ПОДЪЕМНОЕ КРЫЛО-ДВИЖИТЕЛЬ Российский патент 2013 года по МПК B64C3/00 B64C29/00 

Изобретение относится к конструкциям крыльев летательных аппаратов тяжелее воздуха, движителей, непосредственно воздействующих на воздух или воду, двигателей привода судовых или воздушных движителей и может быть использовано в авиации, судостроении, а также в качестве двигательно-движительного устройства для транспортных средств-амфибий, например, вместо транспортных средств на воздушной подушке, где использование последних затруднено ввиду засоренности кустарником и тому подобное.

Общеизвестно возникновение подъемной силы крыла самолета, обусловленное изменением давления в воздушном потоке, обтекающем крыло, объясняемое законами аэродинамики: законом неразрывности и законом Бернулли. То есть возникновение подъемной силы крыла самолета возможно лишь в набегающем на крыло воздушном потоке (см. книгу В.Ф.Павленко и др."Боевая авиационная техника". М.: "Военное издательство", 1984, с.25…29).

Недостатком такого технического решения является необходимость создания набегающего воздушного потока, что обычно осуществлено путем разбега аппарата для взлета и пробега, для мягкой посадки, а для этого необходим аэродром.

Наиболее близким техническим решением является машущее крыло, как в живой природе, где под крылом во время взмаха создается область повышенного давления воздуха, а над крылом пониженного, в результате чего и возникает подъемная сила. В данном случае нет необходимости в создании набегающего потока воздуха, но технически достаточно сложно изготовить крыло по аналогии с крылом птицы, обеспечив еще и тягу в направлении движения.

Целью изобретения является обеспечение возможности летательному аппарату тяжелее воздуха производить взлет и посадку без разбега, а также создание класса транспортных машин при полете, использующих эффект подпора, как в экранопланах вплоть до непосредственного касания движителем опорной поверхности и, кроме того, для увеличения подъемной силы использовать большую часть площади проекции аппарата на горизонтальную плоскость.

Поставленная цель осуществлена тем, что крыло выполнено в виде пустотелого корпуса, образованного передней, задней, верхней, нижней и боковыми стенками, который заполнен газом, причем передняя и верхняя стенки этого корпуса выполнены жесткими и жестко соединены между собой, а нижнюю и заднюю стенки образует эластичное полотнище, которое герметично соединено с нижним краем передней и задним краем верхней стенок а также с боковыми стенками. Между передней и верхней стенками внутри корпуса дополнительно установлен импульсный генератор тепла. В начальный период в герметичном объеме пустотелого корпуса крыла давление меньше атмосферного и под его действием эластичное полотнище утоплено в объеме крыла, образованного жесткими передней и верхней стенками. Затем импульсный генератор тепла начинает нагревать газ, объем его согласно закону Гей-Люссака увеличивается, эластичное полотнище волнообразно от передней к задней части крыла распрямляется, воздействуя на находящийся под крылом воздух, уплотняя его, и опираясь на этот уплотненный воздух, поднимает крыло и перемещает его согласно с движением волны эластичного полотнища в направлении движения. По окончании цикла нагрева газа вследствие его расширения с потерей тепла от расширения, а также из-за теплообмена с окружающей средой объем газа уменьшится и полотнище вновь утопает в объеме крыла. Далее цикл повторяется.

Для увеличения быстродействия на передней стенке выполнено впускное окно с впускным клапаном, а на задней стенке выполнено выпускное окно отработанных газов. Импульсный генератор тепла содержит топливоподающую форсунку, которая обеспечивает образование топливовоздушной смеси около внутренней поверхности передней стенки, и систему зажигания этой смеси. В этом случае при поджигании при закрытом впускном клапане смеси температура ее повышается, часть тепла передается находящемуся внутри герметичной камеры воздуху, общий объем продуктов сгорания и нагретого газа увеличивается, эластичное полотнище волнообразно распрямляется, приподнимая и перемещая крыло. Достигнув выпускного окна, газы выходят наружу также и под дополнительным воздействием давления наружного воздуха на эластичное полотнище при планировании крыла. Далее из-за дальнейшего расширения газа и теплообмена с окружающей средой его температура и объем еще более снижаются и внутри корпуса крыла образуется разрежение. Открывается впускной клапан и во внутреннюю полость крыла поступает свежий воздух для горения топлива, а остаточные газы и порция свежего воздуха вновь образуют рабочее тело. Цикл повторяется. При полете и достаточной площади крыла большую часть времени летательный аппарат находится в режиме парения, что значительно снижает расход топлива.

Изобретение пояснено схемами. На фиг.1 изображено сечение крыла в начальный период, на фиг.2 - сечение крыла в фазе его подъема и перемещения.

Крыло в сечении образует замкнутый пустотелый корпус, который образуют передняя жесткая стенка 1, которая жестко соединена с верхней жесткой стенкой 2. Нижнюю эластичную стенку 3 и заднюю эластичную стенку 4 образует общее эластичное полотнище, передний конец которого герметично соединен с нижним краем передней стенки 1, а задний конец этого полотнища также герметично соединен с задним краем верхней жесткой стенки 2. Импульсный генератор тепла 5 установлен в передней части крыла между стенками 1 и 2. F₁ - сила атмосферного давления на стенки 3 и 4, F₂ - подъемная сила, F₃ - сила движения. На передней жесткой стенке 1 выполнено впускное окно с впускным клапаном, а на задней стенке 4 выполнено выпускное окно. Импульсный генератор тепла 5 содержит топливоподающую форсунку и систему зажигания, образованную форсункой в находящемся между стенками 1 и 2 в передней части крыла воздухе топливовоздушной смеси.

Работает описываемое подъемное крыло-движитель следущим образом. В воздух, находящийся во внутреннем объеме крыла, ограниченном стенками 1, 2, 3 и 4 форсункой импульсного генератора 5, впрыскивается топливо, которое образует с находящимся там воздухом топливо-воздушную смесь, которая системой зажигания поджигается в передней части крыла. Под воздействием тепла, выделившегося при сжигании порции топлива, впрыснутого форсункой, объем газа, содержащегося в продуктах сгорания, так и в части воздуха, не участвовавшего в горении, образующий рабочее тело, нагревается, объем его согласно закону Гей-Люссака увеличивается и он заполняет постепенно весь внутренний объем крыла, образуя волну на поверхности эластичного полотнища, на схеме фиг.2 обозначенную силой F₃, которая возникает на эластичном полотнище и продвигается от передней к задней стенке крыла. Распрямляясь, полотнище воздействует на находящийся под ним воздух с силой F₂, которая совместно с возникающей над крылом при его движении аэродинамической силой и создает подъемную силу, а бегущая по эластичному полотнищу волна своим гребнем воздействует на находящийся под крылом воздух обеспечивает возникновение движущей силы. На фиг.2 место действия этой силы обозначено F₃, под действием которой и происходит перемещение крыла в пространстве в направлении требуемого движения. По достижении рабочим телом при распрямлении задней части полотнища, образующей заднюю стенку 4 крыла, рабочее тело через выпускное окно покидает внутренний объем крыла, дополнительно расширяясь, в результате чего, а также из-за теплообмена с окружающей средой его температура, а следовательно, и объем уменьшаются, и под действием атмосферного давления, обозначенного на фиг.1 силой F₁, эластичное полотнище, состоящее из стенок 3 и 4, втягивается во внутрь жесткого каркаса крыла, образованного стенками 1 и 2, перекрывая одновременно и выпускное окно на задней стенке 4. При дальнейшем теплообмене с окружающей средой давление внутри герметичного внутреннего объема крыла ввиду уменьшения объема находящегося там газа уменьшится и через впускное окно с впускным клапаном на передней жесткой стенке 1 он заполнится свежей порцией воздуха. Кроме того, следует учитывать, что при сгорании смеси масса эластичного полотнища и масса рабочего тела, отражаясь от внутренней поверхности жесткого крыла 2 вниз, создает дополнительный импульс реактивной силы, направленной вверх на увеличение подъемной силы, величина которой пропорциональна квадрату скорости перемещения полотнища, а поскольку скорость перемещения полотнища под действием рабочего тела вниз выше, чем обратное движение полотнища во внутрь крыла, а рабочее тело вообще не возвращается обратно результирующая будет направлена вверх на увеличение подъемной силы.

Такая конструкция крыла обеспечивает возможность для увеличения грузоподъемности использовать всю площадь проекции летательного аппарата на горизонтальную плоскость для создания подъемной силы, а грузовую платформу со всем необходимым оборудованием, включающим также и рули высоты и изменения направления движения, разместить над крылом на стойках, закрепленных на жесткой стенке 2 с малым лобовым сопротивлением, не препятствующим созданию подъемной аэродинамической силы над крылом, возникающей при движении крыла в потоке набегающего воздуха. Летательный аппарат с таким крылом не нуждается в аэродроме, так как для взлета и посадки ему не нужен разбег для создания в начале или конце полета набегающего потока воздуха. При полете на малых высотах, как при взлете и посадке для увеличения подъемной силы, используется эффект экранирования, используемый в конструкциях экранопланов вплоть до взаимодействия эластичного полотнища с опорной поверхностью. При создании транспортных средств-амфибий их движение возможно и над опорной поверхностью, засоренной кустами, в отличие от транспортных средств на воздушной подушке.

Изобретение относится к области авиации. Подъемное крыло-движитель выполнено в виде пустотелого корпуса, образованного передней, задней, верхней, нижней и боковыми стенками, который заполнен газом. Передняя и верхняя стенки указанного корпуса выполнены жесткими и жестко соединены между собой, а нижнюю и заднюю стенки образует эластичное полотнище, которое герметично соединено с нижним краем передней и задним краем верхней стенок, а также с боковыми стенками. Между передней и верхней стенками внутри корпуса дополнительно установлен импульсный генератор тепла, содержащий топливоподающую форсунку, которая обеспечивает образование топливовоздушной смеси около внутренней поверхности передней стенки, и систему зажигания этой смеси. На передней стенке выполнено впускное окно, на котором установлен впускной клапан наружного воздуха, а на задней стенке выполнено выпускное окно отработанных газов. Достигается возможность взлета и посадки без разбега и пробега. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Подъемное крыло-движитель в виде пустотелого корпуса, образованного передней, задней, верхней, нижней и боковыми стенками, который заполнен газом, отличающееся тем, что передняя и верхняя стенки этого корпуса выполнены жесткими и жестко соединены между собой, а нижнюю и заднюю стенки образует эластичное полотнище, которое герметично соединено с нижним краем передней и задним краем верхней стенок, а также с боковыми стенками, кроме того, между передней и верхней стенками внутри корпуса дополнительно установлен импульсный генератор тепла.

2. Подъемное крыло-движитель по п.1, отличающееся тем, что на передней стенке выполнено впускное окно, на котором установлен впускной клапан наружного воздуха, на задней стенке выполнено выпускное окно отработанных газов, а импульсный генератор тепла содержит топливоподающую форсунку, которая обеспечивает образование топливовоздушной смеси около внутренней поверхности передней стенки, и систему зажигания этой смеси.