ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ (МАХОЛЕТ ГОРШКОВОЙ) И ПОВОРОТНОЕ КРЫЛО ДЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2012 года по МПК B64C31/00 B64C33/00 

1. Энциклопедический словарь юного техника. - М.: Педагогика, 1987.

2. Журнал «Техника молодежи» 1978-2007 гг.

3. Патент 2253595 Государственный реестр изобретений РФ. - 10 июня 2005 г.

ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ

(махолет Горшковой)

Изобретение относится к авиации, в частности к махолетам.

Область применения: спорт, туризм, аттракционы, транспортные средства.

Аналогами служат летательные аппараты Леонардо да Винчи, Липпиша, Хартмана. Махолеты Пушкина [2, №3-02], Дукаревича [2, №1-02]. Достичь цели полета как птица не удалось никому, т.к. они оказались не под силу руке человека, были громоздки, тяжелы, а принцип действия прямого крыла при взмахе - не эффективен.

Прототипом изобретения принимается мускулолет [3], имеющий воздушный шар, аэродинамический движитель (геликоптер), систему передач, гондолу, что делает аппарат тяжелым, громоздким, материалоемким, дорогостоящим, не соответствующим предлагаемому механизму действия.

Задачей изобретения является создание летательного аппарата с машущим крылом и осуществление мечты человека полететь как птица, своими силами.

Решение поставленной задачи достигается сочетанием машущего крыла нового принципа действия и конструкции (поворотного) с компенсатором веса (к.в.).

Компенсатор веса представляет емкость с гелием в форме цилиндра, оканчивающегося конусами, на одном из которых - вертикальное хвостовое оперение. К днищу компенсатора веса приваривается из легкого материала подвеска, в которой размещается и крепится с помощью ремней (или специальных приспособлений) пилот.

Руки пилота соединены с поворотным крылом через плату с отверстиями для пальцев, жесткой манжетой для запястья и застежками.

Плата зажимается кистью руки. На плате может быть смонтировано сенсорно управляемое устройство, с помощью которого регулируется, например, степень вогнутости крыла, работа застежек и др. На ногах - упругие из легкого материала ласты.

Компенсатор веса обеспечивает подъемную силу аппарата, недостающую при взмахе крыльев. При малых скоростях сопротивлением корпуса компенсатора можно пренебречь.

Параметры компенсатора веса

Рассчитываются исходя из массы полезной нагрузки и подъемной силы крыльев.

V_к.в=(m-Р_к)/Р_Ге

где V_к.в - объем компенсатора веса,

m - масса аппарата (без оболочки компенсатора веса),

Р_к - подъемная сила крыльев,

P_Гe - подъемная сила гелия.

Линейные параметры компенсатора веса эластичны и находятся в обратной зависимости от параметров крыла.

Например: масса аппарата - 90 кг,

в т.ч. пилота 80-82 кг,

оснастка 8-10 кг,

(в т.ч. - подвеска 5-7 кг

- крылья 3-4 кг).

Подъемная сила крыльев 69 кг (см. раздел «Поворотное крыло»)

V_к.в=(90-69)/1,15=18,3 м³.

Принимаем диаметр к.в.=2,2 м,

высота конусов=1,7 м,

тогда объем конусов:

V_к=πℜ²·h/3=3,14·1,1²·1,7/3=2,15·2=4,3 м³.

Объем цилиндра

V_ц=18,3-4,3=14 м³,

исходя из формулы объема цилиндра V_ц=πℜ²·ℓ

находим его длину - ℓ.

ℓ_ц=V_ц/πℜ²=14/3,14·1,1²=3,7 м.

Общая длина компенсатора веса ≈7,1 м, что значительно меньше других безмоторных летательных аппаратов, в т.ч. воздушного шара, махолетов Пушкина и Дукаревича, планеров, дельтапланов.

Параметры аппарата могут быть изменены. При использовании резервов крыла (см. «Поворотное крыло») параметры компенсатора веса могут быть уменьшены и, наоборот, реальное увеличение параметров компенсатора веса приведет к уменьшению нагрузки на крыло, комфортности полета.

Оптимальные размеры элементов летательного аппарата могут быть уточнены опытно.

Форма компенсатора веса в части цилиндра может быть слегка вогнутой, что повысит его парусность, тем самым заинтересованность экстремалов для игры на воздушных потоках.

Разновекторность полета аппарата обеспечивается сочетанием вертикальной подъемной силой гелия и разных стилей маха крыльев («птичий», «брасс», «кроль»).

Мягкость посадки аппарата осуществляется обратным действием крыла в «птичьем» стиле.

Парковка реальна на крыше домов или даже на балконе (домов новой планировки). Общественные стоянки экономичны по площади и представляют собой ажурную башню неограниченной высоты. Ее разработка не входит в регламент описания.

Риски полета минимальны по сравнению с полетами на дельтаплане, пароплане, кейте. При неполадках последних пилот сталкивается с твердой средой, что чревато летальным исходом. Предлагаемый аппарат имеет поплавковую форму (по сути) и как бы пилота ни бросало, он всегда вернется в первоначальное состояние, а воздушная среда - мягкая субстанция. Конструкция аппарата крайне проста, следовательно, вероятность поломок минимальна.

Аппарат экономичен, экологически чист (в т.ч. бесшумен и др.).

1. Иллюстрированная энциклопедия птиц./Танзик Я. - М., 2005.

2. Журнал «Техника молодежи», 1978-2007 г.

3. Энциклопедия для детей (птицы и звери). - М.: Аванта, 2003.

4. Патент №2253595, Государственный реестр РФ. 10 июня 2005.

ПОВОРОТНОЕ КРЫЛО

Область применения: летательные аппараты с машущим крылом.

Аналогами служат устройства для полета своими силами разных лет и авторов, в т.ч. Хараханова (1935), Шмидта (1935), Валентена (1950), Пренчича (1956) [2, №6 - 1978].

Ни одно устройство не позволило достичь технического результата - полета, т.к. не хватило сил удержать собственный вес, заламывало руки, кружило, срывало в штопор и пр. Большим недостатком являлась потребность во вспомогательной технике для подъема на высоту. Аналог принципа действия предлагаемого крыла автору не известен.

Прототипом изобретения принимается устройство Г.Шмидта [2, №6 - 1978], которое кроме вышеперечисленных недостатков имеет неэффективную конструкцию крыла в силу следующих причин: малая площадь кистевой части крыла; пониженный коэффициент полезного действия боковой части крыла, которая к тому же ограничивает его маневренность; крыло не обеспечивает гашения сопротивления воздушной среды при движении крыла вверх при взмахе и др.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание крыла нового принципа действия и конструкции, позволяющего совместно с компенсатором веса (емкость с Ге) достичь технический результат - полет человека своими силами - как птица, без вспомогательной техники.

Основанием изменения принципа действия крыла (внутри маха) явилось изучение его устройства и полета птиц по источникам, в т.ч. [3, С.19], где четко видно, что крыло птицы как бы подламывается при движении крыла в точке Т. Площадь сопротивления при движении крыла вверх уменьшается. "Результат цикла махом - полет.

Разбор прочих тонкостей работы крыла птицы не входит в регламент описания.

Решение поставленной задачи достигается тем, что крыло из легкого прочного материала целостно (соединены кистевая и боковая части) сложной формы, имеющей: а) переднюю часть в виде треугольника, обеспечивающего обзор пилоту, б) основную часть, в виде эллипса, в) боковую часть в виде квадрата.

По периметру основной части крыла пропущена жила для придания ей вогнутой (чашеобразной) формы, повышающей эффективность крыла.

Крыло крепится на жесткую плату с отверстиями для пальцев руки. На плате монтируется управляющее устройство, позволяющее, например, сенсорно регулировать степень вогнутости крыла.

Возможно управление другими элементами крыла и аппарата (например, застежками, усилителем), что не входит в регламент описания.

Рука в целом соединена с площадью крыла ремнями или застежками.

Главный существенный, не имеющий аналога признак нового - поворотного крыла - оно может принимать вертикальное положение путем поворота кисти руки на 90°, что приводит к почти полной ликвидации сопротивления воздушной среды при взмахе крыла вверх.

Прямое крыло, применяемое во всех летательных аппаратах в режиме маха, работает практически в холостую, т.к. свойство воздушной среды в локальном пространстве и времени однородно, т.е. при движении вверх и при движении крыла вниз она оказывает равное сопротивление. Возникает «топтание» на месте. Это является одной из главных причин, почему махолеты разных авторов и конструкций не взлетают. В т.ч. Леонардо да Винчи, Липпиша, Пушкина [3, №3. - 2002], Дукаревича [3, №1. - 2002].

Предложенное поворотное крыло, маневренно, т.к. дает возможность использовать разные стили маха («птичий», «брасс», «кроль») и их сочетание, чем достигается технический результат - разновекторный полет аппарата в целом.

ПАРАМЕТРЫ ПОВОРОТНОГО КРЫЛА

Рассчитаны исходя из подъемной силы крыла птиц, ритм и частота взмаха которых наиболее подходящие для человека, а т.к. человек может варьировать махом, взято несколько различных птиц, в т.ч. кондор [3, стр.31], гусь [3, стр.64], орлан [3, стр.74], см. таблицу.

Таблица Птица масса, кг Размах крыльев м Параметры крыла (≈) Площадь 2-х крыльев, м² Подъемная сила, кг/м² Кондор 12 3 0,75 16 Орлан 9 2,5 0,50 18 Гусь 3,5 1,4 0,16 21,8 В среднем         18,6

Примерный расчет параметров крыла.

Площадь крыла

а) передняя часть 70·70/2=0, 245 м²,

б) основная часть - треугольник (70+70)·120/2=0,840 м²

- сегменты 145·20·2/2=0,290 м²,

в) боковая часть 70·70=0,490 м².

Общая площадь крыльев 3,73 м².

Подъемная сила крыльев 3,73·18,6≅69 кг.

Резервы увеличения подъемной силы крыльев: вогнутость основной части крыла; ласты; очевидное превосходство силы руки человека над силой крыла птицы; возможное увеличение параметров крыла; не исключается вариант применения усилителя на пероксиде водорода [2, №3 - 2002], который может быть использован для адаптации аппарата к пилоту с меньшей силой руки (женщинам, юношам).

Принцип действия поворотного крыла на примере стандартного птичьего маха

(при влете с небольшой платформы)

Начальная точка отсчета - крыло горизонтально. Энергичным движением рука идет вниз до конечной точки маха, где кистью руки крыло поворачивается на 90° и, не встречая сопротивления (практически) воздушной среды, рукой поднимается в начальную точку и вновь поворотом руки на 90° возвращается в горизонтальное положение. Начинается второй цикл (мах крыла) и т.д.

Результат действия полет.

Указанный принцип действия поворотного крыла позволяет применить различные стили маха, в т.ч. «брасс», «кроль» (на подобии плавательных умеющему плавать это легко понять) добавляется только необходимость поворота кисти руки на 90° в конечных точках маха. Движение руки пилота вдоль туловища.

Сочетание вертикальной силы компенсатора веса с силами, возникающими при повороте крыла на 90°, при разных стилях, дает технический результат - разновекторный полет летательного аппарата.

Поворотное крыло обозначенной конструкции и параметров предназначено для безмоторного летательного аппарата с компенсатором веса (емкостью с Ге).

Описание чертежей

На фиг.1 изображен летательный аппарат, вид сбоку; на фиг.2 изображена схема действия крыла птицы; на фиг.3 - вид плоскости крыла; на фиг.4 - вид жесткой платы с тыльной стороны руки; на фиг.5 - «птичий» (стандартный) стиль маха; на фиг.6 - стиль «брасс»; на фиг.7 - стиль «кроль».

Летательный аппарат (фиг.1) содержит: компенсатор веса (емкость с гелием) 1, пилота 2, поворотное крыло 3, ласты 4, подвеску 5, хвостовое оперение 6.

Поворотное крыло 3 (фиг.3) состоит из: передней части а); основной части б); боковой части в); платы 7, застежек 8 для крепления крыла к руке. Крыло в целом обтянуто легкой прочной тканью.

Жесткая плата 7 (фиг.4) крепится к крылу болтами 9, имеет отверстия для пальцев 10, сенсорно управляемое устройство 11, манжету для запястья 12.

Свои функции летательный аппарат и поворотное крыло выполняют следующим образом: пример взлета с невысокой платформы, на которой пилот размещается горизонтально.

При начальной точке отсчета (фиг.5 поз.1) крыло горизонтально, рука в верхнем положении. Энергичным движением руки («птичьим» стилем) крыло идет вниз, где поворотом кисти руки на 90° приобретает вертикальное положение (фиг.5, поз.2) (гася этим сопротивление среды), возвращается в начальную точку отсчета и поворотом руки на 90° вновь приобретает горизонтальное положение. Цикл повторяется.

Совместно с подъемной силой гелия возникает вертикальный вектор полета.

Горизонтальный вектор осуществляется стилями «брасс» (фиг.6) и «кроль» (фиг.7), с тем же принципом действий - поворотом кисти руки на 90° в конечных точках маха. При этом движение руки вдоль туловища. Различным сочетанием стилей маха и подъемной силы компенсатора веса обеспечивается желаемый вектор полета.

Изобретение относится к области авиации, в частности к махолетам. Летательный аппарат содержит компенсатор веса, подвеску, прикрепленную к днищу компенсатора, выполненную из ремней или легких штанг, платы с приваренными к ним поворотными крыльями, ласты. Компенсатор веса имеет форму цилиндра, оканчивающегося с двух сторон конусами, и заполнен гелием. Поворотное крыло представляет собой легкую конструкцию в виде кругового сектора ≈315°, содержащую плату с отверстиями для пальцев руки, служащую для соединения крыла с рукой. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

1. Летательный аппарат, содержащий компенсатор веса (емкость с гелием), отличающийся тем, что компенсатор веса имеет форму цилиндра, оканчивающегося конусами, содержит платы с приваренными к ним поворотными крыльями, подвеску из ремней, прикрепленных непосредственно к днищу компенсатора веса, или легких штанг, ласты.

2. Поворотное крыло, представляющее собой легкую конструкцию в виде кругового сектора ≈315°, содержащую плату с отверстиями для пальцев для соединения крыла с рукой.