Способ вращения цилиндров, выполняющих роль крыльев на летательных аппаратах, и беспилотный летательный аппарат для его осуществления Российский патент 2024 года по МПК B64C23/08 B64U30/30 

Данное предлагаемое изобретение относится к авиационной технике, в частности, к беспилотным летательным аппаратам (далее БПЛА) большой грузоподъемности и с увеличенным временем полета. Данное предлагаемое изобретение может представлять интерес и для иных летательных аппаратов (ЛА), роль классических крыльев на которых выполняют вращающиеся цилиндры.

Известны действующие натурные и модельные и образцы ЛА, на которых вращающиеся цилиндры выполняют роль классических крыльев. Эти образцы в настоящее время созданы, проходят экспериментальную отработку, летают. В основном работы по таким ЛА являются НИОКР, имеют исследовательский характер и связаны с поиском наиболее эффективного использования главного достоинства эффекта Магнуса - высокой грузоподъемности вращающихся цилиндрических крыльев.

Так, например, в настоящее время активно работает над конструкциями ЛА с роторными крыльями британская компания FANWING. Известно использование вращающихся цилиндров и на роторных морских яхтах и кораблях (Rotorship). Как пример, можно назвать немецкие морские суда шхуну «Букау» и грузовой лайнер «Барбара», научно-исследовательские корабли «А1 суопе» французского океанолога Ж.И. Кусто, «Cloudia» (Шотландия), немецкий катамаран «Uni Kat», современное роторное судно «Е-Ship-1».

Одним из аналогов для заявляемой группы изобретений является патент RU №2337857 С1 «Устройство для создания подъемной силы и силы тяги», авторы Мухаметшин Х.Н., Мухаметшин И.Х. Подача 2007.01.09. Публикация 2008.11.10.

Изобретение относится к авиационной технике. Устройство содержит каркас с укрепленными на нем параллельно друг другу динамическими несущими элементами, каждый из которых выполнен в виде тел вращения цилиндрической формы с возможностью вращения вокруг своей оси. Работа устройства осуществляется приводом при помощи силовой установки и шкивов, жестко насаженных на водилах.

Недостатками данного аналога являются: 1. Сложное устройство с большим количеством вращающихся элементов различного вида и конструктивного исполнения; 2. Большое лобовое сопротивление вращающихся цилиндров из-за срывов воздушных потоков на задней части внешней полуцилиндрической поверхности.

Другим аналогом для заявляемой группы изобретений является патент RU №2272748 С2 «Подъемно-транспортная система». Автор Михненков Л.В. Подача 2004.05.20. Публикация 2006.03.27.

Подъемно-транспортная система включает несущую конструкцию, винтомоторную установку, роторный движитель, выполненный в виде ряда цилиндров с устройством для их принудительного вращения, и направляющее поток воздуха устройство, расположенное между винтомоторной установкой и роторным движителем. Роторный движитель предназначен для создания аэродинамической силы на основе эффекта Магнуса. Работа подъемно-транспортной системы осуществляется за счет использования воздушного потока, создаваемого винтомоторной установкой. У данного аналога имеются недостатки: 1. В режиме вертикального взлета на вращающиеся цилиндры воздействует поток воздуха, ограниченный по площади и равновеликой поверхности, ометаемой воздушным винтом. 2. В горизонтальном полете отклоненные вверх хвостовые поворотные части лопаточного аппарата образуют профили с обратной кривизной, что приводит к появлению аэродинамической силы, направленной вниз и дополнительному лобовому сопротивлению.

Наиболее близким к заявляемой группе изобретений является патент РФ №2762848 С1 «Летательный аппарат на основе эффекта Магнуса и способ его работы», авторы Вьюрков В.А. и Лебедев Р.Д. Подача 2021.08.25. Публикация 2021.12. 23.

Способ работы летательного аппарата по патенту РФ №2762848 С1 принимается в качестве прототипа.

Суть способа-прототипа, реализуемого в ЛА во время его полета, заключается в том, что внутрь корпуса аппарата ЛА через входы попадает газ, при вращении крыльчаток осуществляется забор и подача газа, принудительно набегающий поток газа, создаваемый при вращении центробежных крыльчаток, проходит через ячейки потоковода, разбивая один сплошной поток на несколько маленьких и делает его подачу равномерной на всю длину цилиндров. После ячеек потоки проходят через туннель, в котором сужаются и попадают на вращающиеся цилиндры, при этом сужение потоков газа увеличивает их скорость, но уменьшает их воздействие на площадь цилиндров, принудительно набегающий поток создает эффект Магнуса на каждом цилиндре, при этом момент вращения верхней крыльчатки компенсируется моментом вращения нижней крыльчатки.

Техническое рассмотрение и инженерный анализ способа-прототипа по патенту РФ №2762848 С1 показал, что способ-прототип имеет ряд недостатков. Недостатками способа-прототипа являются:

- надежность способа-прототипа, использованного в БПЛА - достаточно сложной технической системы, является невысокой, так как для его реализации требуется определенное количество сложных высокооборотных агрегатов-электродвигателей (ЭД) или двигателей внутреннего сгорания (ДВС), надежность которых всегда меньше P(t)<1, а также центробежных крыльчаток и вращающихся цилиндров;

- при использовании способа-прототипа во время полета ЛА происходит негативное и постоянное аэродинамическое столкновение двух разных по массе и температуре встречных воздушных потоков, а именно, встречного потока, обдувающего ЛА в полете, и плоских щелевых воздушных потоков, создаваемых центробежными крыльчатками и натекающих на ограниченную боковую поверхность носового вращающегося цилиндра. Векторы скорости этих потоков направлены навстречу друг другу. В месте контакта потоков могут возникать явления, которые в аэродинамике называются конвергенцией. При конвергенции происходит как бы «запирание» одного потока другим, возникают вихри, изменяются направления векторов скорости сталкивающихся потоков. В результате аэродинамического столкновения происходит смещение контактных поверхностей соприкосновения плоских щелевых потоков с цилиндром, возможно смещение и вверх по щелевому потоку, снижение числа оборотов носового цилиндра, уменьшение его коэффициента подъемной силы. Грамотный ответ по возникающему в полете аэродинамическому столкновению возможно получить только в модельном аэродинамическом эксперименте;

- в способе-прототипе не предусмотрена система резервирования для вращающихся цилиндров. При отказе по какой-либо причине одного из вращающихся цилиндров, которые являются движителями для данного ЛА, контроль над управлением этого ЛА (крен, тангаж, рыскание и тяга) будет потерян, ЛА потерпит аварию и жестко упадет на поверхность земли.

- во всех внутренних прямых углах (90°) воздушных потоководов, представляющих собой ячейки-хонейкомбы квадратного сечения, и далее переходящие в туннель (см фиг. 3 прототипа), а также на торцах выходных сечений этих потоководов при протекании в них воздушных потоков возникают вихри, уменьшающие как кинетическую энергию плоских щелевых воздушных потоков, так и подъемную силу каждого вращающегося цилиндра;

- в способе-прототипе изменяются и понижаются полетные свойства пары передних цилиндров в режиме горизонтального полета в случае необходимого увеличения скорости движения из-за неблагоприятного изменения обтекания цилиндров встречным воздушным потоком.

Техническим результатом предлагаемой группы изобретений «Способ вращения цилиндров, выполняющих роль крыльев на летательных аппаратах, и беспилотный летательный аппарат для его осуществления» является многократное увеличение времени полета БПЛА и его большая грузоподъемность, повышенная надежность и эффективность БПЛА при его длительной эксплуатации, простота конструкции и высокая ремонтопригодность, наличие на борту БПЛА топливного бака для питания авиационных газотурбинных двигателей, использование во время полета забортного воздуха для работы объемно-монолитных воздушно-реактивных движителей, наличие в неподвижных стационарных цилиндрах грузовых отсеков, использование в хвостовой части для управления БПЛА высоконадежной системы управления, повышенная степень пылевлагозащиты БПЛА, отказ за ненадобностью от совокупности быстровращающихся в подшипниках цилиндров, центробежных крыльчаток и состыкованных с ними потоководов, отказ за ненадобностью от лишних двигателей (электрических или двигателей внутреннего сгорания).

Заявляемый способ, который реализуется в заявляемом БПЛА, поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен БПЛА, вид спереди; на фиг. 2 -тот же БПЛА, вид сбоку; на фиг. 3 - тот же БПЛА, вид сверху; на фиг. 4 - тот же БПЛА, вид спереди, но с обозначением сечений по А-А, по Б-Б и стрелкой В; на фиг. 5 - сечение по А-А, как показано на фиг. 4; на фиг. 6 - сечение по Б-Б, как показано на фиг. 4 и с обозначением сечения по Д-Д; на фиг. 7 - сечение по Д-Д, как обозначено на фиг. 6; на фиг. 8 - вид по стрелке В, указывающей на фиг.4 на объемно-монолитный многосопловой воздушно-реактивный движитель коллекторного типа с тангенциальными соплами (далее объемно-монолитный ВРД) и разрез этого движителя по ГГ.

На фиг. 1 силовой обтекаемый каплевидный корпус БПЛА обозначен цифрой 1; коаксиальная цилиндрическая конструкция, выполняющая роль крыльев на БПЛА, обозначена цифрой 2; маршевые авиационные газотурбинные двигатели (маршевые ГТД) обозначены цифрой 3; топливный бак для питания ГТД обозначен цифрой 4; объемно-монолитные ВРД обозначены цифрой 5; регуляторы расхода воздуха обозначены цифрой 6; воздушные трубопроводы подвода воздуха из ГТД к объемно-монолитным ВРД обозначены цифрой 7; вертикальное оперение для стабилизации БПЛА по курсу обозначено цифрой 8; трехопорное шасси БПЛА обозначено цифрой 9.

На фиг. 2, где изображен БПЛА (вид сбоку), силовой обтекаемый каплевидный корпус БПЛА обозначен цифрой 1; маршевый ГТД обозначен цифрой 3; топливный бак для питания ГТД обозначен цифрой 4; объемно-монолитный ВРД обозначен цифрой 5; вертикальное оперение для стабилизации БПЛА по курсу обозначено цифрой 8; трехопорное шасси БПЛА обозначено цифрой 9; руль поворота БПЛА обозначен цифрой 10; рулевые поверхности, выполняющие роль элевонов, обозначены цифрой 11. На фиг. 2 имеются обозначения: НП -направление полета, W∞ - вектор воздействия встречного потока на БПЛА, W_a - направление истечения выхлопных струй из ГТД;

На фиг. 3, где изображен БПЛА (вид сверху), силовой обтекаемый каплевидный корпус БПЛА обозначен цифрой 1; коаксиальная цилиндрическая конструкция, выполняющая роль крыльев на БПЛА, обозначена цифрой 2; ГТД обозначены цифрой 3; объемно-монолитные ВРД обозначены цифрой 5; вертикальное оперение для стабилизации БПЛА по курсу обозначено цифрой 8; рулевые поверхности, выполняющие роль элевонов для стабилизации и управления БПЛА по крену и тангажу, обозначены цифрой 11.

На фиг. 4, где изображен БПЛА, вид спереди, с обозначением сечений по А-А, по Б-Б и стрелкой В, силовой обтекаемый каплевидный корпус БПЛА обозначен цифрой 1; неподвижный стационарный цилиндр типа полумонокок обозначен цифрой 12 (показан пунктиром); поперечный набор силовых кольцевых шпангоутов обозначен цифрой 13; опорно-вращающиеся бугели обозначен цифрой 14; вращающиеся цилиндрические оболочки типа монокок -цифрой 15.

Попутно заметим, что в авиации под полумонококом понимается пространственная усиленная конструкция, состоящая из продольного набора в виде стрингеров, поперечного набора в виде шпангоутов и рабочей обшивки. Монокок - это пространственная конструкция, в которой все нагрузки воспринимаются обшивка (или оболочкой). Конструкциям самолетов и их элементам посвящен ряд работ, например, [1-5].

На фиг. 5, где показано сечение, обозначенное как А-А на фиг. 4, и обозначен разрез по Д-Д, воздушный трубопровод подвода воздуха из ГТД 3 к объемно-монолитному ВРД 5 обозначен цифрой 7; поперечный набор силовых кольцевых шпангоутов обозначен цифрой 13; опорно-вращающиеся бугели обозначены цифрой 14; вращающаяся цилиндрическая оболочка типа монокок является разборной и обозначена цифрой 15; продольный набор стрингеров обозначен цифрой 16.

На фиг. 6, где показано разрез, обозначенный как Б-Б на фиг. 4, и вид сбоку на опорно-вращающийся бугель 14 в этом разрезе, силовой кольцевой шпангоут обозначен цифрой 13; вращающаяся цилиндрическая оболочка обозначены цифрой 15; внутренняя кольцевая П-образная направляющая, выполненная как единое целое с вращающейся цилиндрической оболочкой 15, обозначена цифрой 17; рабочая обшивка неподвижного стационарного цилиндра типа полумонокока обозначена цифрой 18; бугельный вращающийся ролик обозначен цифрой 19; бугельный кронштейн, крепежные болты, анкерные гайки и упругие деформируемые пластины обозначены соответственно цифрами 20, 21, 22, 23.

На фиг. 7, где показан разрез, обозначенный как Д-Д на фиг. 5, вид спереди на опорно-вращающейся бугель 14 и его штатная сборка в коаксиально цилиндрической конструкции 2, силовой кольцевой шпангоут обозначен цифрой 13; внутренняя кольцевая П-образная направляющая, выполненная как единое целое с вращающейся цилиндрической оболочкой 15, обозначена цифрой 17; рабочая обшивка неподвижного стационарного цилиндра обозначена цифрой 18; бугельный вращающийся ролик обозначен цифрой 19; бугельный кронштейн, крепежные болты, анкерные гайки и упругие деформируемые пластины обозначены соответственно цифрами 20, 21, 22, 23. В П-образной направляющей 17 предусмотрено плоское разборное цилиндрическое кольцо 24.

На фиг. 8, где показан объемно-монолитный ВРД, указанный стрелкой В на фиг. 4, а также его разрез по ГГ, вращающийся торец цилиндрической оболочки 15 обозначен цифрой 25; корпус объемно-монолитного ВРД, герметично, прочно и неподвижно скрепленный с вращающимся торцом 25, обозначен цифрой 26; тангенциальные сопла объемно-монолитного ВРД обозначены цифрой 27; герметичное лабиринтное уплотнение на стыке подводящего воздушного трубопровода 7 и вращающегося торца 25 цилиндрической оболочки 15 обозначено цифрой 28; крепежные лапки, дополнительно усиливающие контакт корпуса объемно-монолитного ВРД 26 с вращающимся торцом 25, обозначены цифрой 29; торец неподвижного стационарного цилиндра 12 обозначен цифрой 30; цилиндрический патрубок обозначен цифрой 31.

Работает заявляемый способ вращения цилиндров, выполняющих роль крыльев на летательных аппаратах, основанный на эффекте Магнуса, следующим образом. Работу способа рассмотрим на примере, когда БПЛА находится на самолетной стоянке небольшого аэродрома. У готового к полету БПЛА коаксиальные цилиндрические конструкции 2 состыкованы с силовым обтекаемым каплевидным корпусом 1, штатное вращение цилиндрических оболочек 15 отрегулировано, топливный бак 4 заправлен топливом, а объемно-монолитные ВРД 5 надежно и герметично закреплены на торцах 25 вращающихся цилиндрических оболочек 15 коаксиальных цилиндрических конструкций 2.

Запускаются маршевые ТРД 3 и БПЛА начинает рулежку на ВПП. Регуляторы расхода воздуха 6, установленные снаружи на компрессорах ТРД, начинают, согласно заданному полетному заданию, автоматически подавать максимальный расход сжатого и нагретого воздуха по воздушным трубопроводам 7 в объемно-монолитные ВРД 5. В этих ВРД 5 сжатый и нагретый воздух разворачивается, поступает в тангенциальные сопла 27, где скорость потока воздуха увеличивается, и истекает в виде выхлопных струй в атмосферу.

При истечении выхлопных струй (по часовой стрелке, см. фиг. 2) из тангенциальных сопел 27 объемно-монолитных ВРД 5, цилиндрические оболочки 15, смонтированные на коаксиальных цилиндрических конструкциях 2, выполняющих роль крыльев на БПЛА, своими направляющими 17 начинают скользить по бугелям 14 и одновременно плавно вращаться (против часовой стрелки), но в направлении, совпадающем с направлением набегающего воздушного потока на БПЛА в полете.

При таком обтекании вращающихся цилиндрических оболочек 15 потоком воздуха, набегающим на БПЛА, возникает явление, называемое эффектом Магнуса. В этом эффекте образуется подъемная сила, воздействующая на оболочки 15 и направленная перпендикулярно вверх относительно вектора скорости набегающего воздушного потока.

Здесь можно заметить, что величина коэффициента подъемной силы C_Y, входящая в уравнение подъемной силы, у вращающихся цилиндрических оболочек 15 возрастает (у вращающихся цилиндров в модельных экспериментах значения C_Y≈10-15) и БПЛА быстро набирает высоту. Это очень большое полетное преимущество БПЛА по сравнению с классическими крыльями самолетов, у которых C_Y≈2-4.

К заявляемому БПЛА наиболее близким является БПЛА, который летает на основе эффекта Магнуса по патенту РФ №2762848 С1 «Летательный аппарат на основе эффекта Магнуса и способ его работы», авторы Вьюрков В.А. и Лебедев Р.Д. Подача 2021.08.25. Публикации 2021.12.23. Этот патент принимается за прототип.

Конструктивно БПЛА - прототип на основе эффекта Магнуса представляет собой многогранный корпус, по периметру которого установлены вращательные цилиндры с двигателями. В корпусе этого ЛА проделаны входы, ведущие в зону забора и подачи газа, расположенную внутри корпуса, в которой, сверху и снизу, установлены центробежные крыльчатки с двигателями, на выходе зоны забора и подачи газа также по периметру, сверху и снизу, расположены потоководы, представляющие собой ячейки, переходящие в туннель, сужающийся на выходе непосредственно перед цилиндром, при этом верхние и нижние потоководы независимы и не соединены между собой.

Способ работы БПЛА-прототипа представлен выше по тексту.

Техническое рассмотрение и инженерный анализ БПЛА-прототипа по патенту РФ №2762848 С1 показал, что БПЛА-прототип имеет ряд недостатков. К этим недостаткам можно отнести и считать:

- основной недостаток БПЛА-прототипа - это ограниченный объем (или масса) воздуха, натекающего из туннелей на создающие подъемную силу вращающиеся цилиндры. Этот недостаток возникает из-за ограниченных геометрических размеров используемых в прототипе ячеек -хонейкомбов и туннелей.

- невысокую надежность конструкции БПЛА - сложной технической системы, так как для ее функционирования требуется определенное количество сложных высокооборотных агрегатов - электродвигателей (ЭД) или двигателей внутреннего сгорания (ДВС), надежность которых всегда меньше P(t)<1, а также центробежных крыльчаток и вращающихся цилиндров. Можно заметить, что такие технические характеристики как надежность и простота конструкции у любого изделия являются одними из важнейших характеристик.

- наличие на БПЛА-прототипе, как минимум, шести электродвигателей (ЭД) или шести ДВС, требует использования на этом БПЛА либо тяжелых аккумуляторов, либо габаритно-объемного топливного бака, что влечет за собой дополнительное уменьшение надежности и увеличение массы БПЛА в ущерб весу полезной нагрузки;

Что касается лучших на сегодня литий-полимерных (Li-Pol) или литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов, удельная энергоемкость которых составляет порядка 280 Вт×ч/кг, то полет БПЛА на этих аккумуляторах является непродолжительным (по литературным данным ~1 час или несколько больше). Следует отметить, что для таких аккумуляторов известны случаи их возгорания;

- на БПЛА-прототипе не предусмотрен отсек ни для аккумуляторов, ни для топливного бака для подачи топлива в ДВС в случае их использования для вращения цилиндров;

- использование на БПЛА воздушных многоканальных квадратного сечения (см. фиг. 3 патента-прототипа) и многорядных потоководов при движении в них локальных воздушных потоков является причиной возникновения значимого гидравлического сопротивления как из-за трения воздушных потоков о стенки каналов, так и из-за образования вихрей во внутренних прямых углах (90°) всех воздушных каналов потоководов и на всех торцах выходных сечений этих потоководов. Возникающее гидравлическое сопротивление приводит к уменьшению величины кинетической энергии плоских щелевых воздушных потоков, воздействующих на цилиндры, и подъемной силы каждого вращающегося цилиндра;

- на БПЛА-прототипе не предусмотрена защита от воздействия внешних факторов, таких как пыль, влага, перепады температуры, вибрации цилиндров и их двигателей.

- на БПЛА-прототипе не предусмотрен отсек ни для аккумуляторов, ни для топливного бака для подачи топлива в ДВС (в случае их использования), ни для полезной нагрузки.

Заявляемый БПЛА, в котором реализован заявляемый способ вращения цилиндров, выполняющих роль крыльев на летательных аппаратах, представляет собой многомодульную конструкцию (см. фиг. 1-3). На боковых поверхностях силового обтекаемого каплевидного корпуса 1 этого БПЛА закреплены коаксиальные цилиндрические конструкции 2, выполняющие роль крыльев на заявляемом БПЛА. В силовом обтекаемом каплевидном корпусе 1 расположены маршевые авиационные ГТД 3 и их топливный бак 4. Для каждой коаксиальной цилиндрической конструкции 2 предусмотрен собственный объемно-монолитный ВРД 5, смонтированный на боковом торце 25 цилиндрической оболочки 15.

Рабочим телом для объемно-монолитного ВРД 5 является забортный атмосферный воздух, сжатый в компрессоре ГТД 3 и частично из него отобранный. Для регулирования массового (объемного) расхода рабочего тела-сжатого воздуха, отобранного из компрессора ГТД 3, используются регуляторы расхода 6. По воздушным трубопроводам 7, проложенным внутри коаксиальных цилиндрических конструкций 2, этот сжатый воздух подается в объемно-монолитные ВРД 5. В хвостовой части силового обтекаемого каплевидного корпуса 1 БПЛА предусмотрено вертикальное оперение 8, а под днищем этого корпуса-трехопорное шасси 9. Конструктивно вертикальное оперение 8 включает в себя руль поворота БПЛА 10 и рулевые поверхности 11, выполняющие роль элевонов и необходимые для стабилизации и управления БПЛА по крену и тангажу.

Коаксиальные цилиндрические конструкции 2 являются неотъемлемой и важной частью заявляемого БПЛА. В каждой из этих конструкций 2 заимствованы технические и технологические решения из современной авиации [1-5]. К слову сказать, коаксиальные цилиндрические конструкции 2 могут быть использованы и как грузовые отсеки для решения различных народно-хозяйственных задач (например, доставки нефти с вновь разведанных глухих таежных месторождений).

Силовым элементом коаксиальной цилиндрической конструкции 2 являются соответственно неподвижный стационарный цилиндр 12.

Обязательными элементами неподвижного стационарного цилиндра 12, выполненного по схеме полумонокок, являются поперечный набор силовых кольцевых шпангоутов 13 с закрепленными на них опорно-вращающимися бугелями 14, продольный набор стрингеров 16 и рабочая обшивка 18, замкнутая торцом 30. Кольцевые шпангоуты 13 по длине стационарного цилиндра 12 расположены на равном расстоянии друг от друга, а величина расстояния между ними рассчитывается из условия прочности и жесткости всей конструкции по формулам курса сопротивления материалов, с учетом величины максимальной полезной нагрузки и максимальной эксплуатационной перегрузки.

Вращающаяся цилиндрическая оболочка 15, в свою очередь, включает в себя непосредственно цилиндрическую оболочку, изготовленные с ней заодно как единое целое внутренние кольцевые П-образные направляющие 17, плоские разборные цилиндрические кольца 24, торец 25. Кольца 24, изготовленные из износостойкого материала, предназначены для плавного скольжения и уменьшения коэффициента трения качения между роликами 19, закрепленными в бугелях 14, и вращающейся цилиндрической оболочкой 15 во время полета БПЛА. Вращающаяся цилиндрическая оболочка 15 является разборной и состоит, минимум, из двух полуцилиндрических оболочек.

Разборная конструкция вращающейся цилиндрической оболочки 15 необходима в процессе сборки коаксиальной цилиндрической конструкции 2, она должна иметь достаточную прочность в стыковочных швах и быть абсолютно сбалансированной. Технологически цилиндрическую оболочку 15 типа монокок можно изготовить как легкую композитную конструкцию в виде внешнего и внутреннего слоев, например, из кевлара и легкого слоя-наполнителя между ними.

Контакты между неподвижным стационарным цилиндром 12 и разборной вращающейся цилиндрической оболочкой 15 в заявляемом БПЛА осуществляются с помощью системы опорно-вращающихся бугелей 14.

Любой опорно-вращающийся бугель 14 являются важным и ответственным элементом коаксиальной цилиндрической конструкции 2. Конструктивно опорно-вращающийся бугель 14 включает в себя вращающийся ролик 19, закрепленный на бугельном кронштейне 20, а последний при помощи крепежных болтов 21, анкерных гаек 22 и упругих деформируемых пластин 23 неподвижно смонтирован на силовом кольцевом шпангоуте 13. При этом на каждом силовом кольцевом шпангоуте 13 должно быть смонтировано не менее шести опорно-вращающихся бугелей 14. Упругие деформируемые пластины 23 необходимы для надежного прижима вращающихся роликов 19 к кольцевой П-образной направляющей 17.

Объемно-монолитные ВРД 5 с тангенциальными соплами 27 является для цилиндрических оболочек 15 основными и необходимыми агрегатами, обеспечивающими круговое вращение этих оболочек 15. Каждый объемно-монолитный ВРД 5 выполнен в виде неразборного объемно-монолитного корпуса 26 с тангенциальными соплами 27 и крепежными лапками 29. Стыковочная поверхность корпуса 26 ВРД 5 вместе с крепежными лапками 29, посредством которых корпус 26 и лапки 29 герметично и неподвижно закрепляются на торце 25 вращающейся оболочки 15, выполнена плоской. По окончании стыковки корпуса 26 и торца 25 центральная точка симметрии корпуса 26 и ось симметрии воздушного трубопровода 7 с лабиринтным уплотнением 28 должны находиться на одной и той же «оптической» оси.

Для подачи рабочего тела-воздуха в объемно-монолитные ВРД 5 с тангенциальными соплами 27 в БПЛА предусмотрены цилиндрические патрубки 31, неподвижно и герметично закрепленные на торцах 30 неподвижных стационарных цилиндров 12. С одного конца к цилиндрическому патрубку 31 герметично пристыкован воздушный трубопровод 7, а на другом конце этого патрубка 31 смонтированы лабиринтное уплотнение 28 и торец 25 вращающейся цилиндрической оболочки 15.

Принцип работы заявляемого БПЛА, представлен выше в описании способа вращения цилиндров, выполняющих роль крыльев, на этом же заявляемом БПЛА.

Здесь следует сделать небольшое дополнение. Наряду с преимуществами, которые имеются у любого БПЛА с вращающимися цилиндрами, у них есть и серьезный недостаток.

В полете у любого БПЛА вращающиеся цилиндры создают для летательного аппарата большое лобовое сопротивление. Основную часть такого сопротивления составляет индуктивное сопротивление, возникающее из-за перетекания воздуха из подцилиндрической области, скажем, вращающейся цилиндрической оболочки 15 по торцу 25 в область надцилиндрической областью этой оболочки 15. Такое перетекание воздуха происходит из-за большого перепада давления между нижней и верхней областями цилиндрической оболочки 15. Возникший при таком перетекании вихревой жгут и создает негативное индуктивное сопротивление. В заявляемой конструкции БПЛА струи воздуха, истекающие с большой скоростью из тангенциальных сопел 27 объемно-монолитного ВРД 5, разбивают вихревые жгуты и тем самым уменьшают индуктивное и лобовое сопротивление БПЛА.

И еще одно отступление. Представим приближенные расчетные данные по скорости отрыва от ВПП условного БПЛА с крыльями в виде вращающихся цилиндров.

Пусть размах цилиндрических крыльев БПЛА равен 20 м, а их диаметр 2 м. Также предположим, что взлетная масса БПЛА составляет 50 т, а коэффициент подъемной силы Сγ≈12. Скорость отрыва БПЛА от ВПП находим из формулы для подъемной силы. Для приведенных выше исходных данных эта скорость будет равна ~150 км/час. Следовательно, для окружной скорости цилиндров 600 км/час (или 166 м/с) число оборотов цилиндров при их диаметре 2 м может составить ~1600 об/мин, что вполне реально. Заметим, что для реальных БПЛА набор высоты, горизонтальный полет по маршруту, снижение, заход на посадку и посадка можно и следует выполнять по программе с коррекцией по системе ГЛОНАСС.

Источники информации:

1. Шульженко М.Н. Конструкция самолетов. М.: Машиностроение, 3 изд. 1971. 416 с.

2. Шавров В.Б. История конструкций самолетов в СССР до 1938 года. М.: Машиностроение, 1969. 606 с.

3. Шавров В.Б. История конструкций самолетов в СССР 1938-1950 гг. М.: Машиностроение, 1978. 440 с.

4. Арсеньев Е.В., Берне Л.П., Боев Д.А. и др. (16 авт.). История конструкций самолетов в СССР 1951-1965 гг. М.: Машиностроение, 2022. 824 с.

5. Сутугин Л.И. Проектирование частей самолета. М.: Оборонгиз. Главная редакция авиационной литературы, 1947. 652 с.

Изобретение относится к области авиации, в частности к способам создания подъемной силы и конструкциям беспилотных летательных аппаратов. Способ вращения цилиндров включает использование силового корпуса, размещение в этом корпусе маршевых авиационных газотурбинных двигателей, закрепление на боковых поверхностях силового корпуса коаксиальных цилиндрических конструкций с вращающимися оболочками, на боковых торцах которых смонтированы воздушно-реактивные движители с тангенциальными соплами. Во время полета летательного аппарата воздух частично отбирается из компрессоров газотурбинных двигателей, регулируется регуляторами расхода и по воздушным трубопроводам, проложенным внутри коаксиальных цилиндрических конструкций, направляется в закрепленные на боковых торцах вращающихся оболочек воздушно-реактивные движители с тангенциальными соплами. В тангенциальных соплах воздух ускоряется и истекает в виде реактивных выхлопных струй в атмосферу, создавая при этом вращающий момент и достаточную окружную скорость вращающимся оболочкам, необходимую для возникновения эффекта Магнуса и подъемной силы на взлете и в полете летательного аппарата. Обеспечивается увеличение времени полета и грузоподъемности летательного аппарата. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ вращения цилиндров, выполняющих роль крыльев на летательных аппаратах, включающий использование силового корпуса летательного аппарата, размещение в этом силовом корпусе нескольких маршевых авиационных двигателей, закрепление на боковых поверхностях силового корпуса цилиндрических конструкций с вращающимися оболочками, выполняющими роль крыльев на летательных аппаратах, отличающийся тем, что сжатый и нагретый воздух, частично отобранный из компрессоров маршевых авиационных газотурбинных двигателей и автоматически регулируемый регуляторами расхода, направляется по воздушным трубопроводам в объемно-монолитные многосопловые воздушно-реактивные движители коллекторного типа с тангенциальными соплами, причем воздушно-реактивные движители закреплены на торцах вращающихся цилиндрических оболочек, которые являются одним из элементов цилиндрических конструкций, ускоряется в тангенциальных соплах и истекает из сопел в атмосферу в виде реактивных выхлопных струй в направлении, противоположном вращению цилиндрических оболочек, создавая при этом вращающий момент и достаточную окружную скорость вращающимся цилиндрическим оболочкам, выполняющим роль крыльев на летательных аппаратах, необходимую для возникновения эффекта Магнуса и подъемной силы на взлете и полете летательного аппарата.

2. Беспилотный летательный аппарат с вращающимися цилиндрами, выполняющими роль крыльев на летательных аппаратах, включающий силовой корпус, маршевые авиационные двигатели, закрепленные на боковых поверхностях силового корпуса цилиндрические конструкции с вращающимися цилиндрическими оболочками, скомпонованные с этим силовым корпусом вертикальное оперение и шасси, отличающийся тем, что силовой корпус имеет обтекаемую каплевидную форму; в качестве маршевых авиационных двигателей используются авиационные газотурбинные двигатели; цилиндрические конструкции с вращающимися оболочками, выполняющими роль крыльев, выполнены в виде коаксиальных цилиндрических конструкций, включающих в себя смонтированный по схеме полумонокок неподвижный стационарный цилиндр с торцом и смонтированную по схеме монокок вращающуюся цилиндрическую оболочку с торцом; на торце каждой вращающейся цилиндрической оболочки неподвижно и герметично закреплен объемно-монолитный многосопловой воздушно-реактивный движитель коллекторного типа с тангенциальными соплами.

3. Беспилотный летательный аппарат по п. 2, отличающийся тем, что выполненный по схеме полумонокок неподвижный стационарный цилиндр конструктивно включает в себя поперечный набор силовых кольцевых шпангоутов, продольный набор стрингеров и рабочую обшивку с плоским торцом.

4. Беспилотный летательный аппарат по п. 2, отличающийся тем, что кольцевые шпангоуты по длине неподвижного стационарного цилиндра расположены на равном расстоянии друг от друга, причем величина расстояния между ними рассчитывается с учетом величины максимальной полезной нагрузки и максимальной эксплуатационной перегрузки.

5. Беспилотный летательный аппарат по п. 2, отличающийся тем, что контакты между неподвижным стационарным цилиндром и вращающейся цилиндрической оболочкой осуществляются с помощью системы опорно-вращающихся бугелей, смонтированных в количестве 6≤N≤36 на каждом силовом кольцевом шпангоуте неподвижного стационарного цилиндра с учетом условий прочности.

6. Беспилотный летательный аппарат по п. 2, отличающийся тем, что вращающиеся цилиндрические оболочки перед их окончательной сборкой являются разборными и идентичными друг другу полуцилиндрическими оболочками, изготовлены заодно как единое целое с внутренними кольцевыми П-образными направляющими, причем в каждую П-образную направляющую вмонтировано плоское разборное цилиндрическое кольцо, изготовленное из износостойкого материала и необходимое для плавного вращения и уменьшения коэффициента трения качения.

7. Беспилотный летательный аппарат по п. 2, отличающийся тем, что подача сжатого и нагретого воздуха от компрессоров авиационных газотурбинных двигателей в объемно-монолитные многосопловые воздушно-реактивные движители коллекторного типа с тангенциальными соплами осуществляется по воздушным трубопроводам, проложенным внутри выполненных по схеме полумонокок неподвижных стационарных цилиндров, а для регулирования расхода рабочего тела - воздуха, используются регуляторы расхода.

8. Беспилотный летательный аппарат по п. 2, отличающийся тем, что герметичность и вращение объемно-монолитного многосоплового воздушно-реактивного движителя коллекторного типа с тангенциальными соплами совместно с цилиндрической оболочкой осуществляется с помощью конструктивной сборки, включающей в себя цилиндрический патрубок и лабиринтное уплотнение.

9. Беспилотный летательный аппарат по п. 2, отличающийся тем, что для стабилизации его полета и управления по курсу предусмотрен руль направления, для стабилизации полета и управления по крену и тангажу предусмотрены элевоны, а под днищем силового корпуса предусмотрено трехопорное убирающееся в полете шасси.