УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ СИЛЫ ТЯГИ Российский патент 1994 года по МПК F02K11/00 B60V1/14 

Изобретение относится к пневматическому устройству для создания силы тяги или подъемной силы летательного аппаратов тяжелее воздуха и наземных транспортных средств.

Известно пневматическое устройство для создания подъемной силы и тяги в транспортных средствах на воздушной подушке, состоящее из компрессора (вентилятора), привода компрессора, ресивера и из совокупности каналов, открытых в объем под днищем транспортного средства, соединенный с атмосферой. С помощью подобного устройства может создаваться как подъемная сила, так и тяга.

Основными недостатками этого пневматического устройства являются: возможность движения транспортного средства с этим устройством только в непосредственной близости от поверхности земли или воды; необходимость использования гибких штор по периметру днища, образующих вместе с днищем и поверхностью земли объем с повышенным по отношению к атмосферному давлением; большой расход воздуха и, следовательно, применение компрессоров большой мощности; сильный шум при работе устройства.

Целью изобретения является увеличение тяги и упрощение конструкции совокупности сопел и технологии их изготовления.

Это достигается тем, что площадь торцовой стенки превышает площадь сопел более чем в 3 раза, причем сопла могут быть выполнены в виде пачки пластин, разделенных отрезками калиброванной нити или проволоки, проложенными между пластинами вдоль потока воздуха, т.е. в виде щелевых каналов или в виде размещенной в коробе пластины из пористого материала.

Предлагаемое устройство для создания тяги или подъемной силы за счет использования преимущественно "пневматической" составляющей тяги и рационального подбора числа и внутренних размеров сопел позволяет уменьшить расход воздуха, а следовательно, увеличить тягу или подъемную силу на единицу производительности компрессора и на единицу мощности его привода.

Предлагаемое устройство создает достаточную тягу при скорости истечения воздушной струи, лишь незначительно превышающей скорость транспортного средства, в том числе наземного, т.е. при относительно малых расходах воздуха, производительности компрессора и мощности его привода. Предлагаемое устройство экономично и при небольших скоростях движения. Его тяга не зависит от скорости движения.

Температура воздуха в компрессоре, ресивере и системе сопел незначительно отличается от температуры атмосферного воздуха, что позволяет рассчитывать на большой ресурс пневматического устройства. Из-за относительно низкой скорости воздуха в каналах этого устройства можно ожидать, что шум при его работе не будет слишком сильным.

Средняя скорость воздуха в сопле не превышает 1/3 местной скорости звука, перепад давления по длине канала сопла не превышает 0,02 от избыточного давления в ресивере, поток воздуха в сопле является ламинарным.

При этих условиях на поверхности среза сопла вокруг его отверстия образуется тонкая область сжатого воздуха с давлением, мало отличающимся в меньшую сторону от давления р в ресивере (p > Р_атм), причем эта область по площади в 2-3 раза больше отверстия сопла (при очевидном условии, что площадь среза сопла также в 3 раза больше этого отверстия). Сила, приложенная к соплу, определяется преимущественно давлением воздуха на срез сопла, а реактивная сила при истечении струи воздуха дает относительно небольшой вклад. Избыточное давление в указанной области на срезе сопла составляет 0,04-0,05 МПа и слабо зависит от избыточного давления в ресивере. Однако увеличение давления в ресивере приводит к увеличению расхода воздуха через сопло и возрастанию реактивной силы при истечении струи. На срезе сопла образуется воздушная подушка с избыточным давлением 0,04-0,05 МПа. Совокупность сопел создает суммарную "пневматическую силу, которая определяет тягу или подъемную силу. Для ее создания по необходимой производительности компрессора и мощности его привода использование "пневматической" силы существенно экономичнее, чем использование реактивной силы. Поэтому увеличению избыточного давления в ресивере заметно выше 0,04-0,05 МПа в рассматриваемом устройстве нецелесообразно. При необходимости увеличить тягу или подъемную силу следует увеличить число сопел и площади каждого сопла. Последнее можно сделать без увеличения характерного размера сопла а, следовательно, без увеличения скорости истечения воздуха. Скорость истечения воздуха можно ограничить подбором (увеличением) длины l внутреннего канала сопла.

На фиг. 1 показано отверстие (щель) сопла плоской формы и расположение области с повышенным давлением вокруг этого отверстия при дозвуковом истечении воздуха в атмосферу; на фиг.2 - схема пневматического устройства для создания тяги или подъемной силы; на фиг.3 - конструкция совокупности сопел, выполненный в виде пачки тонких пластин; на фиг.4 представлены Т-S и P-V-диаграммы для пневматического устройства для создания тяги или подъемной силы.

Пневматическое устройство для создания тяги или подъемной силы состоит из охлаждаемого компрессора 4 с изотермическим сжатием, привода компрессора 5, осушителя воздуха 6, ресивера 7, системы сопл 8. Компрессор рассчитан на сжатие атмосферного воздуха до избыточного давления 0,04-0,05 МПа, предусмотрено водяное охлаждение компрессора, обеспечивающее почти постоянную температуру воздуха при его сжатии до указанного давления. Соединительные каналы из компрессора через осушитель воздуха в ресивер и систему сопел выполнены короткими и достаточно широкими. Срез сопла выполнен плоским и перпендикулярным воздушной струе, причем площадь среза, приходящаяся на одно сопло, превышает не менее чем в 3 раза площадь отверстия сопла.

Совокупность сопел (см.фиг.3) выполнена в виде размещенной в коробе 9 пачки пластин 10, разделенных отрезками 11 калиброванной нити или проволоки, уложенными между пластинами вдоль потока воздуха, или в виде размещенной в коробе пластины 12 из пористого материала.

Устройство работает следующим образом.

Компрессор 4 всасывает атмосферный воздух и сжимает его до абсолютного давления 0,14-0,15 МПа. Процесс сжатия 1-2 (см.фиг.4) является почти изотермическим, сопровождается передачей тепла воде, охлаждающей компрессор. После осушения сжатого воздуха в осушителе 6 он поступает в ресивер 7, а через него и систему 8 сопел - в атмосферу, где расширяется до атмосферного давления при выходе из сопел, совершает механическую работу и при этом охлаждается. Процесс 2-3 является процессом обратимого адиабатического расширения с отдачей внешней работы.

Изобретение предназначено для летательных аппаратов тяжелее воздуха и наземных транспортных средств. Устройство содержит охлаждаемый компрессор, его привод, осушитель воздуха, ресивер и совокупность открытых в атмосферу сопел. Цель изобретения: увеличение тяги или подъемной силы на единицу производительности компрессора и единицу мощности его привода, упрощение конструкции совокупности сопел и технологии ее изготовления. Это достигается тем, что площадь торцевой стенки устройства превышает площадь сопел более чем в три раза. Производительность компрессора, число и внутренние размеры сопел таковы, что скорость воздуха в сопле меньше 1/3 скорости звука, перепад давления в канале сопла не превышает 0,02 от избыточного давления в ресивере, поток является ламинарным. Обеспечивается создание силы тяги или подъемной силы на единицу производительности компрессора, мощности привода и площади поверхности, создающей подъемную силу, гораздо большую, чем у турбореактивного двигателя, крыла самолета или несущего винта вертолета. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ СИЛЫ ТЯГИ, содержащее компрессор с приводом и ресивер с соплами, выполненными в торцевой стенке устройства, отличающееся тем, что площадь торцевой стенки превышает площадь сопел более чем в три раза. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сопла выполнены в виде эквидистантных щелевых каналов. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сопла выполнены в виде каналов в пористом теле.