ТЕПЛОЛЕТ Российский патент 2004 года по МПК B64B1/06 

Изобретение относится к области экологически чистых транспортных средств, летающих над землей, и может использоваться в широком диапазоне в народном хозяйстве как транспортное грузопассажирское средство, многовариантная универсальная спецтехника и ветровая электростанция новой летающей формации.

Известны устройства тепловых воздухоплавательных и летательных аппаратов, состоящих из мягких и жестких оболочек и корпусов-баллонетов с двигателями и аэродинамическими движителями, а также наполняемые газами с удельным весом легче воздуха [1-3].

Недостатками известных устройств воздухоплавательных аппаратов являются: отсутствие устройства самобалансировки ветродвижителя, кроме того, сферическая - полусферическая поверхность ветродвижителя, образованная ветроприемными лопастями, не имеет регулятора угла атаки ветроприемных лопастей по всему его периметру.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является техническое решение Теплолет, содержащий предназначенный для создания сплавной подъемной силы жесткий обтекаемый баллонет с внутренним проточным каналом и вертикальной шахтой с воздуховодом, ветросиловую энергетическую систему, включающую электрогенератор и ветродвижитель, который состоит из верхних ветроприемных и нижних воздухонагнетающих лопаток, закрепленных на валу электрогенератора, установленного в нижней части вертикальной шахты баллонета, электронагревательные элементы для подогрева нагнетаемого в баллонет воздуха, маршевый электродвигатель с многолопастным винтом, размещенный во внутреннем проточном канале баллонета, верхние и нижние лючки для регулирования высоты полета, передние и задние тормозные створки, закрепленные шарнирно с правого и левого бортов на входе и выходе тормозных воздуховодов, вмонтированных параллельно бортовой стенке баллонета.

Недостатками наиболее близкого технического решения является наличие вибраций за счет отсутствия возможности самобалансировки ветродвижителя, а при его огромных размерах это недопустимо, кроме этого, сам ветродвижитель не имеет регулятора угла атаки ветроприемных лопаток, что не обеспечивает должной эффективности использования энергии ветра при разных его скоростях.

Задачей предлагаемого технического решения является предотвращение вибраций от дисбаланса ветродвижителя, а также увеличение эффективности приема энергии ветра ветродвижителем теплолета при любых его скоростях.

Требуемый технический результат достигается тем, что теплолет, содержащий предназначенный для создания сплавной подъемной силы жесткий обтекаемый баллонет с внутренним проточным каналом и вертикальной шахтой с воздуховодом, ветросиловую энергетическую систему, включающую электрогенератор и ветродвижитель, который состоит из верхних ветроприемных и нижних воздухонагнетающих лопаток, закрепленных на валу электрогенератора, установленного в нижней части вертикальной шахты баллонета, электронагревательные элементы для подогрева нагнетаемого в баллонет воздуха, маршевый электродвигатель с многолопастным винтом, размещенный во внутреннем проточном канале баллонета, верхние и нижние лючки для регулирования высоты полета, передние и задние тормозные створки, закрепленные шарнирно с правого и левого бортов на входе и выходе тормозных воздуховодов, вмонтированных параллельно бортовой стенке баллонета, не нарушая его обтекаемости, до тормозных створок, он снабжен устройством самобалансировки сферического-полусферического ветродвижителя, расположенным в средней его части, выполненным в форме горизонтального пустотелого кольца плоского относительно диаметра, внутренняя плоскость которого частично наполнена незастывающей жидкостью, например ртутью, спиртом, который при вращении само балансирует центробежными силами внутри полости кольца по периметру места дисбалансов, при этом ветродвижитель снабжен центробежным регулятором угла атаки ветроприемных лопаток, нижние концы которых в передней части соединены шарнирными тягами, в средней части которых шарнирно с наружной стороны диаметра их вращения закреплены подвижно центробежные грузики - регуляторы.

На фиг.1, вид сбоку по левому борту, по ходу движения вперед, схематично изображен теплолет с полусферическим ветродвижителем, на фиг.2, вид сверху - с вырезками напротив маршевого электродвигателя в воздуховоде и горизонтального пустотелого кольца, наполовину наполненного, например, ртутью или спиртом.

Теплолет, в варианте летно-воздухоплавательного аппарата (фиг.1 и 2), содержит жесткий, плоской формы, относительно шара, несущей конструкции баллонет 1 с вертикальной шахтой 2 в центре баллонета 1 с воздуховодами подогрева 3 приточного воздуха, электронагревателями 4 от электрогенератора 5, приводимого в действие ветродвижителем 6, на вертикальном валу 7, в центре вертикальной шахты 2, ветродвижитель 6 состоит из верхних ветроприемных лопаток 8 специальной конфигурации, образующих полусферу, как показано на фиг.1, и нижних нагнетающих лопаток 9, он выполняет двойную функцию, ветроприемные лопатки 8 вращают ветродвижитель 6, а нагнетающие лопатки 9 нагнетают воздух в баллонет 1, нагревая его через электронагреватели 4 в воздуховодах подогрева 3, создавая тепловым эффектом баллонета сплавную-подъемную силу, а через открытые нижние дренажные люки 10, расположенные по всему периметру баллонета 1, отталкивающую подъемную силу, что содействует подъему аппарата и управлению скоростью подъема теплолета. Баллонет 1 имеет продольную шахту - воздуховод 11, в передней части которой установлен маршевый электродвигатель 12 с аэродинамическим движителем - многолопастным винтом 13, а в задней части воздуховода - шахты 11 установлена управляемая аэродинамическая плоскость 14 для пилотирования теплолета. Для управления высотой полета и посадкой имеются управляемые верхние дренажные люки 15, расположенные по всему периметру баллонета, при их открытии происходит регулирование высоты полета путем продувки через нижние дренажные люки 10 в верхние дренажные люки 15. Теплолет имеет пассажирский салон 16 с грузовым отсеком 17 для устойчивости, они расположены ниже центра осей симметрии. Для оптимального использования силы движения воздушных потоков в полете и предотвращения срыва воздушных потоков с ветродвижителя 6 на корпусе баллонета 1 установлены управляемые тормозные створки - передняя 18, задняя 19 - правого борта тормозного воздуховода 20 и тормозная створка передняя 21, задняя 22 левого тормозного воздуховода 23. Под пассажирским салоном 16 и грузовым отсеком 17 установлены посадочные амортизирующие опоры 24 с автоматическими фиксаторами 25 для стояночной фиксации. Для увеличения энерговооруженности и степени надежности полета теплолет имеет на поверхности баллонета солнечные батареи 26, систему пусковых конденсаторов 27 и аккумуляторов 28.

Для увеличения эффективности приема и предотвращения срыва ветровых воздушных потоков ветродвижитель 6 имеет центробежный регулятор угла атаки 29 верхних ветроприемных лопаток 8, закрепленный на вертикальном валу 7 втулкой-держателем 30 с шарнирно подвижными тягами 31, грузиками 32, в средней части шарниров 33, соединенных шарнирно с подвижной втулкой 34 тягами управления 35 с тягами подачи 36 привода установки оптимального, относительно силы ветрового потока, угла атаки, каждой верхней ветроприемной лопасти 8 в передний их угол по всему периметру нижней части ветродвижителя 6.

Сферический ветродвижитель 6 имеет устройство самобалансировки, выполненное в виде горизонтального плоского пустотелого кольца 37 (см. фиг.2), плоской формы относительно диаметра, внутренняя полость которого частично наполнена незастывающей жидкостью 38 (ртуть, спирт и т.п.), которая при вращении распределяется внутри полости кольца центробежными силами, балансирует по весу места дисбалансов жидкостью 38, ликвидирует вибрацию как результат монтажных погрешностей, эксплуатационных износов и т.п. явлений, влияющих на балансировку ветродвижителя 6.

Теплолет работает следующим образом.

Взлет вертикальный - подъем.

На стоянке теплолет зафиксирован через посадочные амортизирующие опоры 24 автоматическими фиксаторами 25, ветродвижитель 6 расторможен, вращается ветром от воздействия на полусферическую поверхность, образованную ветроприемными лопатками на вертикальном валу 7 привода электрогенератора 5, вырабатывает электроэнергию для электронагревателей 4, а в это время нагнетающие лопатки 9 подают воздух в баллонет 1 через вертикальную шахту 2 по воздуховодам подогрева 3 через электронагреватели 4, под давлением вытесняя отработанный теплый воздух через открытые нижние дренажные люки 10, расположенные по всему периметру баллонета, чем создали отталкивающую подъемную силу, при этом прогретый баллонет 1 обрел сплавно-подъемную силу, сработали управляемые автоматические фиксаторы 25, теплолет свободен. Под действием 2-х подъемных сил сплавной и отталкивающей, теплолет поднялся на необходимую высоту, регулируемую приоткрытием верхних дренажных люков 15. От электрогенератора 5 и аккумуляторов 28 с помощью пусковых конденсаторов 27 включен маршевый электродвигатель 12, вращая аэродинамический движитель - многолопастный винт 13, расположенный в передней части продольной шахты воздуховода 11, этим создана тяга - движение воздуха через продольную шахту воздуховода 11, на выходе воздушной шахты 11 аэродинамическая плоскость 14 управляет выходящим воздушным потоком пилотируемого теплолета.

Теплолет летит в заданном направлении.

Для полного использования энергии ветра в полете, например против ветра, передние тормозные створки 18 и 21 тормозных воздуховодов 20 и 23 открыты навстречу ветру, а задние тормозные створки 19 и 22 приоткрыты на столько, чтобы создавать торможение полету противопотоком воздуха из тормозных воздуховодов 20 и 23, таким образом увеличивая скорость вращения ветродвижителя 6, предотвратили срыв воздушных потоков в полете с ветро-приемных лопаток 8. Стабильность напряжения в аккумуляторах 28 поддерживается электрогенератором 5 от ветродвижителя 6. В штилевых случаях питание электросистем происходит от солнечных батарей 26.

Посадка - вертикальное приземление. Перед приземлением теплолета выключили электронагреватели 3, выполнили зависание над предполагаемой или подготовленной стояночной площадкой. Для этого открыли передние тормозные створки 18, 21 и задние тормозные створки 19, 22 бортовых воздуховодов 20, 23, включили задний ход электродвигателем 12, винтами 13. Коротко - до полной остановки - тормознули задним ходом. Теплолет завис - прекратил движение, в этот момент открыли верхние дренажные люки 15 и нижние дренажные люки 10, создали продувку баллонета 1, избавились от теплого воздуха и сплавного эффекта. Теплолет, парашютируя, пошел вниз.

Уменьшили скорость снижения прикрытием верхних дренажных люков 15, нижние дренажные люки 10 полностью открыты, происходит медленное парашютирование - посадка. Теплолет коснулся амортизирующими опорами 24 посадочной площадки.

Теплолет автоматически зафиксировался фиксаторами 25.

Полет закончен, но ветродвижитель 6 не поставлен на тормоз и вращается ветром, в этом случае теплолет продолжает работать, сохраняя прогретое состояние баллонета 1 в дежурном - щадящем - режиме минимального расхода электроэнергии. Теплолет работает в варианте ветровой электростанции, выдает электроэнергию потребителям для теплоснабжения, освещения, средств механизации, в пределах мощности электрогенератора ветровой установки теплолета следующим образом. Теплолет зафиксирован. Ветродвижитель 6 расторможен, вращается ветром от воздействия на сферическую поверхность, образованную верхними ветроприемными лопатками 8 на вертикальном валу 7 привода электрогенератора 5, вырабатывающего электроэнергию. При этом, чем сильнее порывы ветра, тем больше скорость вращения ветродвижителя 6, от этого включается центробежный регулятор угла атаки 29 верхних ветроприемных лопаток 8 на вертикальном валу 7 втулкой держателя 30 с шарнирно-подвижными тягами 31, центробежными грузиками 32 в средней части шарниров 33, соединенных шарнирно с подвижной втулкой 34 тягами управления 35 к тягам подачи 36, увеличивая расщелины между верхними ветроприемными лопатками 8, увеличив их угол атаки относительно силы воздушных потоков ветра, по всему периметру нижней части ветродвижителя 6, максимально увеличивая скорость вращения электрогенератора 5.

Полусферическая поверхность ветродвижителя 6 в нижней части полусферы снабжена горизонтально плоским пустотелым кольцом 37, наполовину наполненным незастывающей жидкостью 38 (например, ртутью), которая при вращении ротора распределилась в центре полости пустотелого кольца, компенсировав по весу места дисбалансов, обеспечив спокойное вращение ветродвижителя 6 без вибраций.

Использование теплолета с усовершенствованной ветроэнергетической установкой в предлагаемом варианте, превращение тепловой энергии и энергии полета в электрическую с применением выполнения вариаций поддержания полета открывает новый этап в летно-воздухоплавательной технике, исключает применение двигателей внутреннего сгорания и им подобных, использующих запасы топлив, накапливаемых на борту летательного аппарата, при этом отсутствие на борту многотонных запасов топлива позволяет на этот вес повысить полезную грузоподъемность теплолета, увеличить количество пассажиро-мест, улучшить их комфортные условия в полете. Такие нововведения положительно сказываются с явным преимуществом над современными летательными аппаратами над прототипами и аналогами на следующих факторах:

является экологически чистым транспортным средством, не дымит, не коптит, не расходует кислород, не оставляет следов на земле, не нарушает ее покров. Обладает спокойным - без вибраций и шумовых эффектов - полетом.

Имеет повышенную степень надежности, так как нет опасности окончания бортовых запасов топлива и отказа работы двигателей по их причине, по конструктивным особенностям несущего корпуса и баллонета, позволяющего парашютировать его при неисправностях, и обеспечивает мягкий аварийный контакт с поверхностью земли. Отсутствует пожаровзрывоопасность, так как на борту теплолета нет огневзрывоопасных запасов топлива, а основные элементы конструкции теплолета выполнены из легких, невоспламеняющихся и несгораемых материалов. Небольшая металлоемкость по сравнению с современными летательными аппаратами, небольшие эксплуатационные затраты, многовариантность как летательный аппарат - электростанция позволяют получить огромный экономический эффект, что приведет к резкому снижению потребления жидких топлив, и соответственно, к снижению добычи нефти и угля, количеству нефтеперерабатывающих заводов, коксохимических и химических монстров, потребляющих кислород в катастрофических для человека и природы количествах. С внедрением летательно-воздухоплавательной техники, подобной теплолету, уйдет в прошлое отслужившее свои века колесо, а с ним и все, что с этой техникой связано: дороги, мосты, гидроэлектростанции, атомные электростанции и их проблемы.

Предлагаемое устройство сферических и полусферических движителей позволяет создать мощные, в то же время компактные ветровые электростанции, так как в них нет проблем в создании устройств флюгера для разворотных устройств по приему воздушных потоков, фиксации и расфиксации головок ветродвижителей в рациональном положении приема ветра.

Сферическая поверхность предлагаемого ветродвижителя, образованная ветроприемными плоскостями, имеющими центробежный регулятор приема воздушных потоков с любой стороны сферической поверхности, создает автоматически фиксацию ветроприемных лопаток - плоскостей, устанавливая рациональный угол атаки, чем сильнее ветер, тем больше расщелина между плоскостями, тем больше эффект приема ветра сферическим ветродвижителем, тем меньше срыв воздушных потоков с ветродвижителя, тем больше КПД ветровой электростанции.

Сферическая полусферическая форма ветродвижителя по эффективности действия и компактности конструкции позволяет использовать его и в движении, при этом в полете появляются эффекты варьирования высотой с использованием авторотации. Установив такой ветродвижитель на тепловой дирижабль предлагаемой конструкции, создается возможность полета ветровой электростанции как по ветру, так и против ветра с применением солнечных батарей и накопительных систем энерговооруженности. У современных вертолетов подъем, посадка, поддерживание полета выполняются с помощью несущих лопастей, у газонаполненных и тепловых дирижаблей - за счет сплавного эффекта. Предлагаемое устройство теплолета имеет комбинированную систему управления полетом, что дает положительные эффекты в управлении и улучшает циркуляционные качества в воздухоплавании.

Сферический - полусферический ветродвижитель оснащен специальным автоматическим самобалансирующим устройством, что исключает все проблемы балансировки несущих лопастей, как у вертолета, обеспечивает теплолет спокойной - без вибраций и бесшумной - без хлопков работой, что положительно сказывается на его долговечности, работоспособности, комфортности и безопасности полетов - воздухоплаваний и фиксированной работы в приземленном состоянии в режиме ветровой электростанции. В настоящее время изготовлены и испытаны несколько небольших действующих макетов моделей теплолета с ветродвижителями в масштабе 100:1.

Предлагаемое устройство теплолета заслуживает пристального внимания для широкого внедрения в народном хозяйстве, что повлечет за собой выявление и внедрение новых, пока мало известных и плохо изученных энергетических эффектов Земли.

Источники информации

1. А.с. №1735117. В 64 В 1/62 Пикуль В.Н. Тепловой дирижабль “Сахалин”.

2. Циалковский К.Э. Дирижабли из волнистого металла. г.Калуга, 1915.

3. Лосик С.А. Оборудование дирижаблей. г.Москва, 1939 г.

4. В 64 В 1/06. Тимошин В.К. Теплолет (прототип) №3268.

Изобретение относится к летательным аппаратам легче воздуха. Теплолет содержит баллонет с внутренним проточным каналом и вертикальной шахтой с воздуховодом, ветросиловую энергетическую систему, включающую электрогенератор и ветродвижитель, который состоит из верхних ветроприемных и нижних воздухонагнетающих лопаток, закрепленных на валу электрогенератора, установленного в нижней части вертикальной шахты баллонета. Предусмотрены электронагревательные элементы для подогрева нагнетаемого в баллонет воздуха, маршевый электродвигатель с многолопастным винтом, размещенный во внутреннем проточном канале баллонета, верхние и нижние лючки для регулирования высоты полета, передние и задние тормозные створки, закрепленные шарнирно с правого и левого бортов на входе и выходе тормозных воздуховодов, вмонтированных параллельно бортовой стенке баллонета. Ветродвижитель снабжен устройством самобалансировки при вращении, выполненным в форме горизонтального пустотелого кольца, внутренняя полость которого частично наполнена незастывающей жидкостью, и центробежным регулятором угла атаки ветроприемных лопаток, нижние концы которых в передней части соединены шарнирными тягами, в средней части которых с наружной стороны закреплены подвижно грузики центробежного регулятора. Технический результат - улучшение экологии. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Теплолет, содержащий предназначенный для создания сплавной подъемной силы жесткий обтекаемый баллонет с внутренним проточным каналом и вертикальной шахтой с воздуховодом, ветросиловую энергетическую систему, включающую электрогенератор и ветродвижитель, который состоит из верхних ветроприемных и нижних воздухонагнетающих лопаток, закрепленных на валу электрогенератора, установленного в нижней части вертикальной шахты баллонета, электронагревательные элементы для подогрева нагнетаемого в баллонет воздуха, маршевый электродвигатель с многолопастным винтом, размещенный во внутреннем проточном канале баллонета, верхние и нижние лючки для регулирования высоты полета, передние и задние тормозные створки, закрепленные шарнирно с правого и левого бортов на входе и выходе тормозных воздуховодов, вмонтированных параллельно бортовой стенке баллонета, отличающийся тем, что ветродвижитель ветросиловой энергетической системы снабжен расположенным в средней части устройством самобалансировки при вращении, выполненным в форме горизонтального пустотелого кольца, внутренняя полость которого частично наполнена незастывающей жидкостью, и центробежным регулятором угла атаки ветроприемных лопаток, нижние концы которых в передней части соединены шарнирными тягами, в средней части которых с наружной стороны закреплены подвижно грузики центробежного регулятора.2. Теплолет по п.1, отличающийся тем, что в качестве незастывающей жидкости использована ртуть или спирт.