Способ создания подъемной силы, например, летательного аппарата

 

Изобретение относится к воздухоплаванию и касается способа создания подъемной силы для летательных аппаратов, обеспечивающего снижение силы сопротивления. Согласно способу создание подъемной силы для, например, вертолета, обеспечивается вращением лопасти с одинаковой угловой скоростью вокруг горизонтальной оси и перпендикулярной к ней вращающейся оси таким образом, чтобы положительный угол атаки всегда был направлен навстречу движению, а траектория движения представляла объемную восьмерку (лемнискату). 1 ил.

Изобретение относится к области воздухоплавания, а именно, к способам создания подъемной силы в летательных аппаратах тяжелее воздуха за счет движения аэродинамических поверхностей и может быть также использовано в мореплавании в качестве движителя.

Известен способ создания подъемной силы, при котором формируют направленный поток текучей среды переменной интенсивности, а в качестве управляющего потоком устройства используют крыльчатку [1].

Недостатком этого способа является сложность осуществления.

Наиболее близким из известных способов создания подъемной силы, например летательного аппарата, является выбранный в качестве прототипа способ создания подъемной силы, заключающийся во вращении лопасти с постоянной угловой скоростью вокруг горизонтальной оси [2].

Недостатками данного способа являются: а) то, что лопасти совершают вращение в одной плоскости и поэтому вращаются в спутной струе, отчего эффект создания подъемной силы ухудшается; б) использование микропроцессора для управления углом атаки лопасти. Задачей изобретения является повышение эффективности и надежности. Поставленная цель достигается тем, что в способе создания подъемной силы, например, летательного аппарата заключающемся во вращении лопасти (1) с постоянной угловой скоростью вокруг оси, эту ось дополнительно вращают с такой же угловой скоростью вокруг перпендикулярной к ней горизонтальной оси, таким образом, чтобы положительный угол атаки всегда был направлен навстречу движению, а траектория движения представляла объемную восьмерку (лемнискату).

При использовании такого способа создания подъемной силы, например, летательного аппарата траектория перемещения лопасти такова, что каждый раз в момент создания максимальной подъемной силы лопасть находится в невозмущенном потоке. Скорость перемещения лопасти максимальна в момент создания максимальной подъемной силы (верхнее положение лопасти) и уменьшается в раза, когда лопасть находится в плоскости XOZ, поэтому в эти моменты сила сопротивления движению уменьшается в раза. Таким образом, предложенный способ кроме того, что прост в изготовлении (отсутствие микропроцессоров) еще и эффективнее почти в 1,5 раза.

Пример осуществления способа. На фиг. 1 представлена схема движения лопасти (1). Лопасть вращается с угловой скоростью ω вокруг оси (относительное движение), которая сама вращается в плоскости YOZ с такой же угловой скоростью вокруг перпендикулярной к ней неподвижной горизонтальной оси, совпадающей с осью OX (переносное движение).

В результате этих вращений лопасть движется по траектории, представляющей объемную восьмерку (лемнискату), и будет находиться постоянно над плоскостью XOZ. В правой части рисунка показаны проекции лемнискаты на координатные плоскости.

Одновременно с вращениями лопасти вокруг двух осей она будет проворачиваться вокруг оси, связывающей центр лопасти с центром вращения так, чтобы положительный угол атаки лопасти был направлен навстречу движению и возникающая аэродинамическая сила R. была направлена от центра вращения к лопасти. При этом результирующая составляющая аэродинамической силы проинтегрированная за один полный оборот вокруг оси OX будет направлена вертикально вверх.

Скорость перемещения лопасти максимальна в верхнем положении лопасти, когда складываются скорости относительного и переносного движений и создаваемая подъемная сила максимальна; при нахождении плоскости вращения лопасти в горизонтальном положении скорость переносного движения становится нулевой, соответственно скорость перемещения лопасти подъемная сила и сила сопротивления уменьшаются в раз.

Вычислим величину усредненной подъемной силы, возникающей при движении лопасти: Y = Rsinβ, где sinβ = sin²α. Здесь R - аэродинамическая сила, зависящая от α : R(α) = c_yρv²(α)S/2, α и β - углы, приведенные на фиг. 1, c_y - коэффициент подъемной силы, S - площадь несущей поверхности лопасти,
ρ - плотность воздуха,
v(α) - скорость движения лопасти
v²(α) = ω²r²+ω²r²sin²α = ω²r²(1+sin²α)
тогда
Y(α) = c_yρω²r²(1+sin²α)Ssin²α/2
Усредним ее за один период обращения лопасти
Y_cp= ∫Y(α)dα/2π = 7c_yρω²r²S/16
Аналогично подъемной силе рассчитываем силу лобового сопротивления
Q(α) = c_xρω²r²(1+sin²α)Ssin²α/2
где
c_x - коэффициент лобового сопротивления, а усредненная сила сопротивления будет
Q_cp= ∫Q(α)dα/2π = 3c_xρω²r²S/4
Сравнение с аналогичными параметрами вертолета показывает, что использование принципа движения лопасти по лемнискате при создании такой же подъемной силы создает силу сопротивления в результате маховых движений примерно на 30 процентов ниже.

Благодаря такому способу создания подъемной силы повышается эффективность и надежность создания подъемной силы, например, летательных аппаратов.

Источники информации:
1. А.с. СССР N 2002671, кл. B 64 C 29/00, 1991 г.

2. Пат. США N 5265827, кл. B 64 C 29/00, 1993 г. (прототип)у

Формула изобретения

Способ создания подъемной силы преимущественно для летательного аппарата, заключающийся во вращении лопасти в плоскости с постоянной угловой скоростью вокруг оси и обеспечении при вращении лопасти положительного угла атаки лопасти навстречу движению, отличающийся тем, что указанную ось дополнительно вращают с такой же угловой скоростью вокруг перпендикулярной к ней неподвижной горизонтальной оси, расположенной в указанной плоскости, для обеспечения вращения лопасти по траектории лемнискаты.

РИСУНКИ

Рисунок 1