переходу і дозволяє використовувати його в якості несучого елементу транспортеру, що скорочує вагу рятувального засобу. П'ята додаткова відмінність полягає в тому, що вузол стикування розміщений на нижній поверхні огородження в його передній частині. Подібне розміщення (перед пілотською кабіною) дозволяє екіпажеві візуально контролювати процес стикування з віконним пройомом. Шоста додаткова відмінність полягає в тому, що огородження містить відкидну кришку, обтічної в поперечному перетині форми, закріплену через шарніри та защіпки в його передній частині. Наявність відкидної кришки обтічної форми забезпечує шляхову стійкість рятувального засобу в транспортному положенні. Сьома додаткова відмінність полягає в тому, що пасажирський салон виконаний у вигляді знімного модулю, а його завантажувальний люк розміщений на рівні одного з кінців стрічкового транспортеру. Знімна конструкція пасажирського салону скорочує час розвантаження, полегшує її, д розміщення завантажувального люку виключає вплив транспортеру на оперативну заміну салону. Восьма додаткова відмінність полягає в тім, що бампер розміщений перед пілотською кабіною і через додаткові амортизатори з'єднаний з корпусом. Таке розміщення бамперу дозволяє екіпажеві контролювати процес стикування, а наявність додаткових амортизаторів знижує ударні навантаження, та можливість пошкодження корпусу рятувального засобу. Дев'ята додаткова відмінність полягає в тому, що корпус містить центробіжний насос з електроприводом і вентиль, з'єднаний трубопроводом із вузлом стикування. Додаткова установка цих деталей дозволяє після зняття пасажирського салону використовувати рятувальний засіб в якості пожежної цистерни. Вивід трубопроводу через 7 79611 вузол стикування знижує ймовірність виникнення небажаних низькочастотних коливань корпусу. Природно, що форма реалізації задуму винаходу не обмежена викладеними вище варіантами та приведеними нижче прикладами, і що на основі принципового технічного рішення, викладеного на початку характеристики сутності винаходу, можуть бути створені і інші комбінації, обумовлені різним призначенням подібного транспортного засобу. Далі сутність винаходу пояснюється докладним описом аеромобільного рятувального засобу з зісланнями на додані креслення. Фіг.1 Загальна схема аеромобільного рятувального засобу у. варіанті евакуватора. Фіг.2 Кінематична схема силової установки. Аромобільний рятувальний засіб, що пропонується, в загальному випадку, тобто незалежно від реалізації замислу винаходу, містить слідуючі основні частини. Силова установка - 1, Фіг.2, здвоєний лінійний генератор газу з блоком циліндрів - 2 у вигляді двох подовжених труб, з'єднаних торцевими кришками - 3, в котрих послідовно розміщені опозитні поршні -4 з розміщеними в них деталями рейко-шестеренчатого механізму перетворення зворотно-поступального руху -5, а також, розміщений зовні блоку циліндрів трансмісійний синхронізуючий вал - 6, привідний центробіжний нагнітач, назначений для наддуву -7, і трансмісійний вал повітряного гвинта -8, назначеного для передачі на нього крутівного моменту. Знизу на блоці циліндрів закріплені ресивери повітря надуву - 9, Фіг.1, назначені для рівномірного розподілення повітря та забезпечення сталої роботи силової установки на перехідних режимах, а також відповідні деталі і системи забезпечення Нижче блоку циліндрів, на корпусі, закріплені одноступінчаті ежекторні підсилювачі тяги - 10, в які виведеш вихлопні патрубки 11. Заслонки управління - 12, Фіг.1, розміщені по краям ежекторного підсилювача тяги, в нижній частині. Вони назначені для локальної зміни тяги силової установки. Огородження - 13 закріплено в передній частині корпусу, над пілотською кабіною, призначене для розміщення і кріплення опорних валків стрічкового транспортеру (на Фіг. не показані), а також забезпечення безпечного транспортування рятівників та евакуянтів. Відкидна кришка -14 з'єднана через шарніри і защіпки з торцевою частиною огородження, призначена для збереження шляхової стійкості в польоті. Вузол стикування - 15 встановлено спереду на нижній стороні огородження, забезпечує фіксацію рятівного засобу в горизонтальній площині при його вивантаженні та завантаженні, а також кріплення роз'ємів трубопроводів подачі вогнегасних матеріалів. Повітряні гвинти змінного кроку -16 закріплені в кільцевих каналах - 17 і через шарніри з'єднані трансмісійними валами 8, Фіг.2 з синхронізуючими валами 6, призначені для створення горизонтальної тяги і шля хового керування. Силова установка, в цілому, призначена для генерації вихлопних газів в об'ємі і при тиску достатньому для утримання рятівного засобу в повітрі і управління по крену і тангажу, а також створення крутного моменту на повітряних гвинтах -16, Фіг.1. Корпус -18, витягнутий в плані і симетричний 8 відносно поздовженьої вертикальної площини, що проходить через центр ваги, призначений для розміщення навантаження і утримання других частин і механізмів, в тому числі, силової установки і органів керування, а також сприйняття підйомної сили. Бампер - 19 закріплений через додаткові амортизатори на корпусі, призначений для запобігання пошкодження корпусу при стикуванні. Природно, що в не показаних на кресленнях (по скільки це очевидно для фахівців) гіроскопі, висотомірі, паливних баках, а також в гідросистемах, вентиляційних системах і електрообладнанні повинні бути вмонтовані відповідні клапани, роз'єми і трубопроводи, розміщені всередині корпусу і силової установки. Описаний вище варіант аеромобільного рятувального засобу працює слідуючим чином. Від бортового акумулятора і бортового балону (на фіг.не показані) подають напругу на злектричні мережі і стиснене повітря в циліндри для запуску силової установки. Після запуску потужність підвищується до рівня достатнього для відриву від опорної поверхні. Керування рятувальним засобом по тангажу здійснюється за рахунок перекриття дифузору підсилювача тяги одночасним переміщенням двох передніх або двох задніх заслінок 12, Фіг.1, а по крену - двох бокових (правих чи лівих ). Керування по курсу - поворотом гвинтів змінного кроку - 16, Фіг.1, разом з кільцевими каналами - 17. Грубе управління по висоті може здійснюватись зміною режиму лінійних генераторов газу -2, а тонке - одночасним синхронізованим рухом заслінок 12. Після злету із пожарного депо рятувальний засіб займає висоту безпечну для підходу до аварійного об'єкту та зближується з ним. Послідовною зміною потужності генераторів газу і положення заслінок керування - 12, рятувальний засіб займає ешелон відповідний положенню віконного пройому, через який намічена евакуація. За рахунок зміни кроку тягн учого гвинта -16 здійснюється підхід і слідуюче попереднє гальмування рятувального засобу. Остаточне гальмування здійснюється пружним бампером - 19 и вузлом стикування - 15. Відкривається кришка огородження - 14 і стрічковий транспортер (на Фіг. не показаний) в положенні вивантаження подає в об'єкт пожежний загін, котрий обслідує аварійний об'єкт та забезпечує загрузку потерпілих. При цьому транспортер переключається в режим завантаження. Після завершення цього всі дії повторюються в зворотному порядку, а рятувальний засіб приземлюється на достатньо безпечній відстані і развантажується, в тому числі шляхом відділення салону з пасажирами. У разі необхідності швидкого повторного вильоту салон замінюється на другий пустий, якщо він до цього моменту вже доставлений до місця розвантаження, або знаходиться там в черговому порядку на одній з декількох спеціально обладнених баз доставки потерпілих при найближчих із них. (Такі бази можуть бути обладнані навколо висотної частини міста заздалегідь та оснащені всім необхідним, включаючи замінні модулі-салони). Виходячи з розрахунку об'єму на людину 0,5м 3 і розміщення на одному квадратному метрі чотирьох чоловік, розміри корпусу будуть порядку 9 79611 11x4x2,5м. Покладаючи вагу людини в середньому 80кгс, а також сумарну вагу силової установки, палива та корпусу 8тс. визначимо злітну вагу рятувального засобу 18тс. При коротко-ходовому генераторі газу S/D=0,7 D=150мм (S і D - хід і діаметр поршню) і його довжині 10,4 м, число вихлопних патрубків буде 52x4, робочий об'єм ~ 200л. При частоті циклів 80 герц і тиску надуву 1,35мПа, витрата робочого тіла через генератори 200кг/сек. Ступінь стиску в циліндрі 3,7. Для коефіцієнту ежекції 12 швидкість на виході із дифузору необхідна для створення вертикальної тяги порядку 1,2 від ваги рятувального засобу буде 90м/сек., що більш ніж в два рази нижче, ніж для літаючих платформ с газотурбінними двигунами. Ця обставина дозволяє використати для злету і посадки звичайні грунтові площадки, хоча для мегаполісів та міст з висотною забудовою майданчики з твердим покриттям не є проблемою. Відмінною особливістю такого двигуна, визначеного А.Д.Чаромським як дизельно-вентиляторний [О комплексных схемах авиационных силовых установок. Труды МАИ. Выпуск XI1 1947]. являється привід компресору від поршневої групи. Корпус рятувального засобу і транспортер з огородженням можуть бути виконані на основі відомих конструкторських рішень, а вузол стикування як П-подібна конструкція, вертикальні частини якої виконані на шарнірах і перед стикуванням розводяться в горизонтальне положення. Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 10 Специфічними особливостями аеромобільного рятувального засобу являються: 1. Мінімальні габаритні розміри, внаслідок відсутності спеціальних аеродинамічних поверхонь (типу крила, кіля, горизонтального оперення у порівнянні з літаком класичної схеми чи несучого гвинта значного діаметру) для створення підйомної сили. 2. Механізація процесу завантаження та розвантаження і можливість його контролю екіпажем і пожежним загоном. 3. Знижений рівень шуму силової установки, (у порівнянні з деякими турбінними двигунами типу ТРД, турбогвинтовими, підйомними турбореактивними малої ступені двохконтурності), обумовлений наявністю ежекторних підсилювачів тяги з великим коефіцієнтом ежекції. 4. Висока (підвищена) паливна економічність, внаслідок застосування дизельного паливного циклу. Особливостями використання аеромобільного рятувального засобу є: 1 .Знижена чутливість до турбулентності атмосфери і знижений вплив її на експлуатаційні характеристики засобу. 2. Можливість безпосередньої евакуації потерпілих, без будь яких проміжних процесів. 3.Універсальність, обумовлена можливістю взаємозаміни рятувального та протипожежного обладнання. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601