Летательный аппарат на основе эффекта Магнуса Российский патент 2021 года по МПК B64C29/00 B64C23/08 

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкции беспилотных летательных аппаратов вертикального взлета и посадки.

Известны беспилотный летательный аппарат (квадракоптер) представляющий собой радиоуправляемый летающий прибор с четырьмя винтами, которые вращаются в противоположные стороны по диагонали: одна пара пропеллеров вращается по часовой стрелке, а вторая – против часовой стрелки.

(https://quadrone.ru/blog/stati/kvadrakopter-chto-eto-takoe-i-kak-rabotaet)

Недостатками известных аналогов является малая грузоподъемность и шумность, создаваемая при вращении открытыми винтами.

Задачей стоящей перед автором является создание малошумного беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки с большой грузоподъемностью.

Задача решается за счет сущности заявляемого изобретения.

Сущностью изобретения является, возможность увеличения грузоподъемности беспилотных летательных аппаратов и уменьшения шума при их работе, благодаря заявляемому устройству, с закрытыми винтами (рабочими колесами), при вращении которых, создаются принудительные потоки газа (воздуха), направленные на вращающиеся цилиндры, создавая в итоге эффект Магнуса.

Заявляемое изобретение представляет собой

Устройство представляет собой многогранный корпус, например, прямоугольный, по периметру которого установлены цилиндры 1, с возможностью вращения. Внутри корпуса расположена зона забора и подачи газа, в которой, сверху и снизу, установлены центробежные диски 2, газ на которые поступает через входные/выходные отверстия 3 в корпусе; диски 2 позволяют поворачиваться устройству вокруг своей оси. Также, внутри корпуса, сверху и снизу, у каждого цилиндра 1, установлен центробежный цилиндрический вентилятор 4, каждое рабочее колесо 5 которого, выполнено во всю длину цилиндра 1 устройства. Кожух вентилятора 4 с одной стороны имеет, выходящий наружу, вход 6 для забора газа и подачи его на рабочее колесо 5, а с другой стороны имеет выход 7 для принудительного потока газа, переходящий в потоковод, представляющий собой ячейки 8, переходящие в туннель 9, сужающийся на выходе непосредственно перед цилиндром 1. Верхние и нижние потоководы независимы и не соединены между собой. Все вращающиеся детали конструкции приводятся в движение двигателями 10 (электрическими, двигателями внутреннего сгорания (ДВС)).

На фиг. 1 показано внутреннее устройство летательного аппарата с прямоугольным корпусом (вид сбоку) и направление движения принудительных потоков, показано (стрелочками). Буквами Н и В обозначены области низкого (Н) и высокого (В) давления, причем область высокого давления перемещается в лево, с увеличением скорости набегающего потока.

На фиг. 2 схематично показано направление движения рабочего колеса при создании принудительного потока на цилиндры.

На фиг. 3 показан примерный вид ячеек.

Способ работы устройства

Внутрь корпуса, через входы 6 кожуха центробежных вентиляторов, попадает газ (жидкость). При вращении рабочих колес 5 вентиляторов 4 (верхние вращаются по часовой стрелке, а нижние против) осуществляется забор и раздача газа (жидкости). Принудительно набегающий поток газа (жидкости), через выход 7 кожуха, попадает в ячейки 8 потоковода, что позволяет разбить один сплошной поток на несколько маленьких, и делает его подачу равномерной на всю длину цилиндров 1. После ячеек 8 потоки проходят через туннель 9 в котором сужаются и попадают на вращающиеся цилиндры 1. Сужение потоков газа (жидкости) увеличивает его скорость, но уменьшает его воздействие на площадь цилиндра 1. Принудительно набегающий, на вращающиеся цилиндры 1, поток создает эффект Магнуса на каждом цилиндре 1.

На фиг. 2 показана раздача потоков, которая происходит вверху и внизу цилиндров, при этом расчетная площадь уменьшается в два раза.

ρ*(v + u)²/2 + P2 = ρ*(v - u)²/2 + P1

∆P = ρ*(v+u)²/2 - ρ*(v-u)²/2

∆P = ρ/2*((v² + 2*v*u + u²) - (v² - 2*v*u + u²))

∆P = ρ/2*4*v*u

∆P = ρ*2*v*u

F = ∆P*S/2 [ 1 ]

S = 2*π*R*L

F = ∆P*2*π*R*L/2

F = ρ*2*v*u*2*π*R*L/2

F = ρ*v*u*2*π*R*L

Где:

ρ – Плотность потока;

v – Скорость цилиндра;

u – Скорость потока;

P2 и P1 – Давление потоков сверху и снизу цилиндра;

∆P – Разница давлений сверху и снизу цилиндра;

S – Площадь поверхности цилиндра;

F – Сила тяги от эффекта Магнуса;

R – Радиус цилиндра;

L – Длина цилиндра;

Так как v = w*R, где w – угловая скорость вращения цилиндра, то

F = ρ*w*u*2*π*R²*L

Расчет модели (пример):

диаметр каждого цилиндра – 0,1 м;

длина каждого цилиндра – 0,5 м;

обороты цилиндра – 6000 об/мин;

скорость набегающего потока создаваемая центробежным вентилятором – 17 м/с;

Сила Магнуса будет 431,8 Н.

Организация управления изобретением, обусловлена расположением цилиндров, путем изменения силы Магнуса на каждом цилиндре. Так же если управлять моментом вращения при заборе и раздаче потоков, то можно организовать вращение еще и в другой плоскости.

Заявляемое изобретение может применяться для разведки, доставки грузов, людей и машин (если сделать устройство габаритнее и мощнее), в строительстве, метеорологии, скорой доставки медицинской помощи, почте и др. Так же заявляемое устройство, может работать, создавая принудительные потоки не только газа, но и жидкости, т.е. работать под водой.

Малошумность работы во время полета обеспечивается отсутствием внешних несущих винтов. Большая грузоподъемность обеспечивается за счет эффекта Магнуса.

Таким образом, поставленная перед автором задача, выполнена.

Изобретение относится к области летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Летательный аппарат на основе эффекта Магнуса представляет прямоугольный корпус, по периметру которого установлены цилиндры (1), с возможностью вращения. Внутри корпуса расположена зона забора и подачи газа, в которой, сверху и снизу, установлены центробежные диски (2), газ на которые поступает через входные/выходные отверстия (3) в корпусе. Диски 2 позволяют поворачиваться устройству вокруг своей оси. Внутри корпуса сверху и снизу у каждого цилиндра (1) установлен центробежный цилиндрический вентилятор (4), каждое рабочее колесо (5) которого выполнено во всю длину цилиндра (1). Кожух вентилятора (4) с одной стороны имеет выходящий наружу вход (6) для забора газа и подачи его на рабочее колесо (5), а с другой стороны имеет выход (7) для принудительного потока газа переходящий в потоковод, включающий ячейки (8), переходящие в туннель (9), сужающийся на выходе непосредственно перед цилиндром (1). Верхние и нижние потоководы независимы и не соединены между собой. Все вращающиеся детали конструкции приводятся в движение двигателями (10). Изобретение направлено на повышение грузоподъемности. 3 ил.

Летательный аппарат на основе эффекта Магнуса, представляющий собой многогранный корпус с входными/выходными отверстиями для поступления газа внутрь корпуса, по периметру которого установлены вращательные цилиндры с двигателями, также внутри корпуса, сверху и снизу, установлены центробежные диски с двигателями, также внутри корпуса, сверху и снизу, у каждого цилиндра установлен центробежный цилиндрический вентилятор, каждое рабочее колесо которого выполнено во всю длину цилиндра, кожух вентилятора с одной стороны имеет выходящий наружу вход для забора газа и подачи его на рабочее колесо, а с другой стороны имеет выход для принудительного потока газа, переходящий в потоковод, представляющий собой ячейки, переходящие в туннель, сужающийся на выходе непосредственно перед цилиндром, верхние и нижние потоководы независимы и не соединены между собой.