Устройство преобразования колебаний поверхности крыла летательного аппарата в электрическую энергию Российский патент 2021 года по МПК B64D41/00 F03D9/00 F03D5/06 

Область техники

Изобретение относится к области авиации, и более конкретно к устройствам для подачи дополнительной электрической энергии в систему энергоснабжения летательного аппарат путем использования энергии колебаний поверхности крыла.

Уровень техники

Из патента РФ №198133, опубликованного 19.06.2020, известно устройство преобразования энергии механических колебаний подвески корпуса транспортного средства в электрическую энергию. В то же время, на современном этапе развития техники, большое внимание уделяется электрификации летательных аппаратов. Например, в статье журнала «АВИА-ПАНОРАМА», №6, 2016, стр.42-51, Халютин С., рассмотрены этапы и показаны современные мировые тенденции электрификации летательных аппаратов (ЛА). Технической проблемой является надёжность системы электроснабжения летательного аппарата, поскольку она является одним из основополагающих факторов безопасности полёта. Поэтому предусматривается основные, резервные и аварийные источники электроэнергии. Основные источники обеспечивают потребности в электроэнергии в нормальных условиях полёта. Резервные источники питают потребители при нехватке мощности основных источников, вызванной отказами в сложных условиях полёта. Таким образом существует потребность в создании резервных и аварийных источников электроснабжения летательного аппарата. Таким источником может являться использование энергии колебаний крыла, во время периода взлета и периода приземления летательного аппарата, а также во время полёта, при вхождении в зону турбулентности, а также при изменении плотности воздушной среды, например, при вхождении в облака и т. д. Известным техническим эффектом при эксплуатации летательного аппарата является то, что в момент взлета и приземления крылья могут сильно колебаться, и только после отрыва летательного аппарата от земли приходят в относительное равновесие. Однако, при попадании летательного аппарата в зону турбулентности или изменения любых характеристик воздушной среды, например, при входе в облачность, крылья начинают осуществлять колебания. Амплитуда колебаний может варьировать, все зависит от технических показателей конкретного летательного аппарата. На некоторых небольших летательных аппаратах она почти незаметна, зато на аэробусах она просто огромна. Но в любом случае, наличие колебаний крыла является нормой, ведь этот эффект учитывается при конструировании летательного аппарата. Таким образом, колебания крыла в современных летательных аппаратах является обычным техническим эффектом, но этот эффект никак не используется.

Сущность изобретения

Указанные выше технические проблемы решаются тем, что согласно предлагаемому изобретению, устройство преобразования энергии механических колебаний поверхности крыла летательного аппарата в электрическую энергию содержит по меньшей мере один гибкий элемент, выполненный с возможностью перемещения незакрепленного на крыле конца, из-за разницы в радиусах изгиба R1 крыла и радиуса изгиба R2 гибкого элемента, под воздействием колебаний крыла, и преобразования возвратно-поступательного движения рейки механизма натяжения во вращение вала дополнительного генератора системы энергоснабжения летательного аппарата. Гибкий элемент может быть выполнен из тросов, цепей, гибких зубчатых ремней или гибкой ленты или любых других гибких материалов. Движение гибкого элемента осуществляется по направляющим. Направляющие могут быть выполнены в виде направляющих качения или направляющих скольжения гибкого элемента. Устройство содержит механизм натяжения гибкого элемента, выполненного с возможностью предварительного натяжения и натяжения возврата гибкого элемента в исходное положение. Гибкий элемент и механизм натяжения могут быть расположены внутри крыла на его верхней или нижней внутренней поверхности или снаружи крыла на его верхней или нижней наружной поверхности.

Перечень чертежей

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами:

Фиг.1 - вариант осуществления устройства, при котором гибкий элемент и механизм натяжения расположены внутри крыла на его верхней внутренней поверхности.

Фиг.2 - вариант осуществления устройства, при котором гибкий элемент и механизм натяжения расположены снаружи крыла на его верхней наружной поверхности.

Фиг.3 - вариант осуществления устройства, при котором направляющая выполнена виде направляющих, осуществляющих качение гибкого элемента.

Фиг. 4, 5, 6 - варианты осуществления устройства натяжения гибкого элемента с приводом генератора, снабженного двумя разнонаправленными односторонними муфтами, обеспечивающими вращение вала привода генератора в одну сторону как при смещении крыла, так и при возврате его в исходное положение.

Фиг. 7, 8, - вариант осуществления устройства, при котором гибкий элемент выполнен в виде ленты с прикрепленной рейкой из армированной резины и с приводом дополнительного генератора, снабженного двумя разнонаправленными односторонними муфтами, обеспечивающими вращение вала привода генератора в одну сторону как при смещении крыла, так и при возврате его в исходное положение.

Фиг.9 - механизм натяжения гибкого элемента;

Фиг.10 - гибкий элемент в виде гибкой ленты с прикрепленной рейкой из армированной резины.

Позиции на чертежах:

1 - фюзеляж летательного аппарата;

2 - механизм натяжения гибкого элемента с приводом дополнительного генератора электрической энергии;

3 - гибкий элемент;

4 - направляющие;

5 - верхнее положение крыла;

6 - нормальное положение крыла;

7 - нижнее положение крыла;

8 - место прикрепления гибкого элемента к крылу;

9 - односторонняя муфта, связанная с зубчатым колесом;

10 - односторонняя муфта, встроенная в зубчатое колесо;

11 - паразитная шестерня;

12 - конец ведомого вала-шестерни, присоединяемый к генератору;

13 - ведущий вал;

14 - ведомый вал, присоединяемый к генератору;

15 - аккумулятор энергии;

16 - рейка;

17 - крыло летательного аппарата;

18 - маховик;

19 - барабан;

20 - гибкая лента с прикрепленной рейкой из армированной резины;

21- натяжной механизм;

R1 - радиус изгиба крыла;

R2 - радиус изгиба гибкого элемента.

Осуществление изобретения

В основном варианте осуществления изобретения, устройство с рейкой, которая перемещается гибким элементом, как показано на фигурах 1, 2, 3, 4, 5, 6 работает следующим образом. При взлете, полёте и посадке летательного аппарата происходят колебания поверхности крыла 17. При этом происходит перемещение конца, незакрепленного на крыле 17 гибкого элемента и прикрепленного к рейке, из-за разницы в радиусах изгиба крыла R1 и радиуса изгиба гибкого элемента R2. Из-за разницы в радиусах изгиба крыла 17, при его сгибании и гибкого элемента 3, происходит перемещение конца гибкого элемента 3, прикрепленного к рейке 16. Натяжение гибкого элемента осуществляется счет сжатия пружины аккумулятора энергии 15, при перемещения рейки 16. Накопленная энергия пружиной аккумулятора энергии 15 передается на генератор при движении рейки 16 в противоположном направлении При перемещении рейки 16, вращается ведущий вал 13 и, за счет разной направленности обгонных односторонних муфт 9 и 10, приводится во вращение ведомый вал 14 с маховиком 18, который в свою очередь приводит во вращение генератор электрического тока. Кроме этого, устройство содержит паразитную шестерню 11, устанавливаемую между ведущим и ведомым валом для обеспечения одинакового направления вращения ведомого вала 14, присоединенного к дополнительному генератору (на фигурах не обозначен) при возврате крыла в исходное положение и движении крыла самолета в противоположном направлении от его исходного положения. Равномерность движения ведомого вала 14 обеспечивается маховиком 18. Тем самым достигается получение дополнительной электрической энергии, которая подается в систему энергоснабжения летательного аппарата.

В одном из возможных вариантов осуществления изобретения, устройство с гибкой лентой, которая является гибким элементом с прикрепленной рейкой из армированной резины, которая перемещается гибким элементом, как показано на фигурах 1, 2, 7, 8, 9, 10, 11 работает следующим образом. При взлете, полёте и посадке летательного аппарата происходят колебания поверхности крыла 17. При этом происходит перемещение незакрепленного на крыле конца гибкого элемента из-за разницы в радиусах изгиба крыла R1 и радиуса изгиба гибкого элемента R2. Из-за разницы в радиусах изгиба крыла 17, при его сгибании и гибкого элемента 20, происходит перемещение конца гибкого элемента 20, незакрепленного на крыле.

Натяжение гибкого элемента осуществляется за счет аккумулятора энергии натяжного механизма 21 при перемещения конца гибкого элемента на вращающемся барабане, а именно гибкой ленты с прикрепленной рейкой из армированной резины 20. Подвижный конец гибкого элемента с прикрепленной рейкой из армированной резины закрепляется на барабане 19, который при вращении сжимает пружину аккумулятора энергии 15 натяжного механизма 21. Накопленная энергия аккумулятора энергии натяжного механизма 21 передается на генератор при движении гибкой ленты с прикрепленной рейкой из армированной резины 20 в противоположном направлении. При перемещении конца гибкой ленты с прикрепленной рейкой из армированной резины 20 вращается ведущий вал 13 и, за счет разной направленности обгонных односторонних муфт 9 и 10, приводится во вращение ведомый вал 14 с маховиком 18, который в свою очередь приводит во вращение генератор электрического тока. Кроме этого, устройство содержит паразитную шестерню 11, устанавливаемую между ведущим и ведомым валом для обеспечения одинакового направления вращения ведомого вала 14, присоединенного к дополнительному генератору (на фигурах не обозначен) при возврате крыла в исходное положение и движении крыла самолета в противоположном направлении от исходного положения. Равномерность движения ведомого вала 14 обеспечивается маховиком 18. Тем самым достигается получение дополнительной электрической энергии, которая подается в систему энергоснабжения летательного аппарата. Преимуществом описанного возможного варианта осуществления изобретения, является то, что конструкция устройства имеет меньшие габариты, более конкретно меньшую длину. Тем самым также достигается получение дополнительной электрической энергии, которая подается в систему энергоснабжения летательного аппарата.

Специалисту очевидно, что возможны другие варианты осуществления основных элементов устройства, при сохранении совокупности существенных признаков изобретения, указанных в формуле изобретения.

Изобретение относится к области систем энергоснабжения летательного аппарата путем использования энергии колебаний поверхности крыла. Устройство преобразования энергии механических колебаний крыла летательного аппарата в электрическую энергию снабжено гибким элементом, расположенным вдоль длины крыла летательного аппарата, прикрепленным одним концом к крылу и соединенным другим концом с приводом, обеспечивающим вращение вала генератора электрической энергии для системы энергоснабжения летательного аппарата. Гибкий элемент расположен вдоль длины крыла летательного аппарата с возможностью перемещения другого конца из-за разницы в радиусе (R1) изгиба крыла и радиуса (R2) изгиба гибкого элемента при колебаниях крыла во время движения летательного аппарата. Изобретение направлено на расширение арсенала средств для получения электрической энергии. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство преобразования энергии механических колебаний крыла летательного аппарата в электрическую энергию, отличающееся тем, что оно снабжено по меньшей мере одним гибким элементом, расположенным вдоль длины крыла летательного аппарата, прикрепленным одним концом к упомянутому крылу и соединенным другим концом с приводом, обеспечивающим вращение вала генератора электрической энергии для системы энергоснабжения летательного аппарата, при этом гибкий элемент расположен вдоль длины крыла летательного аппарата с возможностью перемещения другого конца из-за разницы в радиуса (R1) изгиба крыла и радиуса (R2) изгиба гибкого элемента при колебаниях крыла во время движения летательного аппарата.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит механизм натяжения гибкого элемента, выполненный с возможностью натяжения и возврата гибкого элемента в его исходное натянутое положение и для преобразования энергии перемещения гибкого элемента, незакрепленного на крыле конца, в электрическую энергию.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере один гибкий элемент расположен внутри крыла, на его внутренней поверхности.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере один гибкий элемент расположен снаружи крыла, на его наружной поверхности.