ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО Российский патент 2013 года по МПК B64C29/00 

Изобретение относится к средствам создания подъемной силы и может быть использовано в качестве транспортного средства в летательных аппаратах тяжелее воздуха, в том числе вертикального взлета и посадки, в судах на воздушной подушке, батискафах, в качестве средств доставки габаритных грузов в труднодоступные районы, для аппаратов, работающих на шельфе, в воде и на ее поверхности, при строительстве дорог, особенно в труднопроходимых районах.

Одним из путей получения подъемной силы является создание разницы давления потока среды над и под телом аэродинамического сечения, при этом по закону Бернулли создается подъемная сила, направленная вверх.

Известно устройство по патенту РФ №2374133, МПК:В64С39/00, в котором аппарат для перемещения в текучей среде содержит крыло аэродинамического сечения с верхней выпуклой поверхностью, источник высокого давления текучей среды, взаимосвязанный со средством для формирования напорных струй над верхней выпуклой поверхностью крыла, при этом создание тяги осуществляется с помощью средства для формирования напорных струй над верхней выпуклой поверхностью крыла.

Известно устройство по патенту РФ №2151717, МПК: В64С 39/06, где предлагается летающая тарелка, которая имеет несущий фюзеляж, выполненный в виде диска, вентилятор высокого давления воздуха, имеющий верхнее рабочее колесо, установленное на верхней поверхности указанного диска в центральной его части для создания тяги в вертикальной плоскости с возможностью направлять напорные струи потока воздуха по касательной к верхней поверхности указанного диска. Вентилятор снабжен нижней спиралевидной всасывающей камерой и нижним рабочим колесом, которое размещено зеркально относительно верхнего рабочего колеса, верхней спиралевидной всасывающей камерой, которая раскрыта вверх и расположена перед верхним рабочим колесом, и диффузором в виде кольцевой заслонки со спиралевидным каналом. Диффузор выполнен с возможностью включения в работу на режиме поступательного движения для выполнения вентилятором функции толкающего винта.

Известно устройство по патенту РФ №2264952, МПК:В64С39/00, в котором аппарат содержит корпус круглой формы, кабину с органами управления, горизонтально размещенную кольцевую проточную камеру с входным прямолинейным каналом, смонтированный на опорах нагнетатель, основное вращающееся кольцо с приводом, расположенное внутри кольцевой проточной камеры, и систему управления с отводящими каналами, заслонками и поворотными щитками. Аппарат снабжен также кольцевой опорой и дополнительным вращающимся кольцом, которые установлены внутри кольцевой проточной камеры под основным вращающимся кольцом. Дополнительное вращающееся кольцо связано с приводом основного вращающегося кольца с возможностью вращения в противоположном от основного кольца направлении. Кольцевая проточная камера имеет перегородку, сопряженную соответственно с входным и выходным прямолинейными каналами. Нагнетатель установлен внутри выходного прямолинейного канала. Вращающиеся кольца имеют электрический привод, генератор которого связан с приводом нагнетателя.

Известно устройство по патенту РФ №2175627, МПК:В64С39/02, в котором летающая тарелка, содержащая корпус, в котором выполнены отверстия для перемещения воздуха, реактивные и турбореактивные двигатели, оболочку топливного бака, кабину пилотов и окно, при этом оболочка топливного бака выполнена как внешняя часть корпуса из штампованного листа методом сварки, каждый упомянутый двигатель имеет камеру сгорания, форсажную камеру и сопло, а в отверстиях для перемещения воздуха установлены штампованные листы, образующие отверстия для размещения каждого из упомянутых двигателей с пространством для тепловой изоляции.

Сущность группы изобретений по патенту РФ №2089429, МПК: B64V 1/06 заключается в том, что при реализации способа создания подъемной силы в область под куполообразным корпусом подъемного устройства подают центральную струю сжатого воздуха и формируют воздушную подушку под этим куполом, причем эту струю выдувают радиально в сторону нижней поверхности днища куполообразного корпуса подъемного устройства в виде веерообразной или плоской струи. При реализации устройства для создания подъемной силы, содержащего куполообразный корпус с днищем и бортами, направленными в сторону от днища к опорной поверхности, и источник подачи сжатого воздуха для формирования воздушной подушки, это устройство выполняют с коллектором, формирующим центральную струю, при этом коллектор выполнен с кольцевым или плоским сопловым устройством для выдува центральной струи в сторону нижней поверхности днища корпуса, расположенным на уровне плоскости, проходящей через нижние кромки бортов корпуса.

Известны способ создания тяги и летательный аппарат вертикального взлета и посадки (летающая тарелка) по патенту РФ 2151717, МПК: В64С 39/00. Способ создания тяги характеризуется направлением напорных струй текучей среды (потока воздуха) над (по касательной) верхней выпуклой поверхности крыла (диска) аэродинамического сечения для интенсивного обдува верхней поверхности диска.

Известно техническое решение по патенту РФ №2013308, МПК: В63Н 11/10, где вихревой движитель содержит туннельный канал с входным соплом, перед которым установлен нагнетатель, центральное тело, состоящее из трех функциональных частей: носовой, выполненной в виде гиперболоида вращения, средней, выполненной по спирали Архимеда, и кормовой, выполненной в виде конуса. Площадь поперечного сечения входного отверстия камеры равна площади поперечного сечения водоприемного отверстия. Вихревая камера выполнена торообразной и образована средней частью центрального тела и стенкой туннельного канала. На наружной поверхности вихревой камеры выполнено кольцевое отверстие.

Известен аппарат для перемещения в среде по патенту №2374133, МПК: В64С 21/04, содержащий крыло аэродинамического сечения с верхней выпуклой поверхностью, источник высокого давления текучей среды, взаимосвязанный со средством для формирования напорных струй из сопел, направленных по касательной к верхней выпуклой поверхности крыла, отличающийся тем, что он снабжен приводом вращения сопел упомянутого средства, которое выполнено в виде установленного соосно продольной оси крыла ротора с полой осью с возможностью формирования напорных струй с вихрями.

Известно устройство по патенту США №36112445, МПК: В64С 29/00, в котором вращающийся диск выполнен с выпукло-изогнутой верхней поверхностью, в центре которого, внутри кабины, в вертикальном канале помещен осевой вентилятор высокого давления воздуха для создания тяги в вертикальной плоскости с возможностью направлять напорные струи потока воздуха в радиально идущем наружу направлении на поверхность указанного диска.

Известно устройство по патенту Германии №3742771, МПК: В64С29/00, в котором в тороидальную камеру подается воздух и затем выбрасывается через кольцевое сопло, за счет которого создается подъемная сила.

Известно устройство для создания подъемной силы по патенту США №5031859, МПК: В64С 39/00, содержащее 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.

Для достижения аналогичного эффекта предлагается устройство, в котором струя газа заменена вращающимся ротором с лопастями (патент РФ №2184658, МПК: В64С 39/00).

Известно устройство по патенту РФ на полезную модель №38721 для создания подъемной силы, которое содержит по меньшей мере один корпус с несущей поверхностью и по меньшей мере одно средство для эжекции воздуха из замкнутого объема над соответствующей поверхностью. 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 соответствующего корпуса с возможностью создания плоской струи жидкости, перекрывающей верхнюю открытую часть камеры с образованием в ее полости замкнутого объема.

Известно устройство по патенту РФ на полезную модель №36097, МПК: В64С 39/00, где описана установка для создания силы перемещения, содержащая вихревую трубу с улиткой для тангенциального подвода и раскручивания воздуха с "холодным" и "горячим" концевыми участками, отличающаяся тем, что на "холодном" концевом участке вихревой трубы установлена пластина, диаметр внутреннего отверстия которой выбран с возможностью ее герметичной посадки на вихревую трубу для увеличения площади торца "холодного" концевого участка.

Известно устройство по патенту РФ №1713209, МПК: В63Н 11/00, в котором вихревой движитель содержит центральное тело, средняя часть которого выполнена в виде параболоида вращения, а концевые части - в виде сопряженных с ним гиперболоидов вращения. Поверхностью параболоида вращения и стенкой туннельного канала образована торообразная вихревая камера, диаметр образующей которой равен D_l-1,ld₀, где d₀ - диаметр входного сопла движителя. Поток рабочей среды закручивается в вихревой камере и вытягивает рабочий поток от нагнетателя в диффузор, где приобретает почти выравненную структуру скоростей, что позволяет исключить эффект донного давления и повысить тягу движителя.

Недостатками этих технических решений является недостаточная величина подъемной силы вследствие использования рабочей среды одной фазы - воздушной.

Первая модель «летающей тарелки» была разработана Гансом Шривером и Эрихом Гибермолем в 1940 г. и внешне напоминало лежащее велосипедное колесо, в центре которого размещалась кабина для пилота, а от нее в стороны расходились широкие регулируемые лопасти. Эта модель отличалась продольной и путевой неустойчивостью, приводившей к сильнейшим вибрациям, грозившей разрушением аппарата.

Затем были созданы вторая и третья модели.

Увеличение подъемной силы зависит от многих факторов: от конфигурации поверхности обтекания, скорости вращения воздушного потока, формы преград на его пути, угла истечения потока и т.д.

Однако аэродинамическая составляющая не учитывает влияния влаги в воздушном потоке, которая существенно увеличивает подъемную силу ~ в 1,5 раза за счет так называемого «принципа Торнадо».

Торнадо - это природная вихревая система, состоящая из положительно заряженного центрального вихря и вращающихся вокруг него малых вихрей. При определенной скорости вихря торнадо становится самоподдерживающимся.

«Принцип Торнадо» был положен в основу работы «летающей тарелки» - «диска Белонце» с основными маршевыми двигателями, по дошедшим до нас теоретическим описаниям имевшего в опытном образце диаметр 38 м, якобы испытанного на полигоне третьего рейха. Этот принцип и был положен в основу третьей модели. Рабочим телом его двигателей была смесь воды и атмосферного воздуха, идея которого принадлежала австрийскому инженеру Виктору Шаубергеру. Однако с очевидным приближающимся концом войны проект не получил развития и по иформационным источникам рабочие документы и образцы были немцами уничтожены (АиФ №7,11).

В 1955 г. американская компания «Canadien Avro» на основании трофейной документации построила «летающую тарелку» VZ-9V «Avrocar» с тремя турбореактивными двигателями с системой отклонения вектора тяги (патент США №3103324, МПК: В64С 39/00), однако недостаточная устойчивость, малая скорость, грузоподъемность и малый радиус действия уже не устраивала ВВС США.

В восьмидесятых годах авиастроительная фирма США «Sikorsky Aircraft» разработала дистанционно пилотируемый летательный аппарат - автомат-разведчик «Сайфер» - «летающую тарелку», держащуюся в воздухе благодаря двум соосно вращающимся в противоположных направлениях винтам, при этом аппарат достигал высоты 2500 м, скорости до 130 км/ч и мог «зависать» над Землей (И.Г.Дроговоз. Странные летающие объекты. - Минск, Харвест, 2003 г., стр.320-325) (прототип).

Недостатками аналогов и прототипа являются недостаточные значения подъемной силы.

Задачей изобретения является увеличение подъемной силы с управлением крутящим моментом, а также снижение энергопотребления.

Эта задача достигается тем, что в транспортном средстве, содержащем корпус, центральный двигатель в виде верхнего и нижнего дисков с лопастями и крутящими приводами соответственно, лопасти выполнены профилированными, образуя между лопастями вихревые ячейки, введена камера смешения, которая по входу сообщена с помощью трубопровода и насоса с емкостью с жидкостью и с внешней воздушной средой, а выход камеры смешения сообщен с вихревыми ячейками, введена также вихревая камера, образованная поверхностями двух усеченных концентричных конусов - внутренней конусной поверхностью центрального двигателя и внешней конусной поверхностью перегородки, расположенной внутри корпуса центрального двигателя, причем вихревая камера по входу сообщена с внешней воздушной средой, а по выходу - с щелевым зазором между нижней поверхностью верхнего диска с лопастями и наружной поверхностью корпуса транспортного средства, при этом последнее снабжено по крайней мере двумя управляющими двигателями, расположенными оппозитно симметрично относительно его центральной оси и максимально близко к его миделевому сечению.

На Фиг.1 представлена схема предложенного аппарата с двумя вырывами, где:

1-корпус;

2-центральный двигатель;

3-управляющие двигатели;

4-верхний диск с лопастями;

5-нижний диск с лопастями;

6-вихревые ячейки;

7-крутящий привод верхнего диска;

8-крутящий привод нижнего диска;

9-вихревая камера;

10-камера смешения;

11-щелевой зазор;

12-емкость с жидкостью;

13-трубопровод;

14-насос;

15-конусная перегородка.

Предложенное транспортное средство состоит из корпуса 1, внутри которого размещен центральный двигатель 2, ось симметрии которого совпадает с осью симметрии корпуса 1. Устройство снабжено управляющими двигателями 3, которые могут быть расположены на периферии корпуса 1.

Центральный двигатель 2 имеет подъемный верхний диск с лопастями 4 и нижний диск с лопастями 5. Лопасти дисков 4 и 5 профилированы и между профилями образуются вихревые ячейки 6. Диск 4 и диск 5 снабжены соответственно крутящими приводами 7 и 8, при этом приводы вращают диски в противоположных направлениях. Транспортное средство снабжено камерой смешения 10, предназначенной для смешения жидкости, например воды, сообщенной с помощью трубопровода 13 и насоса 14 с емкостью с жидкостью 12, и с внешней воздушной средой, например, через прорези в оболочке этой камеры, при этом выход камеры смешения 10 сообщен с вихревыми ячейками 6.

В устройство введена вихревая камера 9, образованная внутренней конусной поверхностью центрального двигателя 2 и конусной поверхностью перегородки 15, расположенной внутри центрального двигателя 2, при этом эти две поверхности концентричны друг другу. Вход вихревой камеры сообщен с внешней средой посредством, например, прорезей в нижней поверхности корпуса 1 под нижним диском с лопастями 5, а выход - с щелевым зазором 11, выполненным между верхней поверхностью корпуса 1 транспортного средства и нижней поверхностью верхнего диска с лопастями 4.

Принцип работы устройства заключается в создании перепада давлений на его верхней и нижней поверхностях за счет создания высокоскоростной вихревой водосодержащей пелены на верхней выпуклой поверхности корпуса 1.

Крутящий привод верхнего диска 7, например электродвигатель, раскручивает верхний диск с лопастями 4. При вращении этого диска за счет поперечного обтекания лопастей 4 на их внешней поверхности и между ними в вихревых ячейках 6 возникает зона разрежения. Поток воздухо-воздушной смеси, поступающей из камеры смешения 10, в вихревых ячейках 6 образует вихревое спиралевидное течение, скорость которого равномерно увеличивается от центра вращения верхнего диска с лопастями 4. Эти вихри создают вихревую пелену на выпуклой внешней поверхностью корпуса 1, которая в соответствии с эффектом Коанда «прилипает» к поверхности корпуса 1 и, двигаясь в направлении миделевого сечения, ускоряется, создавая дополнительное разрежение над поверхностью корпуса 1. В районе миделевого сечения корпуса 1 поток разворачивается в сторону центральной оси согласно закону Бернулли. При этом между верхней и нижней поверхностями корпуса 1 транспортного устройства создается перепад давления - подъемная сила.

Крутящий привод нижнего диска 8 вращает нижний диск с лопастями 5, вихревой поток от которого по внутренней поверхности корпуса центрального двигателя 2 попадает в вихревую камеру 9.

В вихревой камере 9 возникает воздушное вихревое спиралевидное течение, обеспечивающее минимальное газодинамическое сопротивление, и, поступая под нижнюю поверхность верхнего диска с лопастями 4, истекает из щелевого зазора 11 между верхним диском с лопастями 4 и корпусом 1, препятствуя отрыву пограничного слоя на корпусе 1 при взаимодействии вихревой пелены, истекающей из вихревых ячеек 6 и внешней поверхностью корпуса 1.

Нижний диск с лопастями 5 вращается в сторону, противоположную верхнему диску с лопастями 4, компенсируя крутящий момент.

Центробежная сила вихрей в вихревых ячейках 6 становится электроразделительной силой. Запускается процесс разделения зарядов жидкостно-воздушной среды вихрей. При этом чем больше скорость вращения вихря, тем больше отрицательно заряженных частиц. Возникает ионизация потока, а сам поток становится плазмой.

Вихревые ячейки 6 становятся ионизированной трубкой с центральным ядром разрежения, в которое засасывается дополнительное количество жидкостно-воздушной смеси.

При достижении состояния проводимости возникает пробой - искра. Абсорбируемые носители, возникшие при предыдущем заряде, и носители в результате действия электроразделительной силы дают толчок к следующему процессу ударной ионизации. Возникает следующая искра, порождающая колеблющее электрическое поле.

Плазменные частицы легко перемещаются и, коллективно взаимодействуя между собой, могут порождать объемные заряды, выделение тепла, света и электрические токи.

Коллективный характер внутриплазменных явлений приведет к тому, что среда становится чувствительной к колебаниям, генерируя и усиливая их.

Дополнительными условиями интенсификации процесса может стать подача тепла (сжигание) и надежный резонанс (с приложением гармонических колебаний).

Вращающееся электрическое поле создает вокруг себя магнитное поле, напряженность которого зависит от:

- величины заряда;

- скорости вращения;

- радиуса вращения.

Статический заряд при движении создает эффект электрического тока и поддерживается вибрирующим полем, тогда колеблющееся электрическое поле позволит двигаться телу посредством своих вибраций.

Движение вихревой ионизированной пелены по выпуклой поверхности аппарата увеличит разрежение на поверхности и уменьшит аэродинамическое сопротивление и приведет к образованию пандемоторной силы. Увеличивая ионизацию потока с помощью солевых растворов на поверхности устройства, можно увеличивать подъемную силу.

На Фиг.2 приведены результаты экспериментов маломасштабной модели, где показана зависимость увеличения подъемной силы от количества лопастей и числа оборотов, а также показано увеличение подъемной силы при различных числах оборотов и количества лопастей.

Изобретение относится к области авиации, в частности к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки. Транспортное средство содержит корпус, центральный двигатель в виде верхнего и нижнего дисков с лопастями и крутящими приводами соответственно, причем лопасти выполнены профилированными, образуя между лопастями вихревые ячейки, камеру смешения и вихревую камеру. Камера смешения по входу сообщена с помощью трубопровода и насоса с емкостью с жидкостью и с внешней воздушной средой, а выход камеры смешения сообщается с вихревыми ячейками. Вихревая камера образована поверхностями двух усеченных концентричных конусов - внутренней конусной поверхностью центрального двигателя и внешней конусной поверхностью перегородки, расположенной внутри корпуса центрального двигателя. Вихревая камера по входу сообщена с внешней воздушной средой, а по выходу - с щелевым зазором между нижней поверхностью верхнего диска с лопастями и наружной поверхностью корпуса транспортного средства. Транспортное средство снабжено, по крайней мере, двумя управляющими двигателями, расположенными оппозитно симметрично относительно его центральной оси и максимально близко к его миделевому сечению. Позволяет увеличить подъемную силу транспортного средства и снизить энергопотребление. 2 ил.

Транспортное средство, содержащее корпус, центральный двигатель в виде верхнего и нижнего дисков с лопастями и крутящими приводами соответственно, отличающееся тем, что лопасти выполнены профилированными, образуя между лопастями вихревые ячейки, введена камера смешения, которая по входу сообщена с помощью трубопровода и насоса с емкостью с жидкостью и с внешней воздушной средой, а выход камеры смешения сообщен с вихревыми ячейками, введена также вихревая камера, образованная поверхностями двух усеченных концентричных конусов - внутренней конусной поверхностью центрального двигателя и внешней конусной поверхностью перегородки, расположенной внутри корпуса центрального двигателя, причем вихревая камера по входу сообщена с внешней воздушной средой, а по выходу - с щелевым зазором между нижней поверхностью верхнего диска с лопастями и наружной поверхностью корпуса транспортного средства, при этом последнее снабжено по крайней мере двумя управляющими двигателями, расположенными оппозитно симметрично относительно его центральной оси и максимально близко к его миделевому сечению.