Устройство для создания подъемной силы и силы тяги

Устройство для создания подъемной силы и силы тяги

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение обносится к авиационной технике и может быть использовано при конструировании летательных аппаратов.

Известно устройство для создания подъемной силы, силы тяги и поворота обтекаемого тела, содержащее образованные вращающимися крыльевыми профилями два составных крыла, между которыми установлена система плоских или криволинейных аэродинамических поверхностей - зеркал (см. патент США №1800439, В64С 23/00, 1932 г.).

Недостатком устройства является низкий КПД и большая энерговооруженность, необходимая для создания подъемной силы, так как возникает она за счет отбрасывания воздушных масс крыльевыми профилями.

Известно устройство для создания подъемной силы, содержащее каркас с укрепленными на нем динамическими несущими элементами, каждый из которых выполнен в виде тела вращения с лопастями, размещенными на его поверхности симметрично относительно оси вращения под острым углом к поверхности с возможностью свободного вращения (патент РФ №2041137, В64С 23/08, 1995 г.).

Недостатком устройства является невозможность управлять величиной подъемной силы и направлением силы тяги, так как они зависят от неуправляемого набегающего воздушного потока, что приводит к ухудшению управляемости аппарата.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение КПД устройства и возможность применения в летательных аппаратах с вертикальным взлетом, повышение безопасности и качества управления полетом аппарата, управление величиной и направлением подъемной силы и силы тяги.

Данная задача решается тем, что устройство для создания подъемной силы и силы тяги, содержащее каркас с укрепленными на нем параллельно друг другу динамическими несущими элементами, каждый из которых выполнен в виде тел вращения цилиндрической формы, с возможностью вращения вокруг своей оси, выполнено в виде планетарного механизма, содержащего корпус с неподвижным колесом, например зубчатым, входящим в зацепление с колесами-сателлитами, жестко насаженными на оси динамических несущих элементов, расположенных по окружности между водилами параллельно оси механизма и проходящих через подвижный канал, образованный двумя параллельными полуцилиндрическими плоскостями, жестко связанными с осью механизма и перемещаемыми по окружности посредством тяги, причем вращение водил осуществляется приводом, например ременным, посредством силовой установки и шкивов, жестко насаженных на водилах. На внутренних поверхностях стенок канала размещено уплотняющее покрытие, например ворс.

Сопоставительный анализ заявленного решения с прототипом показывает, что заявленное техническое решение отличается от известного тем, что устройство для создания подъемной силы и силы тяги выполнено в виде планетарного механизма с динамическими несущими элементами, расположенными по окружности параллельно оси механизма. Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна».

Существенным отличием заявленного технического решения от прототипа и других аналогичных технических решений является то, что устройство позволяет управлять величиной подъемной силы и направлением силы тяги.

На фиг.1 изображено устройство для создания подъемной силы и силы тяги, вид сбоку; на фиг.2 - вид по сечению А-А; на фиг.3, 4 изображены схемы взаимодействия устройства с набегающим потоком.

Устройство содержит корпус 1, с неподвижным колесом 2, например зубчатым, с внутренним зацеплением, водило 3 со шкивом 4, вращающееся вокруг оси 5, колеса-сателлиты 6, входящие в зацепление с колесом 2 и жестко посаженные на оси 7 динамических несущих элементов 8, канал 9, образованный двумя параллельными полуцилиндрическими поверхностями 10, 11, содержащими уплотняющее покрытие 12 и жестко соединенными посредством элементов 13, 14 с осью 5, тягу 15, ременной привод 16 и силовую установку 17. В качестве уплотняющего покрытия может быть применен ворс.

Устройство для создания подъемной силы и силы тяги работает следующим образом.

Силовая установка 17, посредством ременного привода 16, вращает шкив 4, а с ним и водило 3 вокруг оси 5. Колеса-сателлиты 6 вращаются в направлении, противоположном направлению вращения водил. Вместе с колесами-сателлитами 6 вращаются динамические несущие элементы 8, все точки которых совершают круговое поступательное движение. Все динамические несущие элементы 8 вращаются вокруг своих осей таким образом, что внешние части их поверхностей будут двигаться по направлению воздушного потока, а внутренние - против. Взаимодействие вращающегося элемента 8 с воздушным потоком приводит к появлению силы, направленной перпендикулярно как к направлению потока, так и к оси вращения элемента 8 (эффект Магнуса), то есть подъемной силы (фиг.3а).

Скорость обтекания воздушным потоком каждого динамического несущего элемента 8 одинакова за пределами канала 9. При движении динамического несущего элемента 8 в канале 9, подъемная сила на этом элементе исчезает, т.к. отсутствует обтекаемый воздушный поток, благодаря уплотняющему покрытию 12. Таким образом, подъемная сила возникает только на тех динамических несущих элементах 8, которые находятся вне канала 9. Величина подъемной силы устройства будет равна векторной сумме подъемных сил каждого динамического несущего элемента 8 и направлена в зависимости от положения канала 9. При нахождении канала 9 в нижней половине планетарного механизма, вектор подъемной силы устройства будет направлен вертикально вверх (фиг.3б). На фиг.4 приведена схема, поясняющая возникновение движущей в горизонтальном направлении силы, то есть силы тяги, возникающей в том случае, когда канал 9 находится в смещенном под некоторым углом от нижнего положения. Перемещение канала 9 по окружности осуществляется с помощью тяги 15.

Величину подъемной силы устройства можно вычислить по формуле векторного сложения сил:

где - вектор подъемной силы устройства, H;

- векторы подъемных сил динамических несущих элементов, H;

Величину подъемной силы, возникающей на каждом динамическом несущем элементе 8, вне канала 9 можно вычислить по формуле:

где F_э - подъемная сила одного элемента, H;

π - 3,14;

d - диаметр элемента, м;

l -длина элемента, м;

ρ - плотность окружающей среды, кг/м³;

υ - скорость набегающего потока (окружная скорость водил), м/с;

υ_э - окружная скорость элемента, м/с;

Пример: вычислим величину подъемной силы, возникающей на одном динамическом несущем элементе, по формуле (2) при условии: d=0,3 м; 1=1,8 м; ρ=1,25 кг/м³; υ=48,57 м/с; υ_э=194,2 м/с.

F_э=0,5·3,14·0,3·1,8·1,25·48,57·194,2=9995,87 H.

Так как подъемные силы на всех элементах 8, находящихся вне канала 9, одинаковы по величине, но направлены под разными углами друг к другу, то в случае, показанном на фиг.3, подъемная сила устройства будет равна:

F_п=3,732·F_э=37304,6 H.

При изменении скорости вращения водил будет изменяться и величина подъемной силы или силы тяги устройства.

Использование предлагаемого устройства для создания подъемной силы и силы тяги позволяет повысить КПД, расширить возможности создания аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой, уменьшить вес, повысить безопасность и качество управления полетом аппарата.

1. Устройство для создания подъемной силы и силы тяги, содержащее каркас с укрепленными на нем параллельно друг другу динамическими несущими элементами, каждый из которых выполнен в виде тел вращения цилиндрической формы с возможностью вращения вокруг своей оси, отличающееся тем, что устройство выполнено в виде планетарного механизма, содержащего корпус с неподвижным колесом, например зубчатым, входящим в зацепление с колесами-сателлитами, жестко насаженными на оси динамических несущих элементов, расположенных по окружности между водилами параллельно оси механизма и проходящих через подвижный канал, образованный двумя параллельными полуцилиндрическими поверхностями, жестко связанными с осью механизма и перемещаемыми по окружности посредством тяги, причем вращение водил осуществляется приводом, например ременным, посредством силовой установки и шкивов, жестко насаженных на водилах.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на внутренних поверхностях стенок канала размещено уплотняющее покрытие, например ворс.