ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО "АВТОЛЕТ" Российский патент 2009 года по МПК B60F5/02 

Изобретение относится к области транспортных средств с сухопутным и воздушным режимами движения.

В качестве функционального аналога существует изобретение по патенту US 5203520 /США/. Техническое решение известного изобретения заключается в применении в автомобильной конструкции вертолетного привода с несущим винтом, причем лопасти несущего винта выполнены телескопическими, а силовой привод к несущему и рулевому винтам обеспечивается на основе автомобильного двигателя. Недостатком известного изобретения являются силовые кинематические цепи большой протяженности, склонные к вибрациям, нередко разрушительным, и телескопические лопасти с расположенными в их внутренних полостях механизмами перемещения телескопических звеньев. Трубчатая их конструкция не позволяет обеспечить необходимые прочностные характеристики, в связи с чем о промышленной применимости известного изобретения можно говорить только в чисто гипотетическом аспекте. Конкретные недостатки вертолетного механизма известного изобретения приводятся ниже.

1. Как известно, индуктивная мощность лопастей вертолета составляет N=TV. Удельная нагрузка на ометаемую несущим винтом площадь составляет Р=Т/F_H. Если величину Р взять на уровне моря, то . Величину Р принимают равной 250 н/м², что дает значение V=10,2 м/с. Приравнивая вес аналога к весу среднего легкового автомобиля, т.е. равным 1500 кг, получаем значение тяги Т=14714 н. Следовательно, индуктивная мощность равна 150 кВт.

Полученная мощность составляет примерно 60% всей мощности на режиме висения. Остальная мощность идет на преодоление профильного сопротивления лопастей, на работу рулевого винта, потери в трансмиссии, обдувку вертолета и др. Учитывая крайне низкое аэродинамическое качество автомобильной части известного изобретения, можно принять, что величина потерь будет не менее половины мощности на режиме висения, тогда вся мощность на режиме висения будет равна 300 кВт или порядка 400 л.с. При этом следует заметить, что реальная автомобильная конструкция при такой мощности силовой установки будет иметь вес более 1500 кг.

2. При удельной нагрузке на ометаемую поверхность Р=250 н/м² общая сметаемая площадь составит F=T/P, т.е. 60 м². Следовательно, длина лопастей составит порядка 4,5 м. В известном изобретении лопасти выполнены с телескопическими звеньями. Эти телескопические пустотелые звенья должны в основном воспринимать нагрузку, равную 1500 кг. Однако в полете нагрузка может возрастать в два-три раза за счет случайных воздушных потоков. Следовательно, телескопические пустотелые лопасти должны быть рассчитаны на возможную нагрузку до 4500 кг.

При полете на лопасти действует еще центробежная сила. Например, у вертолета Ка-26 при тяге винта 3250 кг и оборотах винтов 300 об/мин центробежная сила на верхних лопастях достигает величины 7419 кг, на нижних - 7359. Длина лопастей Ка-26 в 1,4 раза больше, чем у аналога, однако телескопическая конструкция значительно снижает их подъемную силу, что потребует увеличения числа оборотов лопастей, к тому же телескопическая механизация лопастей увеличивает их вес, поэтому величину центробежной нагрузки нельзя считать меньшей 7000 кг. Прочностные характеристики нормальных лопастей при указанных нагрузках обеспечиваются на основе специальных технологий их производства. Пустотелые телескопические конструкции лопастей таких нагрузок не выдержат.

3. Известно, что при летных углах атаки примерно 70% подъемной силы приходится на подсасывающие силы, действующие на верхние поверхности лопастей, и только 30% на поддерживающие силы за счет давления на нижние поверхности. Это означает, что при нагрузке на несущую поверхность аналога от 15000 н до 45000 н на верхнюю поверхность пустотелых лопастей будет действовать подсасывающая сила от 10500 н до 31500 н, в то время как действующая на нижние поверхности поддерживающая сила будет равна от 4500 н до 13500 н. Таким образом, разность сил составит от 6000 н до 18000 н, что с большой вероятностью приведет к опасной деформации и разрушению телескопических пустотелых лопастей.

Техническим результатом заявляемого изобретения является создание транспортного средства /ТС/ с возможностью движения как по сухопутным дорогам, так и полета над территориями, абсолютно недоступными для любого вида сухопутного транспорта.

Указанный технический результат достигается тем, что заявляемое ТС "Автолет" оснащается как сухопутными средствами движения, так и средствами полета, содержащими выносные турбовентиляторы с изменяемый вектором тяги, газогенераторы в качестве газового привода турбовентиляторов, газоструйные рули, газопроводы, объединенные в единую газопроводную систему, механизмы управления турбовентиляторами и газовыми рулями, причем движение в сухопутном режиме обеспечивается независимыми энергосиловыми и управляющими механизмами. С целью снижения веса ТС производят снижение мощности двигателя и массы связанных с ним механизмов. При наличии средств полета нет необходимости обеспечивать высокие скорости ТС при движении по сухопутным дорогам. Тяжелые участки, например проселочных дорог, преодолевают в полетном режиме. В принципе возможно применение двигателей с воздушным охлаждением, а также вариаторов.

В качестве газогенераторов в ТС "Автолет" более целесообразно применить ТРД с центробежными компрессорами. Они обладают сравнительно высокой степенью повышения давления в одной ступени, конструктивной простотой и существенно меньшим числом деталей, более благоприятной характеристикой, меньшей чувствительностью к условиям эксплуатации по сравнению с осевыми. Применение центробежных компрессоров особенно оправдано в газогенераторах малых размеров, что как раз имеет место в заявляемом изобретении. Центробежная ступень устанавливается вместо нескольких осевых, у которых из-за малых высот рабочих лопаток в этом случае особенно сказывается влияние радиальных зазоров над лопатками. И хотя в общем случае КПД центробежной ступени несколько меньше осевой в газогенераторах малых размеров центробежный компрессор может иметь КПД даже выше, чем осевой.

Сходные замечания можно сделать и относительно газовых турбин. При небольших расходах рабочего тела, т.е. в маломощных газогенераторах, радиальные турбины могут быть предпочтительнее.

Оптимальная конструктивная схема заявляемого изобретения ТС "Автолет" представляется следующей. Наилучшим расположением полетного комплекса /ПК/ является его размещение поверх ТС. При таком его расположении обеспечивается необходимая устойчивость в полете. В качестве газогенераторов следует применять ТРД с центробежными компрессорами и радиальные турбины. Их весовые и габаритные характеристики позволяют расположить их на ПК и сократить длину газопроводов.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, на которых показан пример исполнения ТС "Автолет" с поворотной подвижной рамой с именяемой геометрией /ПРИГ/ и размещенными на ней центробежными газогенераторами и турбовентиляторами.

Фиг.1 - TC "Автолет" в режиме полета.

Фиг.2 - ТС "Автолет" в сухопутном режиме движения.

Заявляемое ТС /фиг.1, 2/ содержит корпус 1, выполненный по автомобильной схеме, поверх которого расположен полетный комплекс в составе поворотной подвижной рамы с изменяемой геометрией, газогенераторов, турбовентиляторов, несущей и балансировочной платформ и газоструйные рули. Поворотная подвижная рама с изменяемой геометрией содержит центральную часть 2 и две боковые части 3 с турбовентиляторами, связанные с центральной частью через штанги 4, которые перемещают в боковых пазах центральной части 2. Центральная часть ПРИГ расположена на балансировочной платформе 5 и связана с ней через поворотный круг /показан штриховой линией/ с возможностью поворота его в кольцеобразном пазу балансировочной платформы 5. Балансировочная платформа расположена в продольных пазах 6 несущей платформы 7, жестко связанной с корпусом 1.

Поверх центральной части ПРИГ расположены газогенераторы 8, связанные с единой газопроводящей магистралью, через которую газовый поток подается на турбовентиляторы 9 на боковых частях 3 и на газоструйные рули 10. Турбовентиляторы 9 и газоструйные рули 10 связаны с единой газопроводящей системой через телескопические стыковочные узлы 11 и 12, снабженные уплотнительными кольцами. Изменение вектора тяги турбовентиляторов 9 производят путем их поворота вокруг трубчатых осей 13 и цапф 14. Продольное перемещение боковых частей производят через гидропривод 15.

Управление ТС в полетном режиме производят с помощью газоструйного насадка 10 и выдвижных заслонок турбовентиляторов /не показаны/. Газоструйный насадок 10 содержит продольное 16 /фиг.2/ и поперечное 17 сопла и подвижную газовую заслонку 18. Технология управления состоит в полном или частичном перекрытии газовой заслонкой сопел и в повороте газоструйного насадка вокруг продольной оси. Выдвижные заслонки турбовентиляторов при выдвижении уменьшают площадь их проходного отверстия и тем самым подъемную силу правого или левого турбовентиляторов 9, что и приводит к устранению возникшего в полете крена ТС.

Сухопутный /автомобильный/ режим особенностей не имеет и в каких-либо пояснениях не нуждается.

Переход ТС к полетному режиму выполняют следующим образом.

1. Производят разворот ПРИГ поперек ТС и фиксируют ее в этом положении.

2. Выдвигают боковые части 3 ПРИГ и фиксируют их положение.

3. Производят запуск газогенераторов.

4. Определяют центр тяжести ТС, совмещают с ним ПРИГ и пробными "подскоками" производят корректировку ее положения.

5. Форсируют работу газогенераторов, производят взлет и путем изменения вектора тяги турбовентиляторов переходят в горизонтальный полет.

При переходе к сухопутному режиму после посадки производят останов газогенераторов, сдвигают боковые части ПРИГ к центру, поворачивают ПРИГ вдоль ТС и фиксируют все подвижные части.

Изобретение относится к области транспортных средств с сухопутным и воздушным режимами движения. Транспортное средство содержит полетный комплекс в составе подвижной подъемно-несущей плоскости с встроенными в нее газогенераторами (8), турбовентиляторами (9) с изменяемым вектором тяги, балансировочной платформы (5), связанной с подъемно-несущей плоскостью через осевой поворотный механизм, и продольных направляющих с продольными пазами (6), расположенных на несущей платформе (7) поверх корпуса (1) транспортного средства, с возможностью продольного перемещения в них балансировочной платформы (5) и совмещения подъемно-несущей плоскости с центром тяжести транспортного средства. Транспортное средство также содержит трубопроводы газогенераторного газового привода турбовентиляторов (9), объединенные в единую газопроводящую магистраль, газоструйные рули (10) и систему управления полетным комплексом и газоструйными рулями (10). Движение в сухопутном режиме обеспечивают независимыми энергосиловыми и управляющими механизмами автомобильного типа. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей транспортного средства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Транспортное средство с сухопутным и воздушным режимами движения, выполненное на основе автомобильного и летательного механизмов, отличающееся тем, что содержит полетный комплекс в составе подвижной подъемно-несущей плоскости с встроенными в нее газогенераторами, турбовентиляторами с изменяемым вектором тяги, балансировочной платформы, связанной с подъемно-несущей плоскостью через осевой поворотный механизм, и продольных направляющих с продольными пазами, расположенных на несущей платформе поверх корпуса транспортного средства, с возможностью продольного перемещения в них балансировочной платформы и совмещения подъемно-несущей плоскости с центром тяжести транспортного средства, трубопроводы газогенераторного газового привода турбовентиляторов, объединенные в единую газопроводящую магистраль, газоструйные рули и систему управления полетным комплексом и газоструйными рулями, причем движение в сухопутном режиме обеспечивают независимыми энергосиловыми и управляющими механизмами автомобильного типа.

2. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что газоструйные рули содержат газоструйный насадок, связанный с единой газопроводящей магистралью, с продольным и поперечным соплами и газовой заслонкой с возможностью поворота газоструйного насадка вокруг продольной оси с одновременным перекрытием газовой заслонкой полным одного или частичным обоих сопел.