Изобретение относится к винтокрылым летательным аппаратам с вертикальным взлетом и посадкой, снабженным электроприводом, подъемная и тяговая силы у которых осуществляются воздушными винтами.
Предлагаемый аппарат может быть многофункциональным и может найти широкое применение во всех сферах человеческой деятельности и предназначается главным образом для индивидуального пользования. Аппарат безопасен для окружающих, прост в эксплуатации и управлении, может двигаться вдоль стен, пролетать в узкие проемы между стен, двигаться своим ходом по автомобильным дорогам, перемещаться по лесным просекам, садиться на воду и двигаться по воде и т.д. Может с успехом использоваться в военном деле.
Подобные летательные аппараты с использованием воздушных винтов мало известны.
Известны винтокрылые летательные аппараты с вертикальным взлетом и посадкой, опубликованные в "Политехническом словаре", стр.49. Издательство "Советская энциклопедия". Москва, 1977", у которых подъемная сила создается комбинированной несущей системой, состоящей из одного или двух несущих винтов и крыла. В качестве движителей используются тянущие или толкающие самолетные винты, а в качестве привода и управления несущими винтами используются двигатели внутреннего сгорания или реактивные двигатели и автомат перекоса с механической передачей. По скорости винтокрылы превосходят известные вертолеты, но имеют относительно более сложную и тяжелую конструкцию.
Наиболее ближайшим аналогом является предложенное изобретение RU 2001836 С1, 30.10.1993 года.
Главным и неизбежным недостатком у всех известных аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой, использующих несущие винты, является то, что несущие винты у всех аппаратов расположены над аппаратами, имеют большие размеры, в результате этого пилоты оказываются "заблокированными" в своей кабине и не имеют выхода при аварийных ситуациях.
Во-вторых, обладая большим весом и размерами несущие винты смещают центр тяжести вертолета в свою сторону и этим самым создают аппарату условия непригодности для посадки на воду.
В-третьих, длинные лопасти несущих винтов создают опасность для окружающих и не дают возможность приближаться как к самому аппарату, так и аппарату к предметам.
В-четвертых, механический привод является сложным по своей конструкции и приводит к увеличению веса аппарата.
Предлагаемый летательный аппарат с электроприводом исключает указанные недостатки и обладает положительными особенностями: малогабаритен, прост в эксплуатации, безопасен во всех отношениях, надежен, обладает хорошей маневренностью, имеет хорошее круговое обозрение, имеет возможность производить посадку на воду и перемещаться по ней, снабжен камерной воздушной подушкой.
Применение электропривода и использование электродвигателей с встроенными роторными обмотками возбуждения в окружные ободы воздушных винтов и статорными обмотками возбуждения, расположенными на статорных стенках, дают возможность устанавливать движители в труднодоступных местах аппарата.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание безопасного, надежного и малогабаритного летательного аппарата с вертикальным взлетом и посадкой на твердую и водную поверхность.
Поставленная задача решается за счет применения электропривода, в который входит одноцилиндровый двухтактный двигатель внутреннего сгорания двойного действия с механизмом преобразования прямолинейного движения штока поршней в возвратно-поступательное движение, и за счет электродвигателей, у которых роторные обмотки возбуждения встроены в окружные ободы воздушных винтов, а статорные обмотки возбуждения расположены на статорных стенках.
Поставленная задача решается также за счет применения вместо генератора постоянного тока катушек с магнитными сердечниками, выполненными в виде обмоток возбуждения из двух секций, установленных на внешней поверхности цилиндров, а в качестве магнитных сердечников используются магнитные поршни.
Двухтактный двигатель внутреннего сгорания двойного действия содержит три магнитных поршня, закрепленных на одной штоке, каждый из которых взаимодействует с обмотками возбуждения, установленными на наружных поверхностях цилиндров. Шток шарнирно соединен посредством двух шатунов равной длины с двумя равноудаленными кривошипами, установленными на зубчатых колесах, находящихся в постоянном зацеплении между собой, установленных на параллельных валах. Средний поршень является рабочим поршнем, по обе стороны которого осуществляется двухтактный рабочий процесс. В средней части рабочего цилиндра выполнены выхлопные продувочные окна, которые обобщены на внешней поверхности цилиндра кольцевым патрубком с выполненными подводящими и отводящими окнами, которые сообщаются посредством патрубков с повышенным и пониженным давлением воздуха в областях движителей. Рабочие полости снабжены свечами зажигания. Два других поршня являются нагнетательными, по обе стороны которых осуществляется сжатие воздуха, и являются одновременно выходной нагрузкой рабочего поршня, полученная энергия от которых в виде переменных импульсов тока при взаимодействии магнитных полей поршней с обмотками возбуждения подается на электродвигатели. Внутренние полости обоих цилиндров сообщаются через всасывающие клапаны со смесителем и посредством каналов, выполненных внутри штока, сообщаются с рабочими полостями рабочего цилиндра в тот момент, когда продувочные окна открыты для освобождения рабочей полости рабочего цилиндра от отработанных газов. Наружные (крайние от рабочего поршня) нагнетательные полости обоих цилиндров сообщаются посредством всасывающих клапанов с атмосферой, а через нагнетательные клапаны и посредством патрубков - со смесителем. Шток снабжен двумя скользящими подшипниками, установленными в торцевых стенках цилиндра. В стенках рабочего цилиндра выполнены несколько продольных сквозных отверстий, которые используются под гнезда шпилек для крепления стенок цилиндра и, кроме того, служат для охлаждения цилиндра и уменьшают разброс вихревых токов. На торцах рабочего цилиндра установлены медные прокладки, которые соединены с входными концами двух секций обмотки возбуждения, а выходными концами секций соединены с первичной обмоткой индукционной катушки зажигания. Входные и выходные концы секций обмоток возбуждения нагнетательных цилиндров выведены наружу и через контрольную систему выключателей подключены на входы электродвигателей.
У известных двигателей двойного действия для создания прямолинейного возвратно-поступательного движения поршню, как правило, используют ползун (крейцкопф), который скользит по направляющим стенкам и передает возвратно-поступательное движение шатуну, который преобразует данное движение во вращательное движение коленчатого вала.
Недостаток данного механизма состоит в том, что при использовании ползуна увеличивается длина всего кривошипно-шатунного механизма, в результате увеличиваются габариты двигателя, а использование коленчатого вала приводит к ряду других сложностей и неудобств. Во-первых, соединение двух поршней на одной шейке вала (У-образный вариант) увеличивает габариты блока цилиндров, во-вторых, сложное изготовление самого вала и, кроме того, требует во время эксплуатации обильной смазки, поступающей с высоким давлением от насоса.
Для получения прямолинейного возвратно-поступательного движения поршню у двигателей двойного действия и также у всех двигателей, использующих коленчатые валы, предлагается использовать механизм с двумя равными шатунами, шарнирно соединенными со штоком поршней и с двумя равноудаленными кривошипами, установленными на зубчатых колесах, находящихся в постоянном зацеплении между собой и закрепляющихся на отдельных валах, лежащих параллельно друг другу, с которых снимается необходимая мощность.
Преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное при помощи двух шатунов, соединенных с равноудаленными кривошипами, установленными на зубчатых колесах, установленных на параллельных валах, создает новые возможности с положительными эффектами:
- данный механизм позволяет устанавливать поршневые пары параллельно друг к другу, за счет чего достигается компактность блока цилиндров;
- если соединить два поршня посредством трех шатунов и трех кривошипов, расположенных на трех зубчатых колесах (средний кривошип общий), и при этом шатуны расположить в противофазе, т.е. одна пара шатунов работает на схождение между собой, а другая пара шатунов работает на расхождение между собой (эффект ножниц), то в этом случае оба поршня будут проходить ВМТ и НМТ не одновременно, один из них будет запаздывать на 38 градусов, что позволяет проходить ″мертвые точки″ без затруднений.
Блок зубчатых колес можно размещать также, как и коленчатый вал, в ванне с маслом, при этом шейки кривошипов могут смазываться путем разбрызгивания, так как нагрузка на кривошипы раздваивается на две составляющие и подшипники подвергаются меньшим динамическим нагрузкам, что будет являться большим преимуществом перед коленчатым валом. Кроме этого, установка блоков зубчатых колес более простая в процессе монтажа и в процессе эксплуатации.
При отсутствии клапанной распределительной системы применение дополнительных поршней для создания повышенного давления воздуха, использующегося для продувки рабочего цилиндра и для образования рабочей смеси, во многом упрощает конструкцию двигателя и повышает надежность и работоспособность двигателя, т.к. поршни не испытывают трения и, следовательно, уменьшен риск износа, хорошо обдуваются воздушной струей стенки рабочего цилиндра.
Использование рабочего поршня в качестве магнита постоянного или в качестве электромагнитов для возбуждения катушки, расположенной на поверхности рабочего цилиндра, несколько усложняет устройство двигателя, а с другой стороны, позволяет дополнительно получать энергию, которая в обычных двигателях теряется бесполезно. В двухтактных двигателях двойного действия рабочий поршень подвержен нагреву с двух сторон, что ставит под сомнение использование постоянных магнитов в качестве поршней (возможность использования поршней в качестве электромагнитов остается правомерной в любом случае), однако известно из справочника (стр.381 Постоянные магниты. Справочник. Ю.М.Пятин, Москва, Энергия 1980), что магнитные свойства сохраняются у постоянных магнитов при температуре 250°С в течение 5000 часов, после чего падение остаточного потока составляет всего 2%. Этого будет достаточно, если учесть что работа двигателя менее продолжительная, и, кроме того, существует охлаждение полостей принудительным образом. Более того, при использовании прямолинейного хода поршней создается возможность изготовлять поршни и цилиндры из жаростойких материалов со свойствами диалектрика, в которых можно укладывать обмотки возбуждения с сердечниками с гарантией от пробоя током.
В предлагаемом двигателе рабочий поршень выполняет две функции: первая - создает возвратно-поступательное движение штоку; вторая - создает электромагнитную индукцию в обмотке возбуждения. Обмотка возбуждения рабочего цилиндра выполняет три функции:
- взаимодействует с магнитным полем поршня;
- взаимодействует с магнитным полем плазмы, образующейся в процессе взрыва рабочей смеси (принцип действия МГД-генераторов);
- образует с медными прокладками термопару на стыке с торцевой поверхностью цилиндра, т.к. установлено, что при прохождении тока через контакт разнородных металлов по направлению железо-медь происходит охлаждение медного контакта. Иногда охлаждение одного из контактов током настолько сильно, что температура контакта падает ниже 0°С.
Нагнетательные поршни выполняют три функции:
- осуществляют всасывание рабочей смеси и подачу ее в рабочие камеры;
- осуществляют всасывание воздуха и подачу его в баллон высокого давления;
- магнитные поршни взаимодействуют с обмотками возбуждения, установленными на наружной поверхности цилиндров.
Обмотки возбуждения нагнетательных цилиндров выполняют одну функцию - взаимодействуют с магнитными полями нагнетательных поршней и являются нагрузкой рабочего поршня, энергия снимается в виде переменных импульсов тока и подается на электродвигатели.
Поставленная задача решается также за счет того, что в качестве движителей используются воздушные винты, лопасти которых охвачены по внешней окружности ободом, на котором закреплен кольцевой сердечник с выполненным радиальным пазом П-образной формы по сечению, в паз которого уложена обмотка возбуждения, создающая поперечный магнитный поток к плоскости вращения лопастей (ротора). Концы обмотки возбуждения выведены через лопасть и соединены с контактными кольцами, установленными с правой и левой сторон ступицы ротора, находящимися в постоянном контакте с неподвижными контактными кольцами, удерживающимися поджимными пружинками и соединеными с проводящими клеммами. Ступица ротора снабжена двумя радиально-упорными шарикоподшипниками, установленными на оси с выполненным упором в средней ее части и закреплеными гайкой, установленной с одной стороны ступицы. Статорные обмотки возбуждения (проводники с током) расположены по обе стороны ротора и закреплены на торцевых стенках статора. Проводники с током расположены в радиальной плоскости и наматываются на кольцевой сердечник отдельными секциями, разделяющимися между собой стойками сердечника, которыми сердечник крепится к окружной поверхности статора, выполненного в виде цилиндрического кольца с левым и правым бортами, которыми они крепятся посредством болтов к цилиндрическому корпусу. Стенки статора соединяются с втулками оси посредством жестких несущих нескольких перемычек. Секции проводников с током соединены между собой последовательно, а выходящие концы выведены и соединены с общими клеммами параллельно обмотке ротора. Лопасти имеют постоянный угол захвата и крепятся к поверхности ступицы с двух боков аналогично спицам колеса велосипеда.
Предлагаемый электродвигатель с радиальным расположением проводников с током, расположенных с двух сторон ротора на стенках статора, взаимодействующих с магнитным полем ротора, проходящего перпендикулярно плоскости ротора, относится к электродвигателям переменного тока и может использоваться как самостоятельная электрическая машина для преобразования электрической энергии в механическую и иметь широкое применение для работы от сети однофазного переменного тока.
Предлагаемый электродвигатель выгодно отличается от известных электромашин - прост в изготовлении и обладает мощным крутящим моментом, т.к. содержит проводники с током с двух сторон ротора, взаимодействующих с мощным магнитным полем ротора, создаваемого обмоткой возбуждения, намотанной вкруговую вокруг сердечника ротора. Сплошной магнитный поток, образованный вокруг оси ротора, может взаимодействовать с электрическим полем проводников только в том случае, если поля будут взаимно переменными.
Запуск первичного двигателя осуществляется при помощи подачи постоянного тока от источника питания (аккумулятора) на обмотки возбуждения нагнетательных цилиндров через переключатель, механически связанный со штоком поршней, приводящий к переключению контактов в моменты НМТ и ВМТ рабочего поршня.
Подача искры на свечи зажигания подается с выхода вторичной обмотки индукционной катушки, прерыватель, который также связан механически со штоком поршней с таким расчетом, чтобы контакт прерывателя совпадал с моментами НМТ и ВМТ рабочего поршня. Первичная обмотка связана электрической цепью с выходными концами обмотки возбуждения рабочего цилиндра.
На фиг.1 показан летательный аппарат, вид сбоку.
На фиг.2 показан летательный аппарат, вид сверху.
На фиг.3 показан летательный аппарат, вид спереди.
На фиг.4 показан летательный аппарат, вид сзади.
На фиг.5 показан одноцилиндровый двухтактный двигатель внутреннего сгорания двойного действия с механизмом, преобразующим возвратно-поступательное движение во вращательное движение
На фиг.6 показан продольный разрез рабочего цилиндра по А-А и вид с торца.
На фиг.7 показана медная прокладка, вид сбоку и торца.
На фиг.8 показана схема двухцилиндрового двигателя двойного действия с механизмом, заменяющим коленчатый вал.
На фиг.9 показан блок цилиндров, вид сверху.
На фиг.10 показан способ присоединения поршней, лежащих в одной плоскости, посредством двух шатунов.
На фиг.11 показан способ присоединения поршней, лежащих в параллельных плоскостях.
На фиг.12 показана электрическая схема зажигания.
На фиг.13 показана одна боковая сторона статора с секциями проводников с током, на верхней половине которой секции показаны в продольном разрезе.
На фиг.14 показан лопастной движитель с встроенным электродвигателем в окружную поверхность лопастей, поперечный разрез.
На фиг.15 показан ротор лопастного движителя с встроенным в окружную поверхность лопастей сердечником с обмоткой возбуждения.
На фиг.16 показан ротор, вид сбоку.
На фиг.17 показан корпус статора, вид с торца.
На фиг.18 - разрез по А-А на фиг.17.
На фиг.19 показана схема ручного управления движителями.
На фиг.20 показана параллельная схема подключения обмотки возбуждения ротора и двух обмоток статора.
На фиг.21 показана общая электрическая схема аппарата.
Летательный аппарат с электроприводом (фиг.1, 2, 3, 4, масштаб 1:20) включает в себя несколько движителей 1 и 2 для создания подъемной силы и два крыла 3 и 4 арачного типа, шарнирно 5, 6 и 7, 8 соединенных с корпусом аппарата, с имеющей возможностью подниматься из горизонтального положения в вертикальное и фиксироваться в нужных положениях. Для передвижения по горизонтальному направлению (вперед, назад) предусмотрен один движитель 9, установленный в задней части корпуса с лопастями 10, 11, 12 (показано условно). Кабина 13 снабжена дверками 14 и 15, передним и задним стеклами 16 и 17 обозрения, боковыми стеклами 18 и стеклами нижнего обозрения 19. Движители 1 и 2 установлены в диффузорах 20 и снабжены поворотными осями 21, предназначенными для изменения угла наклона движителей относительно корпуса. Окно 22 предусмотрено для подвода воздуха для продува цилиндров двигателя.
Аппарат снабжен тремя колесами, два из них 23 и 24 расположены спереди и одно 25 сзади и связано с рычагом управления 26. Вырез 27 предусмотрен для возможности поворачиваться колесу, 28 - сиденье, 29 - место двигателя, 30 - несущие крестовины, 31 - юбки из ткани, предусмотрены для увеличения подъемной силы.
Управление аппаратом во время движения по земле осуществляется посредством поворота заднего колеса, связанного с рычагом управления 26.
Управление аппаратом во время полета осуществляется посредством рычагов 32 и 33 (фиг.19), связанных посредством валов 34 и зубчатых колес 35 с поворотными осями 21 движителей 1 и 2.
При повороте рычага 32 в левую сторону, а рычага 33 в правую сторону движители повернутся на своих осях в разные стороны и аппарат перемещается либо по кругу, либо на одном месте, в зависимости от тяги горизонтального двигателя. При повороте рычагов 32 и 33 в одну сторону (влево или вправо) аппарат будет смещаться всем корпусом в эту сторону, что очень важно при встрече с препятствиями. Для движения вперед или назад необходимо произвести смену полярности токов в обмотках возбуждения у электродвигателя горизонтального движителя 9.
На фиг.20 показана схема подключения обмоток возбуждения и токовых катушек к блоку питания (БП). Обмотки ротора 36 и обмотки статора 37 и 38 подключены к блоку питания параллельно. Кольцевые контакты 39 находятся в постоянном контакте между собой и соединены с обмоткой ротора. Кабина выполнена герметично. Центр тяжести находится ниже точек приложения подъемных сил, что создает аппарату устойчивость при полете и плавучесть на воде.
Двухтактный двигатель внутреннего сгорания двойного действия включает в себя три магнитных поршня 40, 41, 42 на одном штоке 43, которые взаимодействуют с обмотками возбуждения, состоящими из двух секций, установленных на наружных поверхностях цилиндров 44, 45; 46, 47; 48, 49. Средний поршень 41 является рабочим, по обе стороны которого осуществляются двухтактные рабочие процессы, и выполняет две функции: создает возвратно-поступательное движение штоку и создает электромагнитную индукцию в стенках рабочего цилиндра 50. В стенках рабочего цилиндра выполнено несколько (16 шт), фиг.6, продольных сквозных отверстий 51 и несколько поперечных отверстий 52 в средней части цилиндра, которые на наружной поверхности цилиндра охватываются кольцевым патрубком с выполненными подводящим и отводящим окнами 53 и 54. Одно из которых сообщается посредством патрубка через окно 22 с полостью пониженного давления, образованного над движителем, а другое сообщается, наоборот, с повышенным давлением, образованным под движителем. В результате этого осуществляется непрерывный продув полостей от отработанных газов и охлаждение цилиндра. Продольные сквозные отверстия 51 используются под гнезда для шпилек 55, фиг.6, которыми крепятся торцевые стенки 56 и 57 к рабочему цилиндру. Кроме того, продольные отверстия 51 создают условия для лучшего охлаждения цилиндру и в тоже время уменьшают разброс вихревых токов в процессе индукции, создаваемой магнитным полем поршня и магнитным полем плазмы при взрывах рабочей смеси в полостях цилиндра. Рабочие полости 58 и 59 снабжены свечами зажигания 60 и 61. Между торцами рабочего цилиндра и стенками установлены медные прокладки 62 и 63, которые соединены с выходными концами секций 46 и 47 обмотки возбуждения, а выходные концы секций выведены наружу и соединены с клеммами 64 и 65 (фиг.12) индукционной катушки зажигания (ИК), которая включает в себя конденсатор С и два диода (Д1 и Д2), включенных в прямом направлении, свечи зажигания 66 и 67 и прерыватель 68, связанный механической связью с ВМТ и НМТ штока 43 (не показано). Обмотка возбуждения рабочего цилиндра выполняет три функции: взаимодействует с магнитным полем поршня, взаимодействует с магнитным полем плазмы, возникающей в процессе взрыва рабочей смеси, и образует термопару совместно с медными прокладками 62 и 63 в контакте с торцевыми поверхностями рабочего цилиндра при прохождении тока через секции обмотки возбуждения и через контакт разнородных металлов по направлению железо-медь. Магнитное поле плазмы и магнитное поле поршня воздействуют на каждую секцию одновременно и в одном направлении, в результате образовавшиеся импульсы тока будут складываться в один импульс.
Нагрузкой рабочего поршня являются нагнетательные магнитные поршни 40 и 42, каждый из которых выполняет три функции:
- всасывание рабочей смеси от смесителя и подачу ее в рабочие полости;
- всасывание воздуха из атмосферы и подачу его в баллон высокого давления;
- взаимодействуют с обмотками возбуждения.
Нагнетательный магнитный поршень 40 взаимодействует с секциями 44 и 45, установленными на цилиндре 69. Выходные концы секций соединены с клеммами 70 и 71, 72 и 73 соответственно (фиг.5 и 21).
Нагнетательный магнитный поршень 42 взаимодействует с секциями 48 и 49, установленными на цилиндре 74. Выходные концы секций соединены с клеммами 75 и 76, 77 и 78 соответственно.
Внутренняя полость 79 (со стороны рабочего цилиндра) сообщается через всасывающий канал 80 и клапан 81 посредством трубопроводов со смесителем 82, который сообщается с баллоном высокого давления 83.
Внутренняя полость 84 цилиндра 74 сообщается через всасывающий канал 85 и клапан 86 посредством трубопроводов со смесителем 82.
Наружная полость 87 (от рабочего цилиндра) цилиндра 69 снабжена всасывающим клапаном 88 и сообщается с атмосферой, а через клапан 89 и систему трубопроводов с баллоном 83 высокого давления.
Наружная полость 90 цилиндра 74 снабжена всасывающим клапаном 91 и сообщается с атмосферой, а через клапан 92 и трубопроводы с баллоном высокого давления 83.
Внутренняя полость 79 цилиндра 69 снабжена перепускным каналом 93, выполненным внутри штока с таким расчетом, что выходное отверстие 94 открывается и сообщается с рабочей полостью 59 в тот момент, когда продувочные окна 52 полностью откроются рабочим поршнем 41, а вход канала постоянно сообщается через отверстие с полостью 79 цилиндра 69.
Внутренняя полость 84 другого цилиндра 74 снабжена перепускным каналом 96, также выполненным внутри штока, который постоянно сообщается с полостью 84 через отверстие 97, а выходное отверстие 98 открывается и сообщается с рабочей полостью 58 в тот момент, когда продувочные окна 52 (продувочные окна для обоих рабочих полостей одни и те же) полностью откроются рабочим поршнем 41.
Шток 43 снабжен двумя подшипниками скольжения 99 и 100 с уплотнительными средствами, установленными в стенках 56 и 57 рабочего цилиндра. Обмотки возбуждения защищены кожухами 101.
Топливо подводится к смесителю по трубопроводу 102.
Для ограничения хода поршням и для создания прямолинейного возвратно-поступательного движения штоку вместо известного ползуна предлагается и использован другой механизм, состоящий из двух разнозначных по длине шатунов, шарнирно связанных с равноудаленными кривошипами, установленными на зубчатых колесах, установленными на параллельных валах и находящихся в постоянном зацеплении между собой. Включают в себя общий шарнир (цапфу) 103, жестко связанную со штоком путем резьбового соединения, два шатуна 104 и 105, два зубчатых колеса 106 и 107 с кривошипами 108 и 109 и два вала 110 и 111, с которых можно снимать мощность.
Данный механизм с блоком зубчатых колес очень удобно сочетается с любым расположением поршней и его можно использовать взамен известного коленчатого вала у всех видов двигателей.
Поршни можно располагать в горизонтальной плоскости, как показано на фиг.10, с дополнительными шарнирами 112 и 113.
Более эффективное сочетание будет, если блок зубчатых колес расположить в два ряда из нескольких колес, находящихся в постоянном зацеплении между собой. Это даст возможность установить четыре поршневые пары в вертикальном положении и параллельно друг к другу (фиг.11). Точками 114, 115, 116, и 117 обозначены места крепления поршней. Кривошипы на левой сторона 108, 109 и 119 относительно кривошипов на правой стороне 108, 109 и 119 могут устанавливаться со сдвигом на любой угол, что позволит также распределять вращающий момент по окружности.
Отбор мощности может сниматься через зубчатые колеса 120 и 120 с вала 121.
Использование блоков зубчатых колес с кривошипами для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное создает для работы поршневой пары более благоприятные условия и обеспечивает компактность всему двигателю.
Работа четырех соединенных поршней, взаимодействующих с тремя парами зубчатых колес посредством сдвоенных шатунов, соединенных с кривошипами, показана на фиг.8 и 9.
Основным условием для получения прямолинейного хода поршням является то, чтобы пара шатунов имела равную длину, а кривошипы были расположены на равном удалении от точки касания зубчатых колес. Вторая пара шатунов с общим средним кривошипом устанавливается таким же образом, но в противофазе первой паре, т.е. если пара шатунов 104 и 105 с кривошипами 108 и 109 находится в процессе схождения, то другая пара должна находиться в процессе расхождения между собой, 109 и 119. В результате такой установки шатунов соединенные поршни одним кривошипом 109 работают не одновременно, а запаздывает один от другого на 38 градусов.
Если левый поршень 120 пошел вниз, например, то в полости 122 будет происходить выхлоп отработанных газов через окно 123, а в правой полости 122 будет происходить рабочий ход с максимальной мощностью, так как кривошип занял положение 190 градусов.
В полостях 121 будет происходить сжатие также не одновременно. Когда кривошип 108 займет положение 125 (НМТ), то кривошип 119 окажется в точке 127. Это еще не будет являться НМТ, ему еще необходимо повернуться на 38 градусов до точки 128 (НМТ). За то время первый поршень окажется в точке 126, и полости 121 будет происходить обратный рабочий ход.
Другая пара поршней 124, фиг.9, соединенная общим кривошипом на других смежных колесах, будет работать таким же образом, т.е. со сдвигом рабочих процессов на 38 градусов.
Запаздывание рабочих процессов на 38 градусов обуславливается тем, что при схождении и расхождении спаренных шатунов создается эффект удлинения или укорачивания расстояния между кривошипами и поршнем. Во время расхождения шатунов угол между ними увеличивается и длина между поршнем и кривошипом уменьшается. Во время схождения шатунов угол между ними уменьшается и длина между поршнем и кривошипом увеличивается. В результате этого поршни двигаются то ускоренно, то замедленно, что приводит к эффекту ускоренного протекания процессов или, наоборот, к их запаздыванию. Например, процесс замедления приходится на период выпуска отработанных газов, что будет являться положительным эффектом.
Применение и использование данного механизма для преобразования прямолинейного хода поршней во вращательное дают сразу несколько преимуществ перед использованием для этих целей коленчатого вала, что несомненно улучшит работоспособность двигателя и упростит эксплуатацию:
- поршень и шток не испытывают сил перекоса;
- поршневые пары устанавливаются параллельно друг другу, чем обеспечивают компактность двигателю;
- уменьшается динамическая нагрузка на кривошипы;
- упрощается изготовление преобразующего механизма (нет вала);
- упрощается смазка шарнирных соединений;
- упрощается отвод тепла;
- снимается проблема с преодолением ВМТ и НМТ и т.д.
- отсутствует газораспределительная клапанная система.
Устройство движителей.
Все движители выполнены по одной конструктивной схеме и включают в себя воздушный винт с встроенным электродвигателем в окружную поверхность лопастей. (фиг.13, 14). Отличаются тем, что лопасти 129, 130 установлены к поверхности ступиц под углом, как спицы колеса у велосипеда, 131 и закреплены, чередуясь, то с левой стороны ступицы, то с правой. Окружная поверхность лопастей охватывается ободом цилиндрической формы 132 и жестко крепится. На окружной поверхности обода установлен и закреплен сердечник 133 с выполненным радиальным пазом вдоль окружности, в который уложена обмотка возбуждения 134 и закреплена медной шиной 135, образуя законченный ротор. Медная шина служит экраном, изоляцией для прохождения магнитный полей на этом участке. Выходные концы обмотки возбуждения проведены внутри лопасти 136 и соединены с кольцевыми контактами 137 и 138, установленными с левой и правой сторон ступицы ротора, которые находятся в постоянном контакте с неподвижными кольцевыми контактами 139, 140, удерживающимися поджимными пружинками 141, 142, выходные концы которых подключены к подводящим клеммам 143, 144 (фиг.20). Ступица ротора установлена на двух радиально-упорных шарикоподшипниках 145, 146, которые прижимаются гайкой 147 к упорному выступу 148, выполненному на оси 149 в средней ее части. Ось крепится к дискам (втулкам) 150 и 151 несущих крестовин 152 и 153, расположенных с правой и левой сторон ротора. Несущие крестовины снабжены ребрами жесткости 154 и соединяются с окружными ободами цилиндрической формы с выполненными левым и правым бортами 155 и 156, посредством которых оба борта с ободами крепятся с двух сторон цилиндрического корпуса 157, вместе которые представляют собой корпус статора. Секции с проводниками тока 158 и 159, установленные на статорных стенках 155, 156, расположены своими проводниками в радиальной плоскости и намотаны на кольцевой сердечник 160 с выполненными стойками 161, которыми крепятся путем точечной сварки 162 к поверхности ободов 155 и 156 и снабжены изоляционными прокладками 163. В стенках стоек выполнены проходные отверстия 164 для болтов, которыми крепятся статорные стенки 155 и 156 к гайкам 165, закрепленными на внутренней поверхности корпуса 157 (фиг.17, 18).
Корпус у движителей с поворотными осями выполнен с овальной поверхностью радиусом R. Секции 158 и 159 с токовыми проводниками на левой и правой стенках статора соединены между собой последовательно и представляют собой две кольцевые катушки, выходные концы которых соединены параллельно и параллельно роторной обмотке возбуждения (фиг.20).
Общая электрическая схема аппарата
Общая электрическая схема аппарата приведена на фиг.21, которая включает в себя четыре обмотки возбуждения L1, L2, L3, L4, установленные на внешних поверхностях нагнетательных цилиндров 69 и 74 (фиг.5), так как обмотки L1 и L3 возбуждаются одновременно, то они подключены параллельно друг другу и входные концы 70 и 75 подсоединены к одной клемме 166, а выходные 71 и 76 к другой клемме 167. Обмотки L2 и L4 также работают одновременно и выходные концы их 72 и 77 подключены к клемме 168, а выходные концы подключены к клемме 169 выключателя В3. На выходе выключателя контакты 166, 168 объединяются клеммой 170, а контакты 167 и 169 объединяются клеммой 171. Выключатель В3 предназначен для подачи питания в цепи электродвигателей на клеммы 143 и 144. Цепи разрываются выключателем В3 для того, чтобы обеспечить схему обмоток возбуждения для запуска двигателя от аккумулятора АК при включении выключателя В1. Выключатель В2 связан механической связью со штоком 43, производящим переключение В2 в моменты НМТ и ВМТ.
Каждый движитель снабжен отдельным выключателем В4, В5 и В6 и регуляторами тока R1, R2 и R3.
Каждая секция L1, L2, L3 и L4 взаимодействует с магнитным поршнем и вырабатывает импульсы с переменным знаком И1, И2, И3, И4, при входе, например, поршня в катушку возникает положительный импульс, а при выходе из катушки возникает отрицательный импульс. После включения выключателя В3 импульсы сдваиваются и образуются два импульса И5 и И6, так как при выходе из катушки ток этой катушки совпадает по направлению с током другой катушки (секции), в которую входит поршень.
Контакты выключателя В2 172 и 173 находятся постоянно замкнутыми попеременно, их положение зависит от положения штока.
Запуск двигателя
При запуске двигателя В3 отключается, а В1 включается.
Ток от батареи АК будет поступать на две секции L1 и L3 одновременно (в зависимости от положения контактов 172 и 173). Ток пойдет через эти секции в одном направлении и произведет намагничивание сердечников 69 и 74 (цилиндры), и поршни втянутся в эти секции, и вместе с этим переместится шток с рабочим поршнем 41. В полостях 59, 84 и 87 будет происходить сжатие. Как только поршень дойдет до ВМТ, контакты выключателя В2 (фиг.21) перекинутся штоком на другую пару контактов 173. Ток от источника АК будет поступать на другую пару секций (катушек) L2 и L4, которые также произведут намагничивание своих половин цилиндров, и все поршни со штоком передвинутся в обратном направлении. Сжатие будет происходить в полостях 58, 49 и 90. Как только поршни окажутся в НМТ, контакты 173 отключатся и включатся контакты 172. Процесс будет повторятся до тех пор, пока в одной из рабочих камер не произойдет вспышка рабочей смеси от свечей зажигания 66 и 67 (фиг.12). Магнитный рабочий поршень 41 будет наводить эдс в секциях 46 и 47, от которой импульсы тока будут подаваться на первичную обмотку индукционной катушки ИК (фиг.12), в цепь которой установлен прерыватель 68, который производит соединение цепи в тот момент, когда в одной из полостей рабочего цилиндра будет происходить завершение сжатия в моменты ВМТ и НМТ. Если прерыватель 68 замкнет контакт с ВМТ (фиг.12) или с НМТ, то конденсатор С будет разряжаться через первичную обмотку ИК, и ток во вторичной обмотке пойдет двумя путями. Ток J1 пойдет через диод Д1, обмотку возбуждения, свечу зажигания 67 и на корпус. Ток J2 пойдет через диод Д2, обмотку возбуждения, свечу зажигания 66 и на корпус.
При воспламенении рабочей смеси в полости 174 одновременно с магнитным полем поршня будет взаимодействовать с секцией 46 магнитное поле плазмы, которое будет создавать эдс в одном направлении, и ток пойдет по стрелке (сплошной) от контакта 62 через обмотку 46, конденсатор С, обмотку 47 и на контакт 63. Конденсатор заряжается или перезаряжается.
При воспламенении рабочей смеси в полости 175 магнитное поле плазмы будет наводить эдс в обмотке 47 и ток пойдет по стрелке (пунктирной) от контакта 63 через обмотку 47, конденсатор С, обмотку 46 и на контакт 62. Одновременно по такому же пути будет проходить ток, наводимый магнитным рабочим поршнем. Поршень при переходе от НМТ к ВМТ или наоборот будет наводить эдс в обмотках 46 или 47.
После запуска двигателя В1 выключается, а В3 включается.
Для осуществления вертикального подъема включаются В4 и В5, а для осуществления передвижения в горизонтальной плоскости включается переключатель В6. Регулировка оборотами электродвигателей осуществляется регуляторами тока R1, R2 и R3. Импульсы тока, поступающие с обмоток возбуждения, имеют переменную полярность и при поступлении их на обмотки статора и ротора электродвигателей одновременно, создают вращение одного направления. Для того чтобы изменить направление вращения, необходимо изменить направление тока в якоре (роторе) или в обмотке возбуждения (статоре), для этого необходимо перекинуть клеммы ротора 137 и 138 местами (не показано). Переменные импульсы тока будут поступать на входы 143 и 144 и подаваться на обмотку ротора 134 и на две статорные обмотки 158 и 159 каждого двигателя одновременно (фиг.21). В результате этого магнитное поле ротора тоже будет меняться и будет меняться его полярность (фиг.15 и 16), причем полярность ротора будет меняться сразу по всей торцевой поверхности (аналогично обычной катушке). Переменное магнитное поле, образованное в поперечном направлении плоскости вращения ротора, будет пересекать проводники с током, расположенные с двух сторон ротора 158 и 159 (фиг.13 и 14) в радиальной плоскости, при взаимодействии магнитного потока ротора, проходящего по стрелке N-S, созданного сердечником 133, с электрическим полем проводников 158 и 159 будет создаваться крутящий момент. Магнитное поле от сердечника 133 будет проходить через радиально расположенные проводники 158 и 159, сердечник 160, стенки статора 155 и 156 и замыкаться через цилиндрический корпус 157. Для того чтобы частично экранировать кратчайший путь, проходящий через зазор между сердечником 133 и корпусом 157, установлен по окружности ротора экран из медной шины 135.
На фиг.13 показано крестиком, как магнитный поток Ф пересекает проводники с током одной секции, проходящим в радиальном направлении к центру (стрелка J), согласно правилу левой руки вращение ротора будет происходить по часовой стрелке.
При поперечном магнитном потоке Ф направление тока на обоих сторонах статора должно быть одного направления.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ | 2009 |
|
RU2415780C1 |
| ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА | 2003 |
|
RU2254661C1 |
| ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА | 2003 |
|
RU2280941C2 |
| ШИБЕРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ | 1999 |
|
RU2164303C2 |
| СИЛОВАЯ ГИБРИДНАЯ УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ) | 2017 |
|
RU2705320C1 |
| ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С КАЧАЮЩИМСЯ РОТОРОМ-ПОРШНЕМ | 2003 |
|
RU2249701C1 |
| СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ | 2012 |
|
RU2500906C1 |
| ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ДВИГАТЕЛЕМ СТИРЛИНГА | 2012 |
|
RU2550228C2 |
| ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР С ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ | 1990 |
|
RU2041393C1 |
| СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ | 2012 |
|
RU2503837C1 |
Изобретение относится к винтокрылым летательным аппаратам (ЛА) с вертикальным взлетом и посадкой. ЛА включает в себя двигатель с силовой передачей, воздушные винты и крылья. В качестве первичного двигателя использован одноцилиндровый двухтактный двигатель внутреннего сгорания двойного действия с двумя нагнетательными цилиндрами, соосно расположенными с двух сторон от рабочего цилиндра. Рабочий и нагнетательные цилиндры снабжены магнитными поршнями, установленными на одном штоке, шарнирно связанном с механизмом преобразования прямолинейного движения штока в возвратно-поступательное движение. В качестве преобразователя механической энергии в электрическую использованы двухсекционные обмотки возбуждения, установленные на внешних поверхностях рабочего и нагнетательных цилиндров и взаимодействующие с магнитными поршнями. Обмотка возбуждения рабочего цилиндра электрически связана с первичной обмоткой индукционной катушки зажигания. Обмотки возбуждения нагнетательных цилиндров электрически связаны со статорными обмотками электродвигателей, расположенными на статорных стенках, и роторными обмотками, встроенными в окружные поверхности ободов воздушных винтов. Предложенный ЛА имеет малогабаритную конструкцию, прост в эксплуатации, безопасен и надежен. Обеспечено хорошее круговое обозрение, предусмотрена возможность посадки ЛА на воду. 2 з.п. ф-лы, 21 ил.
| RU 2001836 C1, 30.10.1993 | |||
| US 4702437 A, 27.10.1987 | |||
| Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов | 1917 |
|
SU2A1 |
| СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КОНСЕРВОВ "СУП ИЗ КУРИНЫХ ПОТРОХОВ" | 2006 |
|
RU2315524C1 |
