Автоплан

Изобретение относится к области транспортных средств, способных передвигаться по земле и воздуху. Автоплан содержит корпус, двигатель, устройство управления и ходовую часть. В верхней и нижней частях корпуса расположены верхний и нижний боксы, внутри которых размещены винтовые крыльчатки с взаимно противоположным вращением. По периметру боксов установлен по меньшей мере один ряд крыльев с регулируемым углом атаки. Верхний и нижний боксы соединены между собой соплом Лаваля. В другом варианте корпус содержит бокс, внутри которого расположены как минимум три крыльчатки, при этом нижняя крыльчатка вращается в противоположную сторону от других. По периметру бокса расположены, по меньшей мере три ряда крыльев с регулируемым углом атаки. Обеспечивается уменьшение габаритов гибридного транспортного средства и обеспечение возможности вертикального взлета и посадки. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к автомобилестроению и может быть использовано как универсальное транспортное средство с возможностью его эксплуатации как на автомобильных дорогах так и в воздухе (автоплан).

Известны автомобили, представляющие собой одновременно как наземный транспорт, так и летательный аппарат. Недостатком их конструкций является наличие размашистых крыльев, влияющие на габариты транспорта, а также необходимость развития больших скоростей для разбега и пробега для создания подъёмной силы для взлета, полета и посадки.

Задачей данного изобретения является создание наземного, воздушного и водного транспортного средства в пределах размеров, габаритов и качеств наземного автомобиля, способного не только ездить по земле, но и взлетать с любой, даже нулевой наземной скоростью, летать, садится на землю или воду, ездить по земле, плавать по воде и взлетать как с земли, так и с воды.

Техническим результатом является уменьшение габаритов автоплана за счет отсутствия размашистых самолетных крыльев и обеспечение возможности вертикального взлета и посадки.

Заявленный результат достигается тем, что аэроплан содержит корпус, двигатель, устройство управления и ходовую часть, при этом корпус содержит верхний и нижний боксы, внутри которых размещены винтовые крыльчатки с взаимнопротивоположным вращением, а по периметру боксов установлены, по меньшей мере, один ряд крыльев с регулируемым углом атаки, верхний бокс и нижний бокс соединены между собой соплом Лаваля.

Предлагаемая конструкция аэроплана имеет малые габариты, при этом позволяет выполнить вертикальный взлет и посадку аэроплана.

При вращении крыльчаток в боксах аэроплана, обеспечивающееся двигателем, происходит забор и выпуск воздуха через крылья в боксах, создавая при этом подъемную тягу. А регулировка углов атаки крыльев и скорости вращения крыльчаток через устройство управления позволяет управлять автопланом во время полета. Лопасти крыльчатки в верхнем боксе сконструированы таким образом, что при их вращении воздух нагнетается внутрь бокса, который через сопло Лаваля далее попадает в нижний бокс, в котором установленная в нем крыльчатка гонит этот воздух наружу.

Крыльчатки могут быть трех, четырех, или пятилопастными.

Предлагается также второй вариант автоплана, в котором в корпусе установлен бокс на всю высоту корпуса, внутри бокса расположены как минимум три крыльчатки, при этом нижняя крыльчатка вращается в противоположную сторону от находящихся сверху, а по периметру расположены, по меньшей мере, три ряда крыльев с регулируемым углом атаки.

В этом варианте подъемная тяга также образуется за счет вращения крыльчаток и прохождения засасываемого и выпускаемого воздуха через крыльчатки.

Предлагаемые варианты конструкции автоплана не превышают габариты корпуса автомобиля и способны для выполнения вертикального взлета/посадки и полета благодаря наличию крыльчаток и крыльев.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан вариант изобретения с двумя боксами, соединенными между собой соплом Лаваля.

На фиг. 2 показан вариант изобретения с одним боксом, в котором установлены несколько крыльчаток.

На фиг. 3 показан вид сверху.

Перечень позиций на чертежах:

(1) - двигатель ДВС; (2) - верхняя крыльчатка; (3) - верхние крылья; (4) - нижняя крыльчатка; (5) - нижние крылья; (6) – сопло Лаваля; (7) – дифференциал крыльчаток; (8) - верхняя полуось; (9) – нижняя полуось; (10) – трансмиссия; (11) – конические зубчатые колеса дифференциала (3 шт.); (12) – подшипники дифференциала (3 шт.); (13) – корпус дифференциала крыльчаток; (14) – подшипники крыльчаток (2 шт.); (15) – верхний бокс; (16) – нижний бокс; (17) – корпус автоплана; (18) – штроба троссами для управления двигателем и с трансмиссией запуска двигателя; (19) – колеса автоплана; (20) – коробка передач; (21) – трансмиссия и дифференциал на колеса; (22) – отсек водителя-пилота; (23) – отсек двигателя; (24) – топливный бак; (25) – педали завода пружины запуска двигателя; (26) – несущий каркас рамы автоплана; (27) – корпус-обшивка автоплана; (28) – корпус-обшивка автоплана; (29) – парашют аварийного спуска автоплана; (30) – подшипник парашюта; (31) – эпюры скоростей поступающего воздуха; (32) – эпюры скоростей поступающего воздуха; (33) – верхняя крышка; (34) – промежуточные крыльчатки второй модификации; (35) – тяги управления крыльями

Далее будет представлено подробное описание заявленного изобретения с частными вариантами его выполнения.

Инновационно-концептуальной основой предлагаемого летательного авто является сложная система создания подъемных сил, позволяющая без размахов вдоль и поперек, как это принято в современной авиации, в совершенно сжатом в «кулак» пространстве на основе имеющихся из рук вон плохих современных двигателях внутреннего сгорания, данному автоплану подниматься в воздух и летать.

Одна из систем создания подъемных сил (см. фиг. 1) состоит из верхних 15 и нижних 16 боксов, каждый их которых состоит из вращающихся крыльчаток 2 и 4 и неподвижных самолетных плоскостей (крыльев) 3 и 5. Эти крыльчатки посредством конических зубчатых колес 11 получают противоположные по направлению вращения от двигателя внутреннего сгорания 1 и по принципу вентилятора, пропеллера и вертолетных лопастей засасывают и гонят поднимающий аппарат воздух сверху вниз, создавая тем самым реактивную подъемную тягу. Идеей является то, что эти крыльчатки работают как принято на забор и выпуск воздуха из верхнего торца в нижний торец, но и забирают верхний боковой воздух с боковым его выпуском внизу. Забор и выпуск бокового воздуха осуществляют вертикально расположенные периферийные лопасти 36, выполненные воедино литыми с горизонтальными лопастями 37 или «крест». Эти дополнительно изысканные боковые площади забора бокового воздуха и его выпуска составляют основу того, как из системы «пятерня» современной авиации перейти к системе «кулак» с максимально сжатыми габаритами реально летающего аппарата.

Предлагаемая конструкция воплощает и суммирует в себе в многочисленных вариациях самолетную, реактивно-самолетную, вертолетно-махолетную и ракетную подъёмную силу, силой по принципу «с миру по нитке – для голого пари».

Подъёмные конструкции имеют форму невысоких ящиков – боксов, представляющих собой форму параллелепипедов, не имеющих стенок, расположенных на крыше и днище автоплана. В них располагаются основные конструкции, создающие подъёмную силу – крыльчатки и крылья.

Самой продуктивной в доли создания подъемной силы является ее вертолетная составляющая. Она создается трех, четырех, или пятилопастной двухкаскадной (в верхнем и нижнем боксах) горизонтальной вертушкой – крыльчаткой (2). При вращении она сверху вниз гонит и нагнетает воздух, в результате чего и создается вертолетная подъемная сила. Это можно называть результатом разности давлений воздуха сверху и снизу лопастей вертушек. Сверху из-за вращения лопастей воздух становится разряженным, а снизу, куда воздух нагнетается, он более плотный и его давление соответственно больше чем сверху. И их разность помноженная на суммарную площадь вертушек есть вертолетная подъемная сила.

Имеется и другое физическое объяснение этому явлению. Вертолетная подъемная сила – это реактивная сила от скоростного воздуха, отбрасываемого лопастями вниз. Это согласно третьему закону механики. Применим и второй ее закон для получения той же реактивно-импульсной подъемной силы:

Для любого плоского горизонтального сечения окружности лопастей для стационарного их вращения и перетекания воздуха сверху вниз имеем: секундный массовый проход воздуха через это сечение. И в тоже время скорость воздуха через это сечение стационарно: Итак, для стационарного вращения лопастей вертолетная подъемная сила равна: .

Таким образом, самым важным узлом в системе создания подъемной силы является прямоугольный бокс небольшой высоты с крыльями типа жалюзийных самолетных плоскостей, расположенными по всему периметру бокса. Они все ограниченно поворотные синхронно. Боксы размещаются на крыше и днище автоплана и никак не выступают за его габариты.

Опишем механизм создания жалюзийным боксом своей немалой долей подъемной силы. При вращении, периферийные вертикальные лопасти крыльчатки засасывают вовнутрь крыльчатки периферийный воздух. Этот воздух со всех четырех сторон бокса проходит, омывая все его жалюзийные плоскости крыльев, имеющие угол атаки. И тем самым на всех плоскостях создается самолетная подъемная сила: как крылья самолета поднимают его, также эти плоскости суммарно поднимают автоплан. Вернее участвуют в подъеме автоплана.

Крыльчатка (2) выполнена как жесткая цельнометаллическая конструкция. Она является литьем или штамповкой из алюминиевого сплава, прочного пластика или иного конструкционного материала. Она целиком как одно единое насаживается на вертикальный приводной вал от двигателя через дифференциал и приводится во вращение с их помощи. Кроме верхних и нижних лопастей крыльчатка также имеет периферийный ряд вертикальных лопастей, которые работают по принципу центробежного компрессора или насоса, но с обратным профилем лопастей и предназначенный для забора в систему создания подъемной силы как можно большего бокового воздуха. Чем больше секундный проход воздуха через систему, тем меньше скорости и энергии он требует для создания расчетно необходимой подъемной силы.

Верхние лопасти крыльчаток имеют расчетный постоянный угол атаки . Все нижние лопасти имеют расчетный постоянный угол атаки . Все периферийные лопасти имеют расчетный постоянный угол атаки . Расчетным режимом автоплана следует считать его крейсерскую скорость на определенной высоте и массе автоплана.

Перейдем к конструкционному описанию самолетной составляющей подъемной силы нашего автоплана.

Все четыре стенки верхнего бокса 15 равнобочного параллелепипеда, внутри которого вращаются описанные вертолетные лопасти, являются сквозными и выполнены с поворотно-жалюзийными элементами. Эти жалюзийные плоскости имеют профиль самолетного крыла. И при поворотной установке их под определенным углом атаки к потоку воздуха, засасываемого вовнутрь бокса, они создают крыльевую самолетную подъемную силу. На каждой стороне жалюзийного бокса ряд этих синхронно-поворотных плоскостей может быть один, два или три. Общее количество плоскостей в на фиг. 1 равно 24. Возникает естественный вопрос: на эти жалюзийные подъемные плоскости воздух дует из бокса наружу или снаружи вовнутрь? Казалось бы ответ предельно ясен: конечно изнутри наружу. Ибо именно сверху вовнутрь бокса вертолетные лопасти нагнетают воздух, который в свою очередь из-за повышенного давления и скорости устремляется из ящика в наружу, омывая жалюзийные плоскости и создавая на них подъемную силу. Но это не так – а ровным счетом наоборот. Потому что описанным образом нам заведомо не удастся добрать необходимую подъемную силу для автоплана. Для этого есть две причины. Первая: для того чтобы направить воздух из бокса в боковые его грани - жалюзи необходимо часть поступающего сверху воздуха пропустить через эти поверхности. Этот поворот воздуха на 90 градусов сопряжен динамическим давлением наверх лопастей, что создает отрицательную подъемную силу тем самым уменьшая положительную вертолетную подъемную силу. Вторая: воздух бокового пространства бокса остается не задействованным для создания как самолетной, так и вертолетной подъемных сил.

Поэтому как раз наоборот жалюзи - плоскости должны создавать самолетную подъемную силу благодаря поступлению через них бокового воздуха, снаружи вовнутрь бокса. Но проблема – но как же добиться этого, ведь боковой воздух с атмосферным давлением не пойдет вовнутрь бокса, куда нагнетается воздух сверху вниз под давлением большим, чем атмосферное? Напротив, внутренний воздух через жалюзи устремится наружу. Как быть? Значит, необходимо внутри бокса хотя бы по его внутреннему периметру создавать давление меньшее, чем атмосферное снаружи бокса. Тогда наружный воздух устремится вовнутрь, омывая жалюзи-крылья, создавая на них подъемную силу.

Этого течения воздуха вовнутрь можно добиться установкой на концах вертолетных лопастей не больших прямоугольных плоскостей – лопаток, направленных перпендикулярно вниз, имеющих постоянный угол атаки и работающих на забор снаружи окружности вращения вовнутрь периферийного бокового воздуха. Здесь работает принцип центробежного насоса или компрессора наоборот. Если в них жидкость или газ поступает в центр вращения ротора и рядом профилированных лопаток центробежными силами отбрасывается на периферию в патрубок выхода с большим давлением, чем при входе. То в нашем случае из-за обратного потока воздуха он забирается с периферии и загоняется вовнутрь круга вращения, создавая там повышенное давление. Но надо иметь ввиду и уяснить то, что здесь мы имеем дело с двумя противоположными как бы взаимоисключающими явлениями, действующими одновременно. С одной стороны вертолетные лопасти нагнетая воздух сверху вниз одновременно увлекают за собой воздух по кругу вращения и отбрасывают его на периферию создавая там повышенное давление и понижая давление в центральной части вращения. Это происходит из-за вязкости воздуха и его налипания на вертолетные плоскости. Если воздух был бы идеально невязким, то при его прохождении сверху вниз, не обретал бы вращательного увлеченного движения с последующим его отбрасыванием по касательной на периферию подобно воде и жидкой грязи с колес велосипеда и авто.

С другой стороны вертикальные лопатки на концах вертолетных лопастей наоборот загребают снаружи и нагнетают центр круга воздух создавая в центре повышенное давление. И с первого и второго явления следует вопрос, который из них доминирует – то ли центробежный отброс воздуха из центра в периферию, то ли центростремительное его нагнетание из периферии в центр. Можно установить, что при определенном угле атаки концевых лопаток и их скорости вращения, силой нагнетающие воздух снаружи вовнутрь преодолеют силой касательного отбрасывания воздуха изнутри наружу и два потока противоположных устремлений воздуха встретятся внутри окружности вращения создавая там область вдвойне повышенного давления, чем, если бы оно создавалось лишь вертолетными лопастями или только периферийными концевыми лопатками. Это достижимо и необходимо для реализации нашего принципа крохоборного добора всевозможных подъемных сил.

Нижняя крыльчатка (4) в принципе ни чем не отличатся от верхней крыльчатки (2). Но в ней угол атаки вертолетных лопастей следует сделать меньшим, чем наверху или сделать вообще нулевым. Потому что не желательно и дальше разгонять вниз уже разогнанный воздух. Ибо по теории догоняющего действия, дополнительный разгон уже разогнанного воздуха требует гораздо больших энергетических затрат чем разгон воздуха с начальной малой или нулевой скорости. Разумнее было бы с точки зрения дополнительной подъемной силы эту энергию направить на верхнюю крыльчатку. При той же энергозатрате и мощности двигателя верхняя крыльчатка даст больший прирост подъемной силы, конечно же, при условии увеличения при этом расхода воздуха через нее. Если у верхней крыльчатки три функции: 1) создание самолетной подъемной силы; 2) создание вертолетной подъемной силы; 3) обеспечение большого расхода воздуха, то у нижней крыльчатки главным образом две функции: 1) и 2) из перечисленных. Поэтому следовало бы нижнюю крыльчатку и нижние самолетные плоскости сделать более производительными.

Перейдем к ракетной составляющей подъемной силы. Хотя она и призрачна, но и ее нужно иметь ввиду. Итак, в нижней части нижнего бокса мы имеем поток воздуха повышенной плотности, давления и скорости устремленный вниз и создающий суммарную вертолетную подъемную силу верхней и нижней вертушек. Но имеется способ еще более ускорить этот поток, ибо согласно – подъемная сила пропорциональна скорости воздуха, отбрасываемого вниз автоплана. Для добора скорости воздуха его следует пропустить и отбросить вниз не просто так, а через профиль сопла Лаваля (6) с критическим сечением подобно газам в ракетном двигателе. Это легко сделать конструкционно, но, сколько процентов прироста подъемной силы даст это мероприятие это уже другое дело, и вопрос является открытым.

Покажем, что увеличением расхода воздуха в подъемном аппарате автоплана можно добиться, по идее, какой угодно экономии энергии топлива. Подъемная сила: Затраченная энергия:

В полученной формуле очевидны два факта. Факт 1: чем больше секундный прогон воздуха , тем меньше требуется мощности двигателя для достижения той же подъемной силы F=const. Факт 2: энергия - мощность, затрачиваемая на создание подъемной силы пропорциональна квадрату подъемной силы. Вот еще почему автоплан должен быть предельно легким, сэкономленным на каждом грамме своей конструкции.

Поэтому возможен еще более экономичный и легче достижимый подъемный аппарат (модификация 2) (см. фиг. 2), когда не только на крыше и днище, но и на всю высоту автоплана осуществляется верхний и боковой цилиндрический или усеченно-конический забор окружающего воздуха вовнутрь подъемной системы. При этом отсек пилота и двигателя располагается отдельно спереди и сзади системы создания подъемной силы.

В этой модификации в пространстве прежнего сопла Лаваля (5) (модификация 1) располагаются еще хотя бы две высокие дополнительные крыльчатки, работающие, главным образом, на забор вовнутрь как можно большего бокового воздуха через дополнительные каскады самолетных плоскостей. По периферии этих крыльчаток можно и нужно разместить гораздо больше, чем три яруса самолетных плоскостей. В этой модификации 2 почти весь воздух окружающего пространства вокруг автоплана задействован на создание подъемной силы. До сих пор еще не один летательный аппарат не относился к окружающему воздуху столь крохоборно. Это очень выгодно и модификация 2 очень перспективна, ибо, подумать только подъемная сила F прямо пропорциональна секундному забору воздуха, а мощность двигателя, т.е. затрата энергии обратно пропорциональна этой величине. Лучше не придумаешь и грех этим не воспользоваться.

Чем больше секундный прогон воздуха, тем меньше требуется энергии и мощности двигателя для достижения необходимой подъемной силы. Вот почему самолеты имеют большой размах крыльев, а вертолеты большой размах лопастей. В создаваемом автоплане это достигается не за счет размаха подъемных плоскостей, а за счет всевозможного забора окружающей массы воздуха и всевозможного его применения для создания подъемной силы. Крохоборно надо добирать всевозможные подъемные силы, которые реализуемы по пути прохождения воздуха через автоплан. Как летающие существа природного происхождения, так и рукотворные летательные аппараты имеют крылья – размашистые плоскости для опоры на как можно большей массы воздуха. Крупногабаритные плоскости это одно из необходимых условий для создания достаточной подъемной силы. В пределах габаритов обыкновенных авто еще не удавалось создать достаточную подъемную силу. Нам предстоит решить проблему, не разрешенную ни природой, ни людьми. Ракеты не в счёт, этот летательный объект, не имеющий отношения к воздуху. Ракета – конструкция не воздухоплавательная. По нашей концепции автоплан должен быть похож на автомобиль и быть автомобилем одновременно. Он не должен походить ни на один из ныне существующих летающих объектов – ни живых, ни созданных человеком. Он не должен напоминать ни жуков, ни пернатых, ни самолет, ни вертолет, ни ракету…

Все плоскости боксов имеют еще одну важную функцию. При вращении крыльчатки (2) в воздухе над землей она увлекает в свою сторону вращения и весь автоплан. Это надо предотвратить. С этой целью вертолеты снабжаются хвостовым винтом, создающим своим вращением крутящий момент, предотвращающий кручение всего вертолета в направлении вращения его лопастей. Или же вертолет имеет два винта с противоположными направлениями вращения, что обеспечивает его устойчивость вокруг вертикальной оси. И в нашем автоплане верхние и нижние крыльчатки вращаются в разные стороны достигая того же эффекта. С помощью плоскостей этот эффект достигается следующим образом все плоскости разделены пополам и каждая половина имеет свой регулируемый угол атаки, а значит каждая половина имеет не только свою подъемную силу, но и свою силу сопротивления поступающему воздуху, что создает крутящий момент в ту или иную сторону. Эти моменты силы в сумме противостоят моменту силы от крыльчатки и предотвращают не регулируемые вращения автоплана. Например, если крыльчатка вращается по часовой стрелке, то углы атаки правых половин жалюзийных плоскостей должны быть не намного больше углов атаки их левых половин. Это эффект разных углов атаки применяется также для управления и маневрирования автопланом в воздухе.

Движение автоплана вперед и назад достигается или наклоном оси и плоскости вращения крыльчатки вперед или назад, как у вертолета только вперед. Или же созданием у задних плоскостей бокса больших углов атаки, чем у передних. Возможны и иные варьирования в целях управления автопланом.

На первых образцах создаваемого автоплана следует устанавливать четыре велосипедных колеса. Каждая из них способна нести нагрузку в 50 кг и больше. Наш одноместный автоплан вместе с пилотом должен быть в пределах 200 кг. Корпус выполнен из однослойного тонкого, прочного и легкого пластика.

Проведем еще один немало важный оценочный расчет. Секундный выброс энергии отбрасываемого вниз воздуха равен:

Как видно выброс энергии пропорционален третьей степени от скорости исходящего потока воздуха. Это ужасающая степень потери!

Вычислим мощность потери: . Значит: . Для постоянной необходимой подъемной силы – а она всегда постоянна для конкретного автоплана, скажем, 200 кГ в нашем случае – потери энергии минимальны при максимальной площади S истечения воздуха. Но по нашей концепции габариты системы создания подъемной силы должны находится в пределах габаритов авто. Значит диаметр истечения – оценочная ширина автоплана. При усечено-конической конструкции полости крыльчаток (модификация 2) верхний диаметр верхней крыльчатки должен быть в пределах 1 м. При этом очевидно вертикальный ряд боксов с самолетными плоскостями имеют форму усеченной пирамиды.

Необходимо отметить, что все наши оценочные расчеты делались только и только для оценки вертолетной составляющей подъемной силы. Самолетные составляющие требуют иного расчета. Эти расчеты находятся в полном согласии с предыдущим расчетом. Разница лишь в том, что если в первом расчете мы подъемную силу F и необходимую мощность двигателя N оценивали через секундный прогон воздуха , то во втором расчете те же величины оценили через площадь выходного сечения S, скорость истечения V и плотность истекающего воздуха ρ. Но и там и здесь расчеты опираются на одни и те же простые законы – формулы, и поэтому разноречия в них не должно быть в принципе.

Заметим, что плотность воздуха ρ внутри крыльчаток хоть и не намного, но больше плотности окружающего воздуха ρ ₀, но для расчетов в нулевом приближении можно полагать ρ =ρ ₀.

Заметим также, что окружающий воздух через самолетные плоскости с углами атаки засасывается вовнутрь более трудно, чем, если бы этих плоскостей не было бы. Это говорит о том, что и на создание самолетной составляющей подъемной силы требуются дополнительные усилия и мощность двигателя. Иначе и быть не может. С двигателями нового поколения мощности найдутся – лишь бы было, где подбирать подъемные силы.

И здесь очень кстати заметим, что при усечено-конической конструкции системы забора воздуха прежде вертикальные периферийные крыльчатки уже имеют небольшой наклон вовнутрь системы, и уже не нулевые вертикальные составляющие векторов сил забираемого ими воздуха также участвуют и вносят свою лепту в сумму подъемных сил. Это также в духе нашей концепции крохоборства. Подбирать так уж подбирать. И пусть отработанный газ из двигателя выхлопом подается в верхние задние самолетные плоскости. Этот газ хоть и мало, но увеличит подъемную силу – он тяжелый и теплый газ и, расширяясь, увеличит скорость истечения воздуха вниз.

Из последней полученной формулы видно, что требуемая мощность двигателя пропорциональна F в степени 3/2 без учета изменения плотности воздуха. Это сильная хотя меньше чем квадратная зависимость. Она вновь диктует необходимую минимизацию массой – веса автоплана.

Таким образом, в виде кинетической энергии реактивного воздуха уносится – мощность двигателя. Отсюда очевидно, что увеличивать V невыгодно энергетически. Но в тоже время подъемная сила равна . То есть энергетически выгодно за счет увеличения не V, а за счет увеличения секундного забора воздуха и его плотности достигать подъемную силу.

По идее, отталкиваясь и от пригоршни воздуха можно создать какую угодно большую подъемную силу. Но на это потребуется столь же огромные мощности двигателя, за считанные секунды, опустошающие топливный бак. Для нас это не годится. Нам надо на вполне вменяемом двигателе и расходе топлива автоплан нести в воздухе. Установив разумный потолок скорости истекающего вниз воздуха за счет всемерного увеличения секундного забора воздуха достичь необходимой подъемной силы - вот проблема из проблем.

1) Создание разности углов атаки самолетных плоскостей спереди и сзади позволяет автоплану двигаться вперед или назад.

2) Создание разности углов атаки левой и правой половин передних и задних плоскостей позволяет поворот автоплана налево и направо.

3) Создание разности углов атаки плоскостей левой и правой частей бокса позволяет движение автоплана в левый или в правый бок.

4) Создание разности углов атаки самолетных плоскостей нижней и верхней частей бокса позволяет поворот автоплана вокруг горизонтальной поперечной оси, когда нос автоплана задирается вниз или вверх.

Следует отметить одно неприятное обстоятельство. Как видно сверху на автоплан Фиг. 3 самолетные плоскости в сечении С-С имеют минимальную ширину, а в сечении Д-Д максимальную точку. В минимальном сечении из-за минимального сопротивления воздуху, воздух устремляется вовнутрь крыльчаток с гораздо большей интенсивностью, чем в диагональных сечениях бокса. И вследствии этого у коротких кромок большая возможность реализации самолетной подъемной силы, но они не могут этого сделать из-за своих малых ширин и площадей. И, наоборот, у длинных кромок ограниченные возможности создания подъемной силы из-за малой интенсивности через них воздуха, хотя по своей большой ширине и площади они могли бы создавать гораздо большую подъемную силу.

Этот дисбаланс возможностей и способностей разных кромок одних и тех же плоскостей можно попытаться частично разрешить, сделав плоскости закрученными вокруг поперечной оси кромок, придав больший угол атаки коротким концам и малый угол атаки длинным концам плоскостей. Тогда сопротивление воздуха и подъемная сила коротких кромок увеличатся, а длинных уменьшаться и произойдет более полезное перераспределение по окружности поступающего с наружи воздуха.

У конической системы забора воздуха перед цилиндрической системой имеется существенный недостаток. Верхняя крыльчатка (2), на которую мы возлагаем основные надежды создания суммарной подъемной силы, имеет минимальные диаметры и площадь для забора воздуха с верхней полусферы пространства. Это не разумно. Пространство, занимаемое авто позволяет сделать их такими же допустимо максимальными как и у нижней крыльчатки. Значит это надо сделать именно так, т.е. всю систему забора воздуха надо сделать цилиндрической. Или хотя бы верхнюю крыльчатку надо сделать с максимальным диаметром нижней крыльчатки. Это также согласуется правилом максимального полезного использования всего пространства, занимаемого летательным аппаратом.

Для придания большей жесткости жалюзийным плоскостям и исключения их прогиба от скоростного напора воздуха, создающего подъемную силу через середину всех плоскостей, проходит жесткий вертикальный стержень – профиль, имеющий шарнирное соединение с плоскостями, позволяющие менять их угол атаки. Снизу и сверху эти стержни жестко соединены с каркасом бокса.

В данном схематичном чертеже из-за детализации дифференциала он получился несоразмерно большим. В реальной же конструкции он будет аккуратно небольшим в пределах литровой стеклянной банки.

При падении оборотов вертушек до недопустимой низкой величины, когда автоплан уже находится на грани падения подобно камню, автоматически или вручную срабатывает пиропатрон моментального выброса аварийного парашюта заправленного в верхнюю цилиндрическую полость верхней полуоси верхней крыльчатки. И происходит моментальный выброс аварийного парашюта и автоплан приземляется или приводняется на нем.

Подъемные силы вертушек вычисляются по методике расчета винтов самолета, вертолетов, компрессоров, согласно теории лопаточных машин. Они уточняются и согласуются на испытательном стенде на реальных опытных конструкциях – образцах.

Имеем еще одну проблему - это запуск двигателя. На данном этапе создания автоплана о его перегрузке массивными свинцовым аккумулятором и стартером, как в авто, не может быть и речи, если не хотим без лета остаться на земле. Видимо запуск надо производить с помощью велосипедных педалей заводящими суровую стальную спиральную пружину как в будильниках. Передача этого усилия через пару зубчатых колес позволяет усилить пружины до нужной величины для начальной пусковой прокрутки двигателя. Для облегчения запуска двигателя на время запуска можно открыть специальный клапан для стравливания компрессии части топливно-воздушной смеси из рабочей камеры сгорания. При запуске нам не нужны максимальные компрессии величиной в 15-20 атм., а достаточно одной или даже половины атм.

Контрольно-измерительная система автоплана должна быть выполнена на основе совершенно новой идеи, качественно отличной отныне существующих систем. Принцип этой идеи: много датчиков - один компьютер. Причем компьютер стандартный, бытовой, легкий класса нетбук или планшет. Специально разработанные датчики и установленные в местах замера и контроля двигателя, систем и отдельных узлов автоплана, измеряемые величины скажем скорость, высота полета, обороты, температура, КПД двигателя; уровень топлива и масла; данные генератора; запуск, и останов и т.д. преобразуется в электрические сигналы и по тонким проводникам через общий электроразъем передаются в компьютер. Бытовой планшет переключается пилотом или автоматически на специально разработанную программу «автоплан» или «авто» и выводит все множество необходимых параметров и рисунков на дисплей планшета. Планшет удобно закреплен перед пилотом, и многие данные контролируются и даже регулируются автоматически без участия пилота.

Поныне существующей в автомире и авиомире контрольно- измерительная система является отсталой и порочной по экономическим, техническим, эксплуатируемым и иным характеристикам. Данную предлагаемую систему надо внедрять всюду, а не только в автоплане. Изложенные идеи являются неотъемлемой и в тоже время самоценной и самодостаточной составной частью общей формулой всего данного изобретения и данного патента и защищена им.

Отсеки двигателя и пилота выполнены раздельно из тонкого пластика герметично натянутого на каркас из тонкостенного Т-образного алюминиевого профиля.

Коль скоро уносимая энергия пропорциональна кубу скорости истекающего воздуха, то надо стремиться к ее гашению на самолетных плоскостях, заставив воздух по максимуму отработать свою кинетическую энергию на создание самолетной подъемной силы. Таким образом, проблема максимизации подъемной силы с минимизацией энергозатрат при ограниченных размерах системы создания подъемной силы сводится к взаимоисключающей дилемме: мы с одной стороны стремимся к увеличению , не увеличив V, но с другой стороны само увеличение секундного расхода сводится к увеличению скорости V.

Поэтому прежняя общая стратегия создания подъемной силы нуждается в коррективе. Ограничив верхний забор и всемерно увеличив боковой забор, надо на самолетных плоскостях получить гораздо большую подъемную силу, чем полагалось раньше. За счет уменьшения общего секундного забора и уменьшения скорости его истечения и снижения вертолетной доли подъемной силы, удастся снизить необходимую мощность двигателя и уровень энерговыброса именно согласно кубической зависимости от скорости:

К тому же и меньше ρ. Для снижения уровня верхнего забора здесь снова становится актуальной усеченно-коническая параллелепипедном боксе конструкция системы создания подъемной силы. Ибо диаметр и площадь верхнего забора при этом как раз меньше, чем при цилиндрическом.

Таким образом, повторяю раннее проповедуемая стратегия максимального забора воздуха, выгодное с точки зрения создания вертолетной подъемной силы является зловредной в кубе с точки зрения энергосбережения: Поэтому надо стремится к оптимальному забору воздуха с максимальной площадью его истечения – но при этом заставить этот воздух создавать максимальную подъемную силу на самолетных жалюзийных плоскостях. И уже при этой стратегии не вертолетная, а самолетная подъемная сила становится решающей. К тому же с появлением скорости автоплана в воздухе из-за набегающего воздуха подъемная сила части передних плоскостей увеличится. Более того, следуя развиваемой логике забор верхнего воздуха можно попробовать вообще обнулить. Это согласуется сразу с тремя доводами в пользу оптимального создания общей подъемной силы.

1) Весь уже только боковой забираемый воздух совершает двойную работу по созданию подъемных сил – как самолетной на плоскостях, так и вертолетной на крыльчатках. Ибо верхний воздух не участвует в создании самолетной подъемной силы.

2) Наглухо закрытая верхняя площадь верхней крыльчатки, создает большее давление на крышку, тем самым создавая дополнительную подъемную силу и в тоже время разряженный воздух и меньшее давление перед входом воздуха через периферийные крыльчатки, в свою очередь, увеличит приток бокового воздуха через жалюзийные плоскости, тем самым увеличив самолетную подъемную силу.

3) Ограничение верхнего забора, ограничит общий забор воздуха и скорость его истечения через нижнюю площадь. Это выгодно для энергосбережения, хотя делает меньшим вертолетную подъемную силу. Но именно эту недостачу мы надеемся восполнить за счет добора и двойной работы бокового воздуха. Поэтому можно в конструкции предусмотреть съемную верхнюю крышку для предотвращения забора верхнего воздуха. Но при этом надо учесть, что небольшое количество верхнего воздуха, увлекаемого в боковины, будет ударять об крышку и создавать отрицательную подъемную силу. Так или иначе, но безумно интересно проверить, и знать что будет реально с открытым или закрытым верхом автоплана: при открытом или закрытом верхе автолан пойдет вверх быстрей и легче при одной и той же мощности двигателя? Когда подъемная сила будет больше? Как видим, не однозначная порой взаимоисключающее дилеммой сопровождают нас всю дорогу создания автоплана. Иначе и быть не может, ибо мы хотим, чтобы автоплан не только летал бы кое-как, но и летал бы долго, экономично, оптимально, безопасно и живуче.

Рассмотрим еще один важный теоретический вопрос предлагаемый системой двойной работы забираемого воздуха для создания им двойной подъемной силы – самолетной или вертолетной. Не эфемерная ли фикция надежда получить дополнительную подъемную силу за счет забора воздуха через множество самолетных плоскостей? Ведь, в конечном счете, суммарная - интегральная подъемная сила определяется только через скорость и секундный расход воздуха на выходе – на срезе сопла, как говорится: . Ответ: совершенно верно! Но с учетом того, что скорость воздуха пропущенного через плоскости с углами атаки на выходе, больше чем у воздуха просто без плоскостей забранного с боков. Покажем это. Проходя через плоскости боковой воздух, делает двойной поворот, прежде чем выйти вертикально вниз (фиг. 6). Сначала на угол α на плоскостях, затем на угол β на крыльчатках: α + β = 90°. Без плоскостей же воздух совершает только на крыльчатке один резкий поворот на 90 градусов вниз. Этот не гладкий лобовой удар частиц воздуха устремленных в центр системы повышает температуру поступившего воздуха больше, чем в первом случае более гладкого вхождения через плоскости. Имеет место тоже явление, который имеем при закачке воздухом велосипедной шины – насос нагревается, ибо нагревается закачиваемый воздух, ибо поршень насоса идет навстречу молекулам воздуха внутри насоса, и они отражаются – отскакивают от поршня с большими скоростями, а значит с большей температурой. Ибо скорость молекулы есть ее температура. Относительно нас неподвижных скорость отскока молекул равна: , где – скорость наскока молекул на поршень; - скорость поршня; – скорость отскока молекул от поршня.

Таким образом, воздух, не прошедший боковые плоскости, выходит из среза сопла с большей температурой и с меньшей направленной скоростью молекул – потока воздуха, а значит и с меньшей реактивной тягой – подъемной силой. Ибо некоторая часть мощности двигателя превратилась в увеличение внутренней энергии хаотического движения молекул – в температуру воздуха – но не в скорость направленного движения молекул – потока воздуха, создающих подъемную силу. В случаи же прохождения воздуха через плоскости с углом атаки все имеем ровным счетом наоборот: большую скорость, но меньшую температуру исходящего потока и большую подъемную силу при той же мощности двигателя.

По теории воздушно-реактивных двигателей (ВРД), каковым в какой-то степени является наша система создания подъемной тяги в виде вертикальных боксов, реактивная тяга создается как входящим, так и выходящим воздухами и общая тяга равна их сумме. Здесь же на основе простых физических формул мы оперировали примерно только половиной реальных подъемных тяг, равных Это следует учесть в последующих реализационных расчетах более сложных и точных, чем в приведенных здесь выше концептуально-оценочных расчетах.

Между соседними вращающимися лопастями следует размещать неподвижные цельновыполненные веером решетки спрямляющих поток лопастей желательно с таким расчетом, чтобы на них также создавались бы ещё проценты подъемных сил. Между тремя ступенями наверху их будет две и между тремя ступенями внизу-также две. Всего четыре.

1. Автоплан, содержащий корпус, двигатель, устройство управления и ходовую часть, в котором в верхней и нижней частях корпуса расположены верхний и нижний боксы, внутри которых размещены винтовые крыльчатки с взаимно противоположным вращением, а по периметру боксов установлены по меньшей мере один ряд крыльев с регулируемым углом атаки, верхний бокс и нижний бокс соединены между собой соплом Лаваля.

2. Автоплан по п. 1, в котором винтовые крыльчатки являются трех-, четырех- или пятилопастными.

3. Автоплан по п. 1, в котором дополнительно установлен парашют.

4. Автоплан, содержащий корпус, двигатель, устройство управления и ходовую часть, в котором корпус содержит бокс, внутри бокса расположены как минимум три крыльчатки, при этом нижняя крыльчатка вращается в противоположную сторону от других, а по периметру бокса расположены по меньшей мере три ряда крыльев с регулируемым углом атаки.