Летательный аппарат на основе эффекта Магнуса Российский патент 2024 года по МПК B64C23/08 

Изобретение относится к области авиации, в частности к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки.

Известен экраноплан, содержащий фюзеляж, крылья, воздушный ротор, органы управления, корпус построенный по аэродинамической схеме "летающее крыло", один воздушный ротор расположен горизонтально на передней части корпуса, а второй воздушный ротор расположен горизонтально в кормовой части корпуса, причем оба воздушных ротора нижней своей частью расположены в радиальных каналах поперек корпуса, а верхняя часть выступает над поверхностью корпуса (RU 135986).

Известен летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой содержит фюзеляж с кабиной и силовой установкой. Над фюзеляжем на общем основании последовательно один за другим закреплены два модуля А и Б, состоящие из двух или более вентиляторов с воздуховодами, направляющими воздушный поток на вращающийся цилиндр, который, реализуя эффект Магнуса, создает аэродинамические силы (RU 2711768).

Известен автолет содержащий обтекаемый корпус автомобильной формы, рулевую систему, гиростабилизатор, приводное шасси, силовую установку, хвостовое оперение, жалюзийные створки и подъемно-тяговое устройство. Подъемно-тяговое устройство расположено в верхней части корпуса и выполнено в виде нескольких продольно расположенных винтов, плоскости вращения которых пересекаются. Винты связаны с общим приводом, обеспечивающим попарно синхронное вращение винтов в противоположных направлениях. По первому варианту винты заключены в оболочку, размещенную на корпусе автолета (RU 2484980).

Основной недостаток выше предоставленных образцов заключается в наличии открытых винтов, что делает летательные аппараты уязвимыми и небезопасными.

В качестве основы для изобретения взят летательный аппарат на основе эффекта Магнуса представляет прямоугольный корпус, по периметру которого установлены цилиндры, с возможностью вращения. Внутри корпуса расположена зона забора и подачи газа, в которой, сверху и снизу, установлены центробежные диски, газ на которые поступает через входные/выходные отверстия в корпусе. Диски позволяют поворачиваться устройству вокруг своей оси. 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, включающий ячейки, переходящие в туннель, сужающийся на выходе непосредственно перед цилиндром. Верхние и нижние потоководы независимы и не соединены между собой.

Недостатком данного изобретения является низкая скорость горизонтального полета, а также маневренность аппарат, которая не достаточна для некоторых задач из-за распределения потоков от одного центробежного вентилятора, что позволяет регулировать тягу только скоростью вращения цилиндров, что не достаточно эффективно.

Задача изобретения состоит в том чтобы создать летательный аппарат в основе которого лежит известный физический принцип эффекта магнуса, достичь достаточной маневренности и дальности полета летательного аппарата.

Задача решается за счет создания шести независимых контуров управления, каждый который состоит из отдельного цилиндра и системы управляемого потока воздуха на него, что позволяет достичь высокой маневренности, а также два маршевых двигателя с потоковым винтов и соплом, которые могут дополнительно применяться к конструкциям летательного аппарата в зависимости от его назначения.

На фиг. 1 показан внешний вид заявляемого летательного аппарата.

На фиг. 2 показано направление движения принудительных потоков воздуха, во время работы аппарата.

На фиг. 3показана зона забора воздуха и распределения тяги.

На фиг. 4 показан маршевый двигатель (вид спереди).

(на фиг. 2 и 3 стрелочками  показано направление движения принудительных потоков воздуха).

Заявляемый летательный аппарат состоит из обтекаемого кузова 1, в передней части которого находятся сигнальные огни 2, нижнее антикрыло 3 и воздухозаборники 4, ведущие в зону забора воздуха и распределения тяги. Посередине кузова расположена кабина 5 с системой управления (на фиг. не показана). Устройство может пилотироваться непосредственно человеком (пилотом) находящимся внутри кабины 5 или дистанционно (беспилотно), для обеспечения безопасности первого, предусмотрена система безопасности 6 с парашютом. Над боковыми цилиндрами, на кузове 1 имеются сквозные отверстия 7 для прохода воздуха.

За кабиной 5 расположены, минимум один, воздухозаборник 4а, также ведущий в зону забора воздуха и распределения тяги, заднее антикрыло 8 и, минимум, два маршевых двигателя, представляющие собой сопло 9 внутри которого, на валу, установлен винт 10  потоковый с лопастями, закрученными вокруг вала, при этом каждая лопасть представляет собой ¼ тора и имеет форму спирали с изменяемым шагом. Благодаря такому винту при плавном изменении траектории потока от 0º до 90º с использованием, возникающей при этом, центробежной силы потока, решается вопрос максимального эффективного использования силы тяги. Внутренние стенки сопла имеют спиралевидные канавки (на фиг. не показаны), в которых происходит изменение траектории движения потока воздуха от спирального (кругового) до прямого (ламинарного) течения воздуха, что позволяет максимально эффективно использовать входящий поток для горизонтальной тяги летательного аппарата.

Внутри кузова 1, по периметру, установлены цилиндры 11 с возможностью вращения. В конструкции используется, как минимум, четыре боковых цилиндра 11 (по два с каждой стороны), которые обеспечивают дополнительную манёвренность и надежность, передний и задний цилиндры 11, используется для вертикального взлета и посадки, дополнительно выполняя функцию руля высоты во вовремя полета, в зависимости от направления движения аппарата.

Внутри кузова 1, в передней и задней части, расположена зона забора воздуха и распределения тяги на цилиндры, служащая для создания принудительной тяги на цилиндры 11, а также для обеспечения подачи и распределения индивидуального потока воздуха с заданной скоростью на каждый цилиндр 11 независимо. Для этого, в зоне, сверху и снизу, расположены два импеллера 12; 12а (центробежные крыльчатки), служащие для компенсации момента вращения (верхний компенсирует нижний), при этом верхний импеллер 12 целиком находится внутри зоны, нижний 12а выходит наружу со стороны дна кузова 1 для максимального забора воздуха. На выходе из зоны, так же по периметру, сверху и снизу, расположены потоководы 13, в виде туннелей идущих на цилиндры 11. Верхние и нижние потоководы 13 независимы и не соединены между собой.

Передние и задние воздухозаборники 4;4а представляют систему забора воздуха, для создания и рекуперации  управляемых потоков воздуха  в передней и задней частях аппарата, которые в случае аварийной ситуации могут дублировать друг друга, при этом кратно сохраняя запас тяги. Система забора воздуха при горизонтальном полете дает преимущество для организации управляемого потока на цилиндры 11, что влияет на высокую энергоэффективность и увеличивает дальность полета.

Летательный аппарат приводится в действие электрической тягой за счет использования аккумуляторных батарей, которые подзаряжаются во время полета, для достижения высокой дальности и надежности полета дополнительно может использоваться гибридная установка (для подзарядки аккумуляторных батарей) на  бензиновом или дизельном топливе (на фиг. не показаны).

Примерный расчет модели:

Количество цилиндров 6 штук

диаметр каждого цилиндра – 0,4 м;

длина каждого цилиндра – 1,5 м;

обороты цилиндров – 6000 об/мин;

скорость набегающего потока создаваемого вращением крыльчатки – 20 м/с;

Сила Магнуса на один цилиндр будет равна 2056 Н.

Общая подъёмная сила 209 кг*6=1254 кг

Заявляемое устройство работает следующим образом

Внутрь кузова 1, через воздухозаборники 4;4а и отверстия попадает воздух. При вращении импеллеров 12;12а, осуществляется забор и подача воздуха. Принудительно набегающий поток воздуха, создаваемый при вращении импеллеров 12;12а, проходит через потоководы 13, что позволяет разбить один сплошной поток на несколько маленьких, и делает его подачу равномерной на всю длину цилиндров 11. После чего принудительно создаваемые потоки попадают на вращающиеся цилиндры 11, создавая эффект Магнуса на каждом цилиндре 11. Момент вращения верхнего импеллера 12, компенсируется моментом вращения нижнего 12а. Момент вращения каждого цилиндра 11 согласован с моментом вращения всех цилиндров 11, таким образом создавая эффект Магнуса в одном направлении. Одинаковый по направлению, но разный по величине эффект Магнуса на каждом цилиндре 11, позволяет изменять скорость и траекторию движения летательного аппарата. При взлете используются все шесть цилиндров 11, для максимальной вертикальной скорости аппарата, далее при движении вперед передний цилиндр 11 отключается, и включаются маршевые двигатели для горизонтального полета. Задний цилиндр 11 применяется как руль высоты и для движения задним ходом. Кроме этого, при работе только переднего или заднего цилиндра 11, аппарат может сделать мертвую петлю, таким образом обеспечивая вращение по оси z. Благодаря форме потокового винта 10, маршевый двигатель, работая в обратном направлении, может создавать реверс тяги, для экстренного торможения.

Заявляемый летательный аппарат обладает высокой манёвренностью, дальностью полета, способен как доставлять грузы, так и осуществлять перевозку людей как в пилотируемом варианте, так и в автономном. Реверсивная работа маршевых двигателей, за счет формы потокового винта 10, обеспечивает высокую маневренность и безопасность данного аппарата, за счет возможности экстренного торможения. В будущем, аппарат может применяться как гоночный болид для участия в соревнованиях в воздухе в кольцевых гонках в воздухе.

Таким образом, поставленная задача, выполнена.

Изобретение относится к области авиации, в частности к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки. Летательный аппарат на основе эффекта Магнуса состояит из кузова, в передней и задней частях которого находятся воздухозаборники, внутри кузова, по периметру, установлены цилиндры с возможностью вращения также внутри кузова. В передней и задней частях расположена зона забора воздуха и распределения тяги на цилиндры, в которой, сверху и снизу, расположены два импеллера, на выходе из зоны. По периметру, сверху и снизу, расположены потоководы в виде туннелей, идущих на цилиндры, верхние и нижние потоководы независимы и не соединены между собой. При этом устройство дополнительно оснащено кабиной с системой управления аппаратом, а также минимум двумя маршевыми двигателями, представляющими собой сопло, внутри которого на валу установлен винт потоковый с лопастями, закрученными вокруг вала. При этом каждая лопасть представляет собой ¼ тора и имеет форму спирали с изменяемым шагом, а внутренние стенки сопла имеют спиралевидные канавки, в которых происходит изменение траектории движения потока воздуха от спирального до прямого течения воздуха. Задача изобретения состоит в том, чтобы создать летательный аппарат, в основе которого лежит известный физический принцип эффекта Магнуса, достичь достаточной маневренности и дальности полета летательного аппарата. 4 ил.

Летательный аппарат на основе эффекта Магнуса, состоящий из кузова, в передней и задней частях которого находятся воздухозаборники, внутри кузова, по периметру установлены цилиндры с возможностью вращения также внутри кузова, в передней и задней частях расположена зона забора воздуха и распределения тяги на цилиндры, в которой, сверху и снизу, расположены два импеллера на выходе из зоны, также по периметру, сверху и снизу, расположены потоководы в виде туннелей, идущих на цилиндры, верхние и нижние потоководы независимы и не соединены между собой, отличающийся тем, что устройство дополнительно оснащено кабиной с системой управления аппаратом, а также минимум двумя маршевыми двигателями, представляющими собой сопло, внутри которого на валу установлен винт потоковый с лопастями, закрученными вокруг вала, при этом каждая лопасть представляет собой ¼ тора и имеет форму спирали с изменяемым шагом, а внутренние стенки сопла имеют спиралевидные канавки, в которых происходит изменение траектории движения потока воздуха от спирального до прямого течения воздуха.