Летательный аппарат
Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям летательных аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой. Летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой содержит фюзеляж (1) с кабиной и силовой установкой (3). Над фюзеляжем на общем основании последовательно один за другим закреплены два модуля А и Б, состоящие из двух или более вентиляторов 4 с воздуховодами 5, направляющими воздушный поток на вращающийся цилиндр 7, который, реализуя эффект Магнуса, создает аэродинамические силы. Обеспечивается повышение удельной подъемной силы, энергетической эффективности, улучшение маневренности. 2 ил.
Изобретение относится к летательным аппаратам тяжелее воздуха с вертикальным взлетом и посадкой (далее аппарат), использующими подъемную силу, возникающую на вращающемся цилиндре, обдуваемым потоком воздуха (далее эффект Магнуса).
Известны летательные аппараты, например, вертолеты, оснащенные для создания подъемной силы, одним или несколькими несущими винтами. Недостатком этих аппаратов является большой размер пространства, ометаемый несущими винтами, что значительно превышает габариты фюзеляжа и создает опасность зацепления указанных винтов, при малой высоте полета или зависания, за встречные предметы (деревья, здания и пр.), а при посадке требует площадку значительных размеров.
Также известен летательный аппарат по патенту РФ 2574873 имеющий меньшие габариты в сравнении с вертолетом, создающий подъемную силу за счет, встроенных внутри, аэродинамических крыльев, обдуваемых воздухом из вентиляторов. Этому аппарату необходимы тянущие винты. Как у вертолета, так и у летательного аппарата по патенту РФ 2574873 вертикальная подъемная сила создается набегающим потоком воздуха на аэродинамическое крыло (лопасть винта у вертолета) и эта подъемная сила почти на порядок меньше чем подъемная сила, возникающая при обтекании с такой же скоростью воздухом вращающегося цилиндра (эффект Магнуса) в предлагаемом изобретении.
Известна подъемно-транспортная система по патенту РФ 2272748 использующая эффект Магнуса для создания аэродинамической силы на самолетах больших габаритов и большой грузоподъемности. Недостатком указанной подъемно-транспортной системы является невозможность использования ее на малых воздушных судах.
Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков. Это достигается тем, что над фюзеляжем 1 аппарата с кабиной и силовой установкой 3 закреплены на общем основании, последовательно один за другим, два модуля А и Б, состоящих из двух или более вентиляторов 4 с воздуховодами 5 направляющими воздушный поток на вращающийся цилиндр 7, каждый из которых, реализуя эффект Магнуса, создают аэродинамические силы необходимые для обеспечения грузоподъемности и горизонтального перемещения аппарата. Подъемная сила, возникающая на предлагаемом аппарате, возрастает с увеличением скорости вращения цилиндра и скорости горизонтального перемещения аппарата. Также аппарат не имеет резко выступающих частей, которые мешали бы при взлете или посадке в тесных условиях, например, в тайге.
Сущность настоящего изобретения поясняется принципиальной схемой компоновки аппарата: на фиг. 1 аппарат, вид сбоку и на фиг 2 аппарат, вид сверху.
Летательный аппарат состоит из фюзеляжа 1 с кабиной, пультом управления 2 и силовой установкой 3, над которым, закрепленные на общем основании, последовательно один за другим, установлены два модуля А и Б, состоящие из двух или более вентиляторов 4 с воздуховодами 5, разделенными продольными перегородками 6 на два или более каналов, направляющих воздушный поток на вращающийся цилиндр 7. Направление вращения цилиндра указано стрелкой. Для улучшения «прилипания» воздуха к поверхности вращающихся цилиндров 7 они оснащены не только концевыми шайбами, но и, шайбами 8, часто расположенными по всей длине цилиндров 7
При работе на земле аппарат располагается под некоторым углом α, как показано на фиг. 1. Включаются одновременно все вентиляторы 4 и вращающиеся цилиндры 7 обоих модулей А и Б. Воздух из воздуховодов 5 обдувает вращающиеся цилиндры 7 и, реализуя эффект Магнуса, создает подъемную силу, направленную вверх под углом α к вертикали. Эту силу можно разложить на две составляющие: вертикальную подъемную силу, преодолевающую силу тяжести, и горизонтальную силу тяги, преодолевающую реактивную силу воздушного потока из вентиляторов 4, чтобы аппарат не совершал горизонтальное перемещение, находясь на земле и во времени подъема (или зависания).
При наборе необходимой высоты плавно уменьшают скорость вращения вентиляторов 4 или цилиндра 7 носового модуля (модуля А). В результате этого процесса осуществляется тангаж на нос. При этом горизонтальная сила тяги на цилиндрах 7 меняет направление на противоположное и суммируется с силой тяги от работы потока воздуха из вентиляторов 4. Начинается движение аппарата по горизонтали вперед.
При нарастании горизонтальной скорости аппарата происходит суммирование скорости встречного воздуха, скорости потока воздуха из вентиляторов 4 и окружной скорости вращающихся цилиндров 7, что вызывает увеличение подъемной силы и силы тяги от дополнительного действия эффекта Магнуса. Это позволяет экономить затрачиваемую мощность силовой установки 3, которая питает электроэнергией электродвигатели вентиляторов 4 и вращающихся цилиндров 7. Использование электроэнергии дает возможность тонко регулировать скорости их вращения.
Также возможно движение аппарата назад. Для этого маневра плавно увеличивают тангаж на корму на угол более угла α.
Управление «право-лево» осуществляется при помощи рулей 10, размещенных в потоке воздуха за кормой.
Посадка аппарата осуществляется в обратном порядке: медленно уменьшают скорость вращения вентиляторов 4 или цилиндра 7 кормового модуля (модуля Б). При росте тангажа на корму, снижается сила тяги вперед, аппарат замедляет движение по горизонтали и останавливается. Постепенное уменьшение скорости вращения одновременно всех вентиляторов 4 и цилиндров 7 позволит снизить высоту и осуществить посадку.
Для того чтобы управлять креном, углом тангажа, маневрами взлета, посадки и зависания аппарата, указанные модули расположены последовательно один за другим над фюзеляжем 1(фиг. 1 и фиг. 2). Например, при возникновении крена на правый борт, на левом борту уменьшают скорость вращения вентиляторов 4 левого борта или открывают клапаны 9 на левом борту для сброса воздуха из крайних левых каналов, что приводит к некоторой потере подъемной силы на левом борту аппарата и крен выравнивается. Этот маневр может осуществляться автоматически при отклонении от вертикали. Для управления углом тангажа плавно изменяют скорость вращения вентиляторов 4 или цилиндра 7 одного из модулей.
Теоретические расчеты для предлагаемого летательного аппарата показали следующие летные характеристики: при использовании на каждом модуле (А и Б) по четыре общепромышленного назначения вентилятора ОВ120, рекомендуемых лабораторией ЦАГИ, диаметром 0,5 м. вращающихся со скоростью 5000 оборотов в минуту и цилиндров диаметром 0,4 м. при длине 2,4 м. и вращающихся со скоростью 6000 оборотов в минуту необходима суммарная мощность 85 кВт, обеспечивающая подъемную силу при взлете и зависании 2450 кгс; то есть затрачивается 0,034 кВт на 1 кгс веса аппарата. При горизонтальном полете эта величина заметно уменьшится.
Летательный аппарат тяжелее воздуха с вертикальным взлетом и посадкой, использующий подъемную силу, возникающую при обдувании воздухом вращающегося цилиндра, отличающийся тем, что, с целью уменьшения пространства, необходимого для взлета и посадки, увеличения энергетической эффективности силовой установки и маневренности летательного аппарата, состоит из фюзеляжа с кабиной и силовой установкой, над которым на общем основании закреплены последовательно один за другим два модуля, каждый из которых содержит два или более вентиляторов с воздуховодами, направляющими воздушный поток на горизонтально расположенный цилиндр, и эти цилиндры, вращаясь в воздушном потоке, создают аэродинамические силы, необходимые для обеспечения грузоподъемности и горизонтального перемещения летательного аппарата.
