Устройство для создания подъемной силы

Авторы патента:

B64C29/00 - Летательные аппараты с вертикальным взлетом или посадкой (управление положением летательных аппаратов в воздухе, управление высотой и направлением полета с помощью реактивной силы B64C 15/00; винтокрылые летательные аппараты B64C 27/00; транспортные средства на воздушной подушке B60V; элементы реактивных двигателей, например реактивные сопла или выхлопные трубы F02K)

Владельцы патента RU 2618355:

Федоров Олег Леонидович (RU)

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям движителей для создания подъемной силы. Устройство состоит из однодискового открытого центробежного колеса с двухсторонним входом воздушной среды и с прямыми радиальными лопатками (1), неподвижного выпукло-вогнутого кольцевого корпуса (2). Корпус представляет собой поверхность вращения, ограниченную верхней и нижней окружностями, с острым углом выхода потока среды по отношению к горизонтали внутренней поверхности наружной кромки корпуса. На внутренней поверхности корпуса установлены лопатки спрямляющего устройства (3), кронштейны (4) для крепления к корпусу подшипникового узла (5) привода центробежного колеса. За счет уменьшения местных гидравлических потерь энергии потока достигается повышения удельной тяги и уменьшения веса и габаритов устройства. 2 ил.

Изобретение относится к области авиации, в частности к устройствам (движителям) для создания аэродинамической подъемной силы, и может быть применено в летательных аппаратах тяжелее воздуха с вертикальным взлетом или посадкой с вертикальным положением продольной оси при посадке.

Из уровня техники известен летательный аппарат вертикального взлета и посадки из описания изобретения к патенту РФ №2518143 С2, кл. В64С 29/00, опубл. 10.06.2014, Бюл. №16, включающий два привода и вентиляторы противоположного вращения, один из которых, центробежный, обеспечивает движение потока из внутреннего пространства дисковидного корпуса, а другой - осевой в кольце, нагнетает поток вдоль наружной поверхности «Коанда». Наружный дисковидный корпус содержит размещенный эквидистантно его внутренней поверхности удобооптекаемый модуль оборудования и целевой нагрузки.

Недостатком описанного аппарата является сложность конструкции, приводящая к увеличению веса, достаточно большие гидравлические потери при движении воздуха в каналах, существенно снижающих его удельную тягу.

Из патента RU 2515949 С2, кл. В64С 29/00, опубл. 20.05.2014, Бюл. №14, известен аэродинамический движитель, содержащий корпус в виде цилиндрической камеры с плоской верхней крышкой, под корпусом закреплена нижняя крышка в виде конической поверхности вращения с установленным осевым воздухозаборником. Между корпусом и конической крышкой размещено кольцевое выходное сопло, в которое встроен спрямляющий аппарат. Внутри камеры находится центробежное колесо с прямыми радиальными лопатками.

Это устройство наиболее близко по своей технической сути к предлагаемому изобретению (прототип).

В результате анализа известных аэродинамических движителей установлено, что для улучшения (увеличения) основного энергетического показателя - удельной тяги (где: Т - подъемная сила (тяга) движителя, N - потребляемая движителем мощность) необходимо, с одной стороны, увеличивать тягу при заданных габаритах устройства, с другой, - снижать потребляемую мощность за счет различных конструктивных мероприятий, что является серьезной научно-технической проблемой.

Технической задачей изобретения является повышение удельной тяги q устройства и уменьшение его массогабаритных показателей за счет снижения гидравлических потерь энергии воздушного потока в процессе ее передачи от движущихся механических частей движителя этому потоку.

Технический результат изобретения достигается тем, что в устройстве, включающем однодисковое открытое центробежное колесо с двухсторонним входом воздушной среды и с прямыми радиальными лопатками, неподвижный выпукло-вогнутый кольцевой корпус, выполненный в виде поверхности вращения некоторой кривизны, ограниченной верхней и нижней окружностями диаметров D₁ и D соответственно, на внутренней (вогнутой) поверхности которого установлены радиальные плоские лопатки спрямляющей решетки, кронштейны в виде стержней для крепления к корпусу привода и подшипниковый узел привода, угол выхода α (фиг. 1) внутренней поверхности наружной кромки корпуса является острым (порядка 45°÷55°) по отношению к горизонтали, а сама внутренняя поверхность имеет некоторый радиус кривизны . Эти мероприятия существенно уменьшают по сравнению с прототипом местные гидравлические потери при движении кольцевого веерного потока среды при выходе из центробежного колеса и движении по внутренней поверхности корпуса вниз (В.Н. Талиев Аэродинамика вентиляции. М.: Стройиздат, 1979, с. 84-86).

На фиг. 1 представлена схема устройства для создания подъемной силы, на фиг. 2 показан вид А фиг. 1,

Устройство состоит (фиг. 1) из однодискового открытого центробежного колеса 1 с двухсторонним входом воздушной среды и с прямыми радиальными лопатками, неподвижного выпукло-вогнутого кольцевого корпуса 2, лопаток спрямляющего устройства 3, кронштейнов 4, подшипникового узла 5 привода.

Уменьшение местных гидравлических потерь энергии потока (определяемых коэффициентом местного аэродинамического сопротивления ζ), обусловленных перестройкой поля скоростей и образованием на границах потока дополнительных вихрей, всегда приводит к увеличению кинетической энергии (а, стало быть, скорости υ отбрасываемого потока) и при заданном секундном расходе m отбрасываемой среды у наружной кромки корпуса 2 тяга устройства Т возрастет при той же потребляемой движителем мощности. Следовательно, возрастет и удельная тяга q. Это следует из того, что согласно закону сохранения импульса тягу данного устройства можно выразить равенством Т=(1-ζ)mυsinα. Но коэффициент ζ существенно зависит от угла поворота потока α и чем больше этот угол, тем больше ζ (В.Н. Талиев Аэродинамика вентиляции. М.: Стройиздат, 1979, с. 86), отсюда следует, что существует такая оптимальная величина угла α, при котором тяга движителя Т будет максимальной при заданных значениях секундного массового расхода m, потребляемой мощности N и постоянном радиусе кривизны R внутренней поверхности корпуса 2.

Расчеты показывают, что оптимальная величина угла будет лежать в пределах α=45°÷55°, а радиус кривизны должен быть .

Устройство работает следующим образом.

При вращении центробежного колеса 1 воздушный поток поступает в колесо сверху и снизу и по принципу центробежной машины под действием радиальных лопаток закручивается и выбрасывается с некоторой скоростью по боковой поверхности колеса, поджимаясь, огибает внутреннюю поверхность корпуса 2, проходит вдоль лопаток спрямляющего устройства 3 и выбрасывается в радиальном направлении из корпуса под углом к горизонтали α с некоторой скоростью υ. При этом согласно закону сохранения импульса появляется тяга (подъемная сила) движителя Т, реализуемая через создание избыточного давления на внутренней поверхности корпуса 2 и разрежения на внешней поверхности за счет всасывающего эффекта верхней половины колеса 1 как результат суммарного воздействия элементарных объемов воздуха, движущихся по криволинейным траекториям под действием центробежных сил. При этом возникающий реактивный момент вращения компенсируется спрямляющим устройством 3. Отсутствие нижней и верхних крышек у корпуса 2 (по сравнению с прототипом) уменьшает местные гидравлические потери, следовательно, увеличивает тягу, а также уменьшает вес и габариты конструкции движителя.

Устройство для создания подъемной силы, содержащее неподвижный корпус с лопатками спрямляющего устройства и центробежное колесо, подшипниковый узел вала которого прикреплен к корпусу с помощью кронштейнов, отличающееся тем, что упомянутый корпус выполнен в виде выпукло-вогнутого диска, представляющего поверхность вращения некоторой кривизны, ограниченную верхней и нижней окружностями диаметров D₁ и D соответственно, с острым углом α выхода потока по отношению к горизонтали внутренней поверхности наружной кромки корпуса, а колесо выполнено с двухсторонним входом воздушной среды, что существенно уменьшает местные гидравлические потери и соответственно повышает удельную подъемную силу устройства.

Изобретение относится к области авиации, в частности к способам доставки грузов и к конструкциям винтокрылых летательных аппаратов. Способ перемещения грузов летательным аппаратом включает сборку летательного аппарата из отдельных модулей - летательных аппаратов, соединяемых между собой при помощи жесткой или гибкой связи.

Летательный аппарат // 2617014

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Летательный аппарат содержит корпус, выполненный в виде дискообразного тела вращения, в котором в качестве движителя используются кольцевое вентиляторное колесо, создающее главную подъемную силу, и воздушно-реактивный двигатель (ВРД) противоположного вращения.

Движитель вертикального подъёма // 2616998

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям движителей вертикального подъема. Движитель содержит цилиндрический корпус, внутри средней части которого размещен редуктор.

Винтомоторный самолёт вертикального взлёта // 2613074

Изобретение относится к области авиации, а именно к конструкциям летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Винтомоторный самолет вертикального взлета содержит фюзеляж с крыльями, шасси, винтомоторные установки тянущего типа и средства, обеспечивающие вертикальный взлет.

Модуль летательного аппарата, создающий подъемную силу // 2612036

Изобретение относится к транспортным летательным средствам многоцелевого назначения. Модуль летательного аппарата, создающий подъемную силу, содержит несколько однотипных блоков, установленных горизонтально так, что один параллелен другому с разворотом на 180 градусов.

Скоростной преобразуемый винтокрыл // 2609856

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям винтокрылов. Скоростной преобразуемый винтокрыл (СПВК) содержит трапециевидное крыло, имеющее на консолях движительно-несущие винтовые системы с двумя двигателями, хвостовое оперение с горизонтальным стабилизатором и трехопорное колесное шасси.

Движитель вертикального подъёма // 2609598

Изобретение относится к области летательных аппаратов тяжелее воздуха, в частности к конструкциям движителей. Движитель вертикального подъема содержит цилиндрический корпус с опорными шейками, редуктор, размещенный внутри в средней части корпуса и имеющий ведущий вал, пропущенный в отверстие одной из двух опорных шеек, ведомый вал, размещенный вертикально и закрепленный в подшипниках, прикрепленных к корпусу, верхние и нижние группы дисков, закрепленные на вертикальном ведомом валу с зазором между стенками корпуса один над другим, на некотором расстоянии друг от друга.

Аэромобиль // 2609541

Изобретение относится к области воздушного транспорта. Аэромобиль содержит корпус, двигатель, движители вертикального подъема, размещенные по левому и правому бортам в отсеках корпуса, механизмы управления.

Тяжелый скоростной винтокрыл // 2608122

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к конструкциям винтокрылых летательных аппаратов. Тяжелый скоростной винтокрыл (ТСВК) имеет фюзеляж, хвостовое оперение с горизонтальным стабилизатором и трехопорное убирающееся колесное шасси.

Летательный аппарат вертикального взлёта и посадки(варианты) // 2605667

Изобретение относится к области авиации и космонавтики, в частности к конструкциям летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Летательный аппарат вертикального взлета и посадки включает реактивные силовые установки, содержащие компрессоры, перепускные клапаны, ресиверы, атомную электростанцию.

Летательный аппарат вертикального взлета и посадки // 2619976

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Летательный аппарат вертикального взлета и посадки содержит корпус, силовую установку, подъемно-маршевые винты. Силовая установка в составе двух двигателей размещается в законцовках балок фюзеляжа. Каждый двигатель имеет независимую трансмиссию в составе угловых редукторов и валов передачи крутящего момента на две пары соосных подъемно-маршевых винтов, которые расположены продольно в районе центра тяжести фюзеляжа и могут создавать вертикальную тягу, превышающую вес аппарата. Ось вращения передней пары соосных винтов наклонена вперед под углом -15° относительно вертикальной плоскости YOZ, ось вращения задней пары соосных винтов расположена с отклонением назад под углом +15° от горизонтальной плоскости XOZ и создает вертикальную тягу с помощью поворотных створок, которые способны направлять поток воздуха от задней пары соосных винтов или вдоль оси вращения, или под углом 75° к оси вращения, т.е. вертикально вниз. Достигается исключение несбалансированности тяги винтомоторных групп при отказе одного из двигателей или трансмиссии. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

Летательный аппарат, создающий подъемную силу // 2621780

Изобретение относится к летательным транспортным средствам многоцелевого назначения. Летательный аппарат, создающий подъемную силу, содержит несколько аэродинамических модулей, расположенных последовательно друг за другом так, что входящий поток одного собирает выходящий поток предыдущего. Каждый модуль представляет собой ряд блоков, перед которыми установлен вентилятор со спрямляющим воздушный поток устройством, а каждый блок содержит аэродинамические поверхности в виде крылышек по четыре вертикальных ряда с предохранительными вертикальными плоскостями. По вертикали крылышки одно от другого расположены на расстоянии двойной ширины крылышка, а по горизонтали один ряд от другого отстоит на ширину крылышка. Второй ряд относительно первого поднят вверх на ширину крылышка, третий относительно первого - на одну треть ширины крылышка, четвертый ряд относительно третьего поднят на ширину крылышка. Достигается повышение удельной подъемной силы, энергетической эффективности и дальности полета. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство для создания подъемной силы // 2621825

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям движителей летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Летательный аппарат содержит четное количество парно расположенных элементов. Каждый элемент включает ротор с лопатками и ось ротора с конической шестерней ротора. В каждой паре элементов установлен двигатель внутреннего сгорания с валом или электродвигатель с валом, на валу размещены конические шестерни вала, выполненные с возможностью передачи вращения вала двигателя внутреннего сгорания или электродвигателя на вертикально размещенную ось ротора через конические шестерни ротора. Достигается повышение надежности и износостойкости устройства, увеличение коэффициента полезного действия. 2 ил.

Самолет вертикального взлета и посадки, выполненный по схеме "утка" // 2623370

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям самолетов вертикального взлета и посадки (СВВП). СВВП выполнен по схеме "утка", снабжен дополнительным хвостовым рулем высоты, состоящим из закрепленных с возможностью поворота на оси вращения носовой части и хвостовой части с нижней и верхней поверхностями. Ширина хвостового руля высоты равна ширине фюзеляжа. Насадок каждого подъемно-маршевого вентилятора снабжен боковыми ограничителями потока воздуха от вентилятора. Поворотные профили решеток выполнены в виде сборных гибких лопаток, а выходное сечение насадка выполнено сложной формы с верхней и нижней горизонтальными гибкими кромками. Выхлопные сопла двигателей прилегают к верхней поверхности дополнительного хвостового руля высоты, по краям нижней поверхности фюзеляжа установлены продольные гребни. Достигается возможность получения дополнительной подъемной силы на взлете, посадке и переходных режимах полета. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Летательный аппарат вертикального взлета и посадки // 2627220

Изобретение относится к области авиастроения, а именно к конструкциям летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Летательный аппарат включает базовую несущую раму пространственной конструкции, сиденье, кабину, органы управления, мотоустановки, систему управления, систему дистанционного управления. Базовая несущая рама выполнена с центральной частью и с двумя периферийными кластерами справа и слева по полету, причем периферийные кластеры могут складываться вверх, вниз или задвигаться под центральную часть. Центральная часть и периферийные кластеры рамы выполнены пространственной конструкцией. Каждый периферийный кластер выполнен по меньшей мере из трех однотипных секций, соединенных между собой. Внутри каждой секции размещена мотоустановка, содержащая как минимум один двигатель и как минимум один пропеллер горизонтального вращения. Достигается повышение отказоустойчивости, безопасности и ремонтопригодности летательного аппарата вертикального взлета и посадки. 23 з.п. ф-лы, 34 ил.

Летательный аппарат вертикального взлета // 2627261

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям комбинированных летательных аппаратов. Летательный аппарат (1) вертикального взлета с крылом (3) содержит первый блок (4) двигателя и второй блок (5) двигателя, установленные на этом крыле (3) с возможностью поворота. Первый блок (4) двигателя и второй блок (5) двигателя расположены на крыле (3) на расстоянии от его законцовки (12). Расстояние от первого блока (4) двигателя до продольной оси (10) летательного аппарата (1) приблизительно равно расстоянию от второго блока (5) двигателя до продольной оси (10) летательного аппарата (1). В положении горизонтального полета первый блок (4) двигателя находится на крыле над поверхностью крыла, а второй блок (5) двигателя находится на крыле под плоскостью крыла. В положении вертикального полета первый блок (4) двигателя и второй блок (5) двигателя расположены в одной, по существу горизонтальной плоскости. Увеличивается КПД при горизонтальном полете и обеспечиваются стабильные летные характеристики при вертикально взлете и посадке. 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

Скоростной турбовентиляторный винтокрыл // 2629475

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям скоростных винтокрылых летательных аппаратов. Скоростной турбовентиляторный винтокрыл выполнен по концепции разнесенной винтовой и реактивной тяги и оснащен комбинированными тяговой и подъемной системами, имеющими реактивную тягу с тягой разновеликих винтов, направленную вдоль оси симметрии или перпендикулярно последней при выполнении ВВП и зависания от ТРДД с управляемым вектором тяги совместно с тягой двух меньших винтов, установленных на консолях V-образного стабилизатора, или от ТРДД совместно с тягой двух больших несущих винтов. Плоскости вращения лопастей больших несущих винтов расположены между крыльев биплана, образующих внутренними секциями левый и правый трапециевидные щелевые каналы, и закреплены на выходных валах консольных редукторов. Каждый редуктор размещен в надкрыльном обтекателе на законцовке нижнего крыла и снабжен полой неподвижной опорой, установленной соосно внутри вала несущего винта. Выступающая из вала верхняя часть опоры закреплена в подкрыльном обтекателе верхнего крыла, образуя высокорасположенный биплан с крыльями замкнутой конструкции, имеющий ромбовидную конфигурацию. Достигается уменьшение потребной мощности на продольную балансировку, повышение скорости, высоты и дальности полета. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Самолет вертикального взлета и посадки // 2630270

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям самолетов вертикального взлета и посадки (СВВП). СВВП содержит фюзеляж, высокорасположенное крыло. Между левой и правой консолями крыла размещена газораспределительная камера. Над камерой установлены двухконтурные турбореактивные двигатели, на выходе имеющие выхлопные каналы. Внутри каналов установлены заслонки, позволяющие перенаправлять поток газовоздушной смеси от двигателей либо для создания маршевой тяги СВВП, либо для закачки в распределительную камеру. На верхней поверхности крыльев выполнены щелевые сопла, к которым подается газовоздушная смесь от работающих двигателей. На задней кромке крыла устанавливается закрылок, который имеет возможность подниматься и опускаться. Под закрылком установлены жалюзи, которые при опущенном закрылке занимают горизонтальное положение, а при поднятом положении закрылка вертикальное. Жалюзи, находясь в вертикальном положении, имеют возможность отклоняться в пределах нескольких градусов. Из газораспределительной камеры газвоздушная смесь по каналу также подается к рулю продольной устойчивости. Достигается улучшение управляемости и маневренности на режимах взлета и посадки, аэродинамических качеств в режиме горизонтального полета. 3 н.п. ф-лы, 7 ил.

Летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой // 2630876

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям летательных аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой. Летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой содержит корпус с верхней и нижней аэродинамическими поверхностями, электрореактивный двигатель с устройством генерации и ускорения отрицательно заряженных ионов, средства взлета/посадки, электропитания, коммуникации и управления. В верхней части корпуса на пилонах установлен обтекатель, формирующий с верхней аэродинамической поверхностью корпуса регулируемое кольцевое щелевое сопло, перед которым с внутренней стороны корпуса установлен вентилятор с плоским блоком сетчатых электродов на входе и решеткой профилей на выходе вентилятора. Обеспечивается увеличение подъемной силы летательного аппарата, улучшение массогабаритных характеристик. 1 ил.

Летательный аппарат вертикального взлёта и посадки // 2634469

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Летательный аппарат вертикального взлета и посадки состоит из корпуса (1) в виде полого цилиндра, расположенного вертикально, и двух горизонтальных платформ (2, 3) круглой формы. Ось цилиндра и платформ совпадает с осью корпуса. По оси корпуса расположен вал 6. В верхней части вала (6) установлен несущий вертолетный винт (7) с автоматом перекоса (8). На верхней платформе (2) размещается силовая установка (4), закрытая сверху обтекателем (5), по форме близким к полусфере. Силовая установка 4 состоит из двигателей и редукторов. Между верхней платформой (2) и нижней платформами (3) установлен осевой аксиальный вентилятор, состоящий из ротора (9) и лопастей (10). Под нижней платформой (3) размещается кабина (11) с системой управления летательным аппаратом. Достигается снижение влияния габаритов фюзеляжа на подъемную силу, увеличение грузоподъемности летательного аппарата. 3 ил.