СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК B64C21/02 B64C29/00 

Группа изобретений относится к средствам, создающим подъемную силу, и может использоваться как в подъемных устройствах, так и в летательных аппаратах тяжелее воздуха, использующих мощность двигателя. Данный способ позволяет избежать направленного вниз воздушного потока и использовать устройство в летательных аппаратах с вертикальным взлетом и посадкой.

В настоящее время самое широкое распространение получил способ получения подъемной силы, когда поток воздуха от работающего в горизонтальной плоскости винта направляется вниз, тем самым, создавая подъемную силу летательного аппарата. На таком принципе основан полет вертолета и некоторых других типов летательных аппаратов. Также часто используется способ, при котором вниз направляется газовая струя от работающего реактивного двигателя, например ракеты. Одним из известных способов получения подъемной силы является создание избыточного давления в ограниченном объеме под самим устройством, как, например, у судна на воздушной подушке, правда, с минимальной высотой подъема над поверхностью.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ создания подъемной силы, при котором используют круглую, неподвижную горизонтальную поверхность, являющуюся несущей плоскостью. Над ней с помощью струи газа от реактивного двигателя создают газовоздушный поток, который направляют равномерно от центра во все стороны таким образом, что он соприкасается с поверхностью только в ее периферийной части, создавая между поверхностью и струей газа замкнутое пространство, в котором за счет эжекции создается некоторое разрежение, которое из-за разности давления под плоскостью и над ней и создает подъемную силу (патент США №5031859). Описанный способ реализуется устройством, содержащим корпус с несущей плоской горизонтальной поверхностью и средство для создания замкнутого объема с пониженным давлением над этой поверхностью, выполненное в виде реактивного двигателя, сопловой аппарат которого выполнен с кольцевой щелью, размещенной с уступом над средней частью этой поверхности, так что между ней и газовоздушной струей создается замкнутый объем с пониженным давлением (патент США №5031859). Для достижения аналогичного эффекта предлагается способ, в котором струя газа заменена вращающимся ротором с лопастями (патент России №2184658).

Все известные способы и устройства имеют целый ряд существенных недостатков, таких, например, как использование сложнейшего по конструкции, а следовательно, и очень дорогого и сложного в эксплуатации реактивного двигателя, размеры и расход топлива которого затрудняют его использование при создании легких летательных аппаратов. В случае использования ротора с лопастями для создания достаточной подъемной силы может применяться любой, но все равно мощный двигатель. Все эти способы позволяют получить существенные значения подъемной силы при использовании двигательных установок, имеющих, как правило, существенный вес и невысокий КПД.

Предлагаемое изобретение обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в упрощении способа и устройства, снижении энергозатрат и повышении КПД, который позволяет создать устройство, лишенное всех вышеперечисленных недостатков, и с его помощью создать подъемное устройство или летательный аппарат с высокими техническими показателями.

Указанный результат достигается тем, что для создания подъемной силы используется разность давлений, при котором избыточным является атмосферное давление. Для этого используется замкнутый объем с пониженным давлением внутри этого объема, причем верхняя граница этого замкнутого объема представляет собой слой движущейся жидкости. Использование жидкости в качестве рабочего тела в данном устройстве обусловлено тем, что жидкость имеет плотность, примерно в 1000 раз большую, чем воздух, что позволяет в предложенном устройстве использовать небольшие скорости движения жидкости.

Указанный технический результат в части способа достигается тем, что в способе создания подъемной силы путем понижения давления в замкнутом объеме над несущей поверхностью при наличии под ней атмосферного давления, за счет разности которых возникает подъемная сила, замкнутый объем образуют путем перекрытия верхней открытой части камеры плоской струей жидкости.

Кроме того, дополнительно понижают давление в замкнутом объеме путем откачки из него воздуха вакуумным насосом.

В части устройства технический результат достигается тем, что устройство для создания подъемной силы содержит, по меньшей мере, один корпус с несущей поверхностью и, по меньшей мере, одно средство для создания замкнутого объема с пониженным давлением над соответствующей поверхностью, причем каждый корпус выполнен полым, открытым сверху и с дном, образующим несущую поверхность, а каждое средство для создания замкнутого объема выполнено в виде щелевидного сопла, соединенного со средством подачи жидкости и размещенного в верхней части соответствующей камеры с возможностью создания плоской струи жидкости, перекрывающей верхнюю открытую часть камеры с образованием в ее полости замкнутого объема.

Устройство может содержать две камеры или более, расположенные друг над другом, так что их несущие поверхности параллельны.

В другом варианте устройство может содержать две камеры или более, расположенные таким образом, что их несущие поверхности лежат в одной плоскости.

В третьем варианте оно может содержать три камеры или более, по меньшей мере, две из которых расположены друг над другом, так что их несущие поверхности параллельны, и, по меньшей мере, две из которых расположены так, что их несущие поверхности лежат в одной плоскости.

Кроме того, по меньшей мере, одна камера может быть выполнена с возможностью расположения несущей поверхности под углом к горизонтальной плоскости.

Полость каждой камеры может быть соединена с вакуумным насосом.

Камеры могут иметь в сечении, параллельном несущей поверхности, прямоугольную форму, а щелевидное сопло установлено на его боковой поверхности с возможностью образования прямоугольной плоской струи.

В другом варианте каждая камера может иметь в сечении, параллельном несущей поверхности, круглую форму, сопло также имеет круглую форму и размещено в камере концентрично ее сечению с возможностью создания расходящейся кольцевой плоской струи жидкости.

Кроме того, на каждой камере напротив щелевидного сопла расположено входное отверстие приемного канала, соединенного с резервуаром, который соединен со средством подачи жидкости.

Предложенные изобретения поясняются чертежами.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства с прямоугольной камерой.

На фиг.2 - вариант выполнения устройства с камерами, расположенными в горизонтальный ряд.

На фиг.3 - вариант выполнения устройства с камерами, расположенными друг над другом.

На фиг.4 - вариант выполнения устройства с наклонной камерой.

На фиг.5 - вариант выполнения устройства с круглой камерой.

Устройство для получения подъемной силы, показанное на фиг.1, представляет собой полую прямоугольную камеру 1, состоящую из прочного материала, у которого имеются только дно и боковые стенки и отсутствует верхняя поверхность. К верхней части камера 1 примыкает щелевидное сопло 2, установленное на уровне отсутствующей верхней поверхности этого корпуса и имеющее такую же ширину. Щелевидное сопло 2 подбирается или настраивается на такую оптимальную толщину движущегося слоя (струи) жидкости 3, которая позволяет с помощью изменения скорости истечения из сопла создавать и поддерживать неразрывный слой движущейся жидкости 3 по всей длине и ширине открытой части камеры 1.

Дно камеры 1 является несущей поверхностью 10. Щелевидное сопло 2 подсоединено к средству подачи жидкости, выполненному в виде жидкостного насоса 5 с двигателем 4, соединенного с резервуаром 6. На боковой стенке камеры 1, противоположной щелевидному соплу 2, размещено входное отверстие приемного канала 7 для жидкости, соединенного с резервуаром 6. Полость 8 камеры 1 может быть соединена с вакуумным насосом 9.

Устройство работает следующим образом. В неработающем состоянии все полости устройства свободно сообщаются с атмосферным воздухом и, следовательно, давление (Р_атм) во всех полостях корпуса будет одинаковым. При запуске двигателя 4 приводится в действие жидкостный насос 5, который начинает подавать жидкость из резервуара 6 к щелевидным соплам 2. Регулировкой подачи жидкости к щелевидным соплам 2 устанавливается оптимальный слой движущейся жидкости 3 (струи), который перекрывает абсолютно всю верхнюю, отсутствующую часть камеры 1. Использованная жидкость по направляющим 7 поступает в резервуар 6, откуда, совершая кругооборот, опять подается насосом 5 к щелевидным соплам 2. Теперь полость 8, находящаяся под движущимся слоем жидкости 3, отделяется от атмосферного воздуха, а так как движущиеся молекулы воды гасят кинетическую энергию молекул воздуха, атмосферное давление на движущийся слой жидкости 3 снаружи уже не действует. Далее из-за эжекции воздуха, находящегося под слоем движущейся жидкости 3, происходит снижение давления воздуха (Р_кам) в замкнутой камере 8, а под дном камеры 1 давление остается атмосферным. Разность этих давлений (Р_атм>Р_кам) и будет создавать подъемную силу (F_под), величина которой будет зависеть от степени разрежения в замкнутой камере, под слоем движущейся жидкости 3 и будет увеличиваться прямо пропорционально разрежению. Резко увеличить подъемную силу (Р_под) можно с помощью принудительного откачивания воздуха вакуумным насосом 9 из замкнутой полости 8. Объем камеры разрежения при этом не имеет никакого значения и может быть как угодно мал.

Для получения более устойчивого и неразрывного движущегося слоя жидкости над камерой общий поток жидкости от насоса разбивают на несколько частей и направляют на ряд более узких камер 1 (фиг.2). В этом случае силы поверхностного натяжения движущегося слоя жидкости 3 будут поддерживать более устойчивый и неразрывный слой. Для увеличения подъемной силы (F_под) в несколько раз и ограничения размеров устройства камеры 1 или ряды камер 1 располагают друг над другом в два, три и более слоя (фиг.3), так что несущие поверхности 10 камер 1 в каждом ряду лежат в одной плоскости, а в разных рядах - параллельны друг другу.

При расположении слоя движущейся жидкости в горизонтальной плоскости подъемная сила (F_под) устройства направлена вертикально вверх. При изменении угла наклона α слоя движущейся жидкости 3 в диапазоне от 0 до 90° относительно горизонтального положения подъемная сила приобретает горизонтальную составляющую (F_гор), увеличивающуюся прямо пропорционально углу наклона α (фиг.4). Это позволяет устройству двигаться в любом направлении не только в вертикальной, но и в горизонтальной плоскости. Устройство можно выполнить в таком виде, при котором часть камер 1 останется неподвижными в горизонтальной плоскости и будет создавать только подъемную силу, а часть камер будет поворачиваться на определенный угол α, придавая устройству скорость в том или ином направлении.

Устройство для создания подъемной силы может быть выполнено в виде круглой или конической камеры 1, в центре которого располагается кольцевидное щелевидное сопло 2, создающее неразрывный поток жидкости, равномерно направленный в разные стороны и образующий слой движущейся жидкости в виде кольца (фиг.5). Возможны и другие геометрические формы камеры и сопла.

Данное устройство позволяет использовать для привода жидкостного и вакуумного насосов любые небольшие по мощности двигатели, имеющие незначительный вес и малый удельный расход топлива, что является необходимым условием для создания легких летательных аппаратов.

Группа изобретений относится к авиации, касается создания летательных аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой, а также может использоваться в подъемных устройствах (ПУ). Способ создания подъемной силы (ПС) понижением давления в замкнутом объеме (ЗО) над несущей поверхностью (НП) при наличии под ней атмосферного давления, за счет разности которых возникает ПС, состоит в том, что ЗО образуют перекрытием верхней открытой части камеры (К) плоской струей (ПС) жидкости (Ж). Способ может предусматривать понижение давления в ЗО откачкой из него воздуха вакуумным насосом. Устройство создания ПС имеет, по меньшей мере, один корпус с НП и, по меньшей мере, одно средство для создания ЗО с пониженным давлением над соответствующей поверхностью. Каждый корпус выполнен в виде К, открытой сверху, и с дном, образующим НП. Каждое средство для создания ЗО выполнено в виде щелевидного сопла (ЩС), соединенного со средством подачи Ж и размещенного в верхней части соответствующей К с возможностью создания ПС, перекрывающей верхнюю открытую часть К с образованием в ее полости ЗО. Камеры могут располагаться друг над другом так, что их НП параллельны, или так, что их НП лежат в одной плоскости. По меньшей мере, одна К может иметь возможность расположения НП под углом к горизонтальной плоскости. Камера может быть прямоугольной в сечении, параллельном НП, при этом ЩС, установленное на ее боковой поверхности, имеет возможность образования прямоугольной ПС или круглой и тогда ЩС также имеет круглую форму и размещено в К концентрично ее сечению с возможностью создания расходящейся кольцевой ПС. На каждой К напротив ЩС может располагаться входное отверстие приемного канала, соединенного с резервуаром, который соединен со средством подачи Ж. Технический результат реализации группы изобретений состоит в повышении технических показателей ЛА и ПУ. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ создания подъемной силы путем понижения давления в замкнутом объеме над несущей поверхностью при наличии под ней атмосферного давления, за счет разности которых возникает подъемная сила, отличающийся тем, что замкнутый объем образуют путем перекрытия верхней открытой части камеры плоской струей жидкости.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно понижают давление в замкнутом объеме путем откачки из него воздуха вакуумным насосом.3. Устройство создания подъемной силы, содержащее, по меньшей мере, один корпус с несущей поверхностью и, по меньшей мере, одно средство для создания замкнутого объема с пониженным давлением над соответствующей поверхностью, отличающееся тем, что каждый корпус выполнен в виде камеры, открытой сверху, и с дном, образующим несущую поверхность, а каждое средство для создания замкнутого объема выполнено в виде щелевидного сопла, соединенного со средством подачи жидкости и размещенного в верхней части соответствующей камеры с возможностью создания плоской струи жидкости, перекрывающей верхнюю открытую часть камеры с образованием в ее полости замкнутого объема.4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что содержит две или более камеры, расположенные друг над другом так, что их несущие поверхности параллельны.5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что содержит две или более камеры, расположенные друг над другом так, что их несущие поверхности лежат в одной плоскости.6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что содержит три или более камеры, по крайней мере, две из которых расположены друг над другом так, что их несущие поверхности параллельны, и, по меньшей мере, две из которых расположены так, что их несущие поверхности лежат в одной плоскости.7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одна камера выполнена с возможностью расположения несущей поверхности под углом к горизонтальной плоскости.8. Устройство по п.3, отличающееся тем, что полость каждой камеры соединена с вакуумным насосом.9. Устройство по п.3, отличающееся тем, что камера имеет в сечении, параллельном несущей поверхности, прямоугольную форму, а щелевидное сопло установлено на ее боковой поверхности с возможностью образования прямоугольной плоской струи.10. Устройство по п.3, отличающееся тем, что каждая камера имеет в сечении, параллельном несущей поверхности, круглую форму, сопло также имеет круглую форму и размещено в камере концентрично ее сечению с возможностью создания расходящейся кольцевой плоской струи жидкости.11. Устройство по п.3, отличающееся тем, что на каждой камере напротив щелевидного сопла расположено входное отверстие приемного канала, соединенного с резервуаром, который соединен со средством подачи жидкости.