Движитель вертикального подъема

 

Изобретение относится к области летательных аппаратов тяжелее воздуха. Движитель содержит корпус цилиндрического типа, внутри которого размещен редуктор, который установлен на кронштейнах в средней части корпуса. Ведомый вал редуктора размещен вертикально и закреплен в подшипниках. На ведомом валу закреплены верхние и нижние диски, имеющие зазор с корпусом. Каждый из дисков имеет в нижней части глухие каналы круглого или квадратного сечения, размещенные по концентрическим окружностям в четном количестве, продольная ось каждого из которых установлена в направлении вращения диска под углом к плоскости, проходящей через центр вращения, при этом боковые противоположные поверхности каждого из каналов равны между собой в продольной и поперечной плоскостях, а плоскость дна каждого из каналов параллельна верхней поверхности диска. Изобретение направлено на повышение эксплуатационных качеств движителя. 10 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве движителя вертикального подъема на летательных аппаратах.

Известен подъемный турбореактивный двигатель, содержащий корпус цилиндрического типа, внутри которого установлен на подшипниках вертикальный вал, на верхнем конце которого закреплен шестиступенчатый компрессор, а на нижнем конце закреплена одноступенчатая газовая турбина. Внутри корпуса в верхней части закреплен спрямляющий аппарат, а в нижней части расположены: камера сгорания с форсункой подачи топлива, система воспламенения и патрубок подачи сжатого воздуха на лопасти газовой турбины системы запуска /Авиация. Энциклопедия, гл. ред. Г.П. Свищев, Большая Российская энциклопедия, М., 1994, с. 427/.

Недостатками подъемного турбореактивного двигателя являются: большой расход топлива, разрушительное воздействие раскаленной струи газа на окружающую среду, кратковременность действия, повышенная пожароопасность.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией подъемного турбореактивного двигателя.

Известен также движитель вертикального подъема аэромобиля, содержащий корпус цилиндрического типа, имеющий в верхней части защитную решетку, а внутри осевой нагнетатель воздуха со спрямляющим аппаратом, соединенный вертикальным валом с редуктором, закрепленным внутри корпуса в его нижней части /Патент США N 3276528, кл. 180-119, опубликован 4 октября 1966 г., фиг. 5 и 16/.

Известный движитель вертикального подъема по патенту США N 3276528, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.

Недостатками известного движителя вертикального подъема по патенту США N 3276528, принятому за прототип, являются: разрушительное воздействие на окружающую среду струи воздуха, выходящей из сопла, малая грузоподъемность при значительной подводимой мощности.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией движителя вертикального подъема.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационных качеств движителя вертикального подъема.

Указанная цель, согласно изобретения, обеспечивается тем, что осевой нагнетатель воздуха со спрямляющим аппаратом заменены верхними и нижними дисками, количество которых не ограничено, имеющими в нижней части глухие каналы круглого или квадратного сечения и закрепленными на выходном вертикальном валу редуктора, установленного в средней части корпуса, входной вал которого пропущен через отверстие в одной из двух шеек подшипников, закрепленных снаружи корпуса, причем каналы в каждом диске размещены по концентрическим окружностям в четном количестве для каждой из них, а продольная ось каждого из каналов установлена в направлении вращения диска под углом к плоскости, проходящей через центр вращения, кроме того боковые противоположные поверхности каждого из каналов в продольном и поперечном направлениях равны, а плоскость дна параллельна верхней и нижней поверхностям диска.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид движителя вертикального подъема; на фиг. 2 - вид на движитель вертикального подъема сверху; на фиг. 3 - вид на движитель вертикального подъема сверху при снятых верхних дисках; на фиг. 4 - вид на движитель вертикального подъема в разрезе; на фиг. 5 - вид на редуктор в разрезе; на фиг. 6 - общий вид диска; на фиг. 7 - вид на диск сверху; на фиг. 8 - вид на диск снизу; на фиг. 9 - вид на диск сбоку с частичным разрезом; на фиг. 10 - схема образования подъемной силы на диске.

Предлагаемый движитель вертикального подъема содержит корпус 1, в средней части к которому привернуты шейки подшипников 2 и 3, одна из которых оканчивается валом 4 со шлицем, а другая имеет внутреннее отверстие, через которое пропущен ведущий вал 5 редуктора 6, установленного внутри корпуса на четырех кронштейнах 7. Редуктор содержит корпус 8, который закрыт верхней 9 и нижней 10 крышками, имеющими подшипники, в которые вставлен вертикальный вал 11, концы которого установлены в подшипниках 12 и 13, прикрепленных планками 14 и 15 к корпусу. На вертикальном валу закреплена ведомая шестерня 16, входящая в зацепление с ведущей шестерней 17, закрепленной на ведущем валу. На верхней части вертикального вала закреплены верхние диски 18, количество которых не ограничено. На нижней части вертикального вала закреплены нижние диски 19, количество которых также не ограничено. Те и другие диски размещены на некотором расстоянии друг от друга. Все диски верхние и нижние имеют одинаковое устройство и каждый из них представляет собой плоский диск, выполненный из прочного и легкого материала. Кольца 20 и 21, установленные сверху и снизу диска, прикреплены к нему болтами, а штифтами и вертикальному валу. Верхняя часть диска представляет собой гладкую отполированную поверхность, а в нижней части диска, также отполированной, выполнены глухие каналы 22 круглого или квадратного сечения. Количество каналов на диске должно быть по возможности максимальным. Каналы расположены по концентрическим окружностям и в каждой из них количество их должно быть четным, а продольные оси каждого из каналов установлены в направлении вращения диска под углом альфа, равным 45 градусов, к плоскости, проходящей через центр вращения. Плоскость дна каждого из каналов выполнена параллельно верхней поверхности диска, вследствие чего противоположные боковые поверхности каждого канала в продольной и поперечной плоскостях равны между собой.

Работа движителя вертикального подъема.

При вращении диска 18 в направлении, показанном стрелкой на фиг. 10, вместе с ним вращаются и частицы воздуха, соприкасающиеся с верхней и нижней поверхностями диска. Вследствие этого над верхней поверхностью и под нижней поверхностью диска образуются вращающиеся пограничные слои воздуха. По закону Бернулли в движущемся потоке газа или жидкости давление всегда меньше, чем в прилегающем неподвижном слое. Поэтому на верхнюю поверхность диска действует сила разрежения F_в, направленная вверх, а на нижнюю поверхность диска действует сила разрежения F_н, направленная вниз, которая в два раза меньше силы F_в так, как поверхность, обтекаемая воздухом, на нижней стороне диска в два раза меньше, чем поверхность, обтекаемая воздухом на верхней стороне диска. (Из площади на нижней стороне диска необходимо вычесть площадь входных отверстий каналов 22). Далее при вращении диска 18 в каналы 22 поступает воздух из движущегося нижнего пограничного слоя и в связи с этим давление воздуха в этих каналах станет значительно превосходить атмосферное давление. Силы давления воздуха F и F₁, действующие на боковые стенки каналов, будут равны и уравновешивать друг друга в продольном направлении так, как l = l₁, а также и в поперечном направлении так, как боковые площади в этом направлении также равны (на чертежах не показано). Сила F_д давления воздуха на дно каждого из каналов 18, 19 ничем не уравновешена, направлена вверх и увеличивает общую подъемную силу диска. Силы, действующие на боковые поверхности дисков, не увеличивают и не уменьшают подъемной силы, а представляют собой силы трения, тормозящие вращение дисков. Равнодействующая всех сил, действующих на диск F_равн = F_в + F_д - F_н и направлена вверх. Подъемная сила каждого из дисков 18, 19 складывается и на корпус 1 движителя вертикального подъема действует подъемная сила, величина которой может изменяться в больших пределах путем изменения частоты вращения дисков 18, 19. При вращении ведущего вала 5 редуктора 6 от какого-либо двигателя ведущая шестерня 17 вращается и приводит в движение ведомую шестерню 16 и вместе с ней вертикальный вал 11 и верхние 18 и нижние 19 диски, которые, как было описано выше, создают подъемную силу. Таким образом движитель вертикального подъема создает разрежение в верхней части и повышенное давление в нижней части каждого из дисков, в результате чего возникает вертикальная тяга. Предлагаемый движитель может быть использован не только на летательных аппаратах, но также в турбореактивных двигателях для усиления тяги и в наземных транспортных средствах для уменьшения давления груза на ходовую часть.

Положительный эффект: более высокий КПД, отсутствие разрушительного воздействия на окружающую среду.

Формула изобретения

Движитель вертикального подъема, содержащий корпус цилиндрического типа, внутри которого размещен редуктор, отличающийся тем, что последний установлен на кронштейнах в средней части корпуса, его ведомый вал размещен вертикально и закреплен в подшипниках, привернутых к корпусу, а ведущий вал пропущен в отверстие одной из двух шеек опорных подшипников, прикрепленных к наружной стороне корпуса, кроме того на ведомом валу закреплены верхние и нижние диски, имеющие зазор с корпусом, причем каждый из дисков имеет в нижней части глухие каналы круглого или квадратного сечения, размещенные по концентрическим окружностям в четном количестве, продольная ось каждого из которых установлена в направлении вращения диска под углом к плоскости, проходящей через центр вращения, при этом боковые противоположные поверхности каждого из каналов равны между собой в продольной и поперечной плоскостях, а плоскость дна каждого из каналов параллельна верхней поверхности диска.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10