АВТОМОБИЛЬ ЛЕГКОВОЙ С ЛЕТНЫМИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ

Полезная модель относится к транспортным средствам, способным передвигаться по земле и по воздуху.
Наиболее удавшимся на момент середины XX века летающим автомобилем являлся «Аэрокар», созданный Молтоном Тейлором из Лонгвью. При его создании изобретатель использовал практически обычный автомобиль, который при движении по дороге вез за собой крылья, хвостовую часть и оперение на прицепе. На аппарате «Аэрокар I», использовался самолетный двигатель «О-290» мощностью 125 л.с. (92,0 кВт) фирмы «Лайкоминг». Воздушный винт располагался позади Y-образного оперения; винт соединялся с двигателем посредством длинного вала.
2
Основные данные: размах крыла 10,37 м; площадь крыла 17,67 м; взлетная масса 952,5 кг; максимальная скорость движения по земле 107 км/ч; крейсерская скорость полета 161 км/ч; посадочная скорость 80,5 км/ч. [П. Бауэрс летательные аппараты нетрадиционных схем: Пер. с англ. - М.: МИР, 1991. - 320 с, ил - С. 240]
Недостатком конструкции является необходимость перевозить на прицепе нужные для осуществления полета детали, что ухудшает динамические свойства автомобиля и маневренность; необходимость затрачивать время и усилия для приведения автомобиля в готовое для полета состояние.
Наиболее популярными летающими автомобилями, получившими широкую огласку среди населения, на данный момент времени являются «Terrafugia Transition)), «PAL-V ONE)).
Автомобиль Transition американской компании Terrafugia представляет собой двухместный четырехколесный автомобиль, а в воздухе -одномоторный горизонтальный триплан с килями на коротких балках. Переход из самолетного режима в автомобильный и наоборот происходит путем складывания или раскладывания крыльев (размах - 8 м). Бензиновый двигатель мощностью 100 л.с. обеспечивает Transition скоростью 185 км/ч в воздухе и дальностью полета 1000 км; полезная нагрузка равна 227 кг. По шоссе автомобиль способен разгоняться до 105 км/ч при среднем расходе топлива в 6,7 л на 100 км. [А. Платонов. Автолеты и самобили: машины двух стихий // Техника молодежи. - 2012. - №7 - С. 16]
Недостатками этой модели являются: необходимость использования аэродрома для взлета и посадки, наличие подготовительных работ по приведению автомобиля в летное состояние.
PAL-V ONE представляет собой двухместный трицикл автожир с несущим винтом (без привода мотора) и толкающим пропеллером. Двигатель мощностью 218 л.с. может разогнать трицикл в воздухе до 180 км/ч, потребляя 26 л топлива на 100 км. Раскладывание винтов и хвостового оперения происходит за 10 мин. Необходимая для взлета площадка равна 200 метров. В наземном режиме PAL-V приводится в движение мотором мощностью 100 л.с., максимальная скорость равна 160 км/ч. [А. Платонов. Автолеты и самобили: машины двух стихий // Техника молодежи. - 2012. - №7 - С. 16]
К недостаткам данной модели можно отнести затрачивание времени на приготовление автомобиля к полету, сложность конструкции, необходимость наличия взлетной полосы, отсутствие привычных для автомобиля органов управления.
Техническая задача - создание автомобиля с летными эксплуатационными свойствами способного осуществлять вертикальный взлет и посадку на базе существующего легкового автомобиля, который не требовал бы подготовительных работ для приведения автомобиля в летное состояние.
Техническая задача решается автомобилем с летными эксплуатационными свойствами, построенного на базе легкового автомобиля ВАЗ 1111 «Ока». Благодаря этому отсутствует вопрос о необходимости проектирования двигателя, трансмиссии, подвески, мостов, тормозной системы, рулевого управления и их компоновки.
Для выполнения поставленной задачи необходимо как можно больше снизить массу автомобиля. Для этого применяется возможность замены стандартного кузова автомобиля, на кузов изготовленный, в основном, из композитных материалов.
Далее проектирование автомобиля с летными эксплуатационными свойствами осуществляется по принципу компоновки соосного мультикоптера, т.е. с использованием воздушных винтов, расположенных горизонтально на специальном каркасе по периметру кузова автомобиля в два ряда. Автомобиль для совершения взлета и полета нуждается в дополнительном оборудовании: несущий каркас, электродвигатели, воздушные винты, регуляторы скоростей электродвигателей, аккумуляторные батареи, полетный контроллер, пульт управления, акселерометры, гироскоп, барометр, электрические провода.
Воздушные винты приводятся в движение электродвигателями. Питание электродвигателей осуществляется от аккумуляторных батарей через регуляторы скоростей. Регуляторы скоростей необходимы для принятия управляющего сигнала от полетного контроллера и передачи энергии постоянного тока от аккумулятора к трехфазному бесколлекторному электродвигателю. Каждая винтомоторная единица крепится к несущему каркасу, который, в свою очередь, с помощью специальных крепежных элементов крепиться к кузову автомобиля как по периметру, так и к его днищу. Каркас состоит в основном из труб различного диаметра, изготовленных из алюминиевых сплавов. Расчетами была выявлена необходимость применить винтомоторные группы в количестве 16 единиц. Полезная модель поясняется фигурами:
- на фиг. 1 изображен легковой автомобиль с летными эксплуатационными свойствами, компоновочная схема, вид сверху;
- на фиг. 2 изображен легковой автомобиль с летными эксплуатационными свойствами, вид сбоку;
- на фиг. 3 изображен легковой автомобиль с летными эксплуатационными свойствами, вид сверху;
- на фиг. 4 изображен легковой автомобиль с летными эксплуатационными свойствами, вид спереди;
- на фиг. 5 изображен легковой автомобиль с летными эксплуатационными свойствами, вид сзади.
Легковой летающий автомобиль содержит: 1 - аккумуляторные батареи; 2 - воздушные винты; 3 - электродвигатели; 4 - регулятор скоростей электродвигателей; 5 - электрические провода; 6 - полетный контроллер; 7 - блок датчиков; 8 - несущий кузов; 9 - несущий каркас; 10 - стопорящее устройство; 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 - крепежные элементы.
Легковой автомобиль с летными эксплуатационными свойствами работает следующим образом. В режиме обычной езды по дороге автомобиль работает без изменений. Двигатель внутреннего сгорания через сцепление передает крутящий момент на четырехступенчатую коробку передач, главную передачу, дифференциал. Далее крутящий момент через шарниры равных угловых скоростей передается к ведущим управляемым колесам.
Полет осуществляется следующим образом. От блока аккумуляторных батарей 1 поступает постоянный ток на регуляторы скоростей 4, которые, получая управляющие сигналы от полетного контроллера 6, подают напряжение на электродвигатели 3, закрепленные на несущем каркасе 9, и регулируют их частоту вращения. Прикрепленные к электродвигателям воздушные винты 2, вращаясь, создают необходимую для полета автомобиля в вертикальной и горизонтальной плоскости силу тяги.
Используя соосную схему расположения винтов, имеем верхнюю и нижнюю плоскость вращения винтов. Для совершения полета винты верхней плоскости вращаются как показано на фиг. 3, в то же время винты нижней плоскости вращаются в противоположных направлениях.
Перемещение автомобиля в вертикальном направлении осуществляется синхронным изменением частоты вращения всех винтов. Для полета в желаемом направлении автомобилю в воздухе необходимо наклониться на определенный угол в сторону движения. Наклон достигается путем изменения силы тяги винтомоторных групп на противоположных сторонах автомобиля. Например, для полета вперед частота вращения передних винтов в обоих плоскостях вращения немного уменьшается, позволяя автомобилю отклониться на определенный угол тангажа от первоначального положения. Достигнув нужного значения угла наклона, полетный контроллер, получив соответствующий сигнал от трехосевого гироскопа и акселерометра, посылает управляющий сигнал на регуляторы скоростей электродвигателей для увеличения частоты вращения всех электродвигателей на компенсирующую величину. Таким образом, автомобиль прекращает непрерывно наклоняться, баланс тяги восстанавливается. Допустимые значения углов наклона записаны в полетном контроллере. Таким образом, исключается вероятность наклона свыше допустимого уровня.
Если увеличить угловую скорость винтов, вращающихся по часовой стрелке в верхней плоскости вращения и соответствующих им винтов в нижней плоскости, и в равной мере уменьшить для оставшихся винтов, то, реактивный крутящий момент, возникающий в процессе вращения винтов, перестанет компенсироваться и автомобиль повернет в воздухе вокруг вертикальной оси против часовой стрелки. Поворот автомобиля по часовой стрелке осуществляется по тому же принципу.
Одним из самых основных компонентов управления является полетный контроллер. Он является связующим элементом между всеми компонентами ответственными за полет. Он собирает информацию с датчиков (гироскопы, акселерометры, барометр) 7; по показаниям датчиков рассчитывает свое положение в пространстве, определяет угловые ускорения и скорость движения; собирает информацию о внешних воздействиях, таких как отклонения рычагов управления пилотом; отправляет управляющие сигналы на регуляторы скоростей, которые, в свою очередь, изменяют частоту вращения электродвигателей, изменяя положение в пространстве на углы крена, тангажа и рысканья. Другими словами, полетный контроллер отвечает за координацию, стабилизацию и управление.
Управление полетом человеком осуществляется через пульт управления, представляющий собой совокупность двух независимых рычагов (не показаны). Движение вверх левым рычагом отвечает за увеличение оборотов всех электродвигателей (автомобиль взлетает); движение вниз - торможение и снижение автомобиля. Наклон рычага влево поворачивает машину против часовой стрелки, наклон вправо - по часовой стрелке. Движение вверх правым рычагом отвечает за наклон автомобиля назад, движение вниз-за наклон вперед. Отклонение рычага влево осуществляет наклон влево, отклонение рычагом вправо производит наклон вправо.
В момент передвижения автомобиля по дороге общего пользования каждая винтомоторная группа должна находиться в строго определенном положении. Например, боковые воздушные винты должны быть направлены вдоль автомобиля, что объясняется наличием ограничений по габаритам транспортного средства. Это осуществляется точным позиционированием электродвигателей и фиксацией их с помощью специального стопорящего устройства 10. Нажимая на специальный тумблер (не показан), водитель подает напряжение на стопорящее устройство, работа которого заключается во втягивании и вытягивании прижимной колодки за счет электромагнитных сил. Оно обеспечивает сохранение угла поворота корпуса электродвигателя, а, следовательно, и угла поворота воздушного винта под действием внешних сил. Необходимый угол поворота вала электродвигателя настраивается в программном обеспечении регулятора скоростей.
Современный ритм жизни делает автомобиль просто незаменимым средством передвижения. Но неразвитая дородная сеть, отсутствие на долгом протяжении пути автозаправочных станций, станций технического обслуживания, мест стоянки и отдыха может поставить в нелегкое положение водителя. Обыкновенный легковой автомобиль не справиться с транспортировкой человека в труднодоступные места за короткое время. Таким образом, данный универсальный автомобиль, сочетая в себе качества наземного и воздушного транспорта, будет обладать уникальной мобильностью и большими вариантами сфер применения.