СОПЛО

Изобретение относится к соплам, расположенным на воздухоплавательных аппаратах и иной летающей или плавающей технике В 64 D 33/04.
Известен аэростат-цистерна по свидетельству на полезную модель РФ №19283 U1, В 64 В 1/44 от 21.02.2001, содержащий прикрепленную к нему емкость и причальные тросы с кольцами для его удержания, отличающийся тем, что емкость выполнена в виде цистерны с одним или несколькими закрывающимися сливными отверстиями, с обтекаемой выступающей частью, причем тросы имеют одинаковую длину. Кроме того, описанный аэростат отличается тем, что на каждом тросе аэростата имеется несколько колец, расположенных на разных тросах через одинаковые промежутки от их концов. Кроме того, описанный аэростат отличается тем, что помещение внутри его оболочки разделено на два отсека: верхний с подъемным газом и нижний с цистерной, при этом цистерна соединена перемычками с наружной оболочкой, а сливные отверстия цистерны расположены напротив люков в оболочке аэростата. Кроме того, описанный аэростат отличается тем, что в наружной оболочке выполнены углубления для установки регулирующих давление подъемного газа насосов, укрываемые наружными люками. Кроме того, сливные отверстия в цистерне расположены на выворачивающихся из ее стенок ступенчатых люках. Кроме того, стенка цистерны рядом со сквозным сливным отверстием имеет несквозное отверстие с резьбой, а под ними расположен диск вращающейся заслонки, в котором также есть сквозное сливное отверстие, и который соединен обручевидным зажимом-держателем со стенкой цистерны, с внешней стороны диск имеет ручку, за которую он вращается вокруг осевого стержня, вставленного в отверстие в стенке цистерны, и которая устанавливает сквозное отверстие диска под сквозным отверстием стенки, диск имеет также со стороны цистерны кольцевидные выпячивания в виде валиков, напротив которых в стенке цистерны расположены соответствующие им углубления, сливное отверстие диска имеет резьбу для вворачивания одного конца трубки с наружной резьбой, второй конец которой закрывается завинчивающейся пробкой, которая в свою очередь может крепиться цепочкой к корпусу цистерны или аэростата, при этом диск заслонки фиксируется при закрытом сливном отверстии путем вворачивания трубки в несквозное отверстие с резьбой. Кроме того, аэростат снабжен причальной плитой с отверстиями и со средствами крепления в виде шпингалетов и ушек для их выдвигающихся щеколд, при этом шпингалет имеет вырезы в корпусе для передвижения ручки щеколды, за которую она передвигается под корпусом шпингалета и вдоль него или неподвижно закрепляется в задвинутом и выдвинутом состояниях благодаря креплению шпингалета на необходимой высоте над уровнем платформы или благодаря наличию выемки в платформе под местом крепления, при этом ручка шпингалета может иметь зажим в виде крюка, вращающегося на стержне, пропущенном через головки болтов с винтами, крепящих корпус шпингалета к платформе. Кроме того, средства крепления колец тросов аэростата расположены под обтекателями, выполненными в виде двух четвертьсфер или двух обтекаемых полуформ, одна из которых неподвижно крепится к платформе, а вторая откидывается на петлях, при движении обтекатель сохраняет целостность благодаря наличию замков и отверстий для троса между краями четвертьсфер. Кроме того, цистерна имеет непроницаемые перегородки, делящие ее на независимые отсеки с собственными сливными отверстиями.
Недостатком аэростата-цистерны является при малых габаритах аэростата небольшая подъемная сила.
К сожалению, мне не удалось найти прототип сопла, близкого по идее исполнения
к предлагаемому в данной заявке. Надеюсь, формальная экспертиза найдет что-нибудь подходящее, например, в заявках в патентные ведомства других стран.
Целью изобретения является создание дополнительной подъемной силы аэростата, дирижабля или иного летающего в газовой атмосфере или плавающего в жидкой атмосфере аппарата.
Техническим результатом изобретения являются
- увеличение подъемной силы аэростата, дирижабля или иного летающего в газовой атмосфере или плавающего в жидкой атмосфере аппарата благодаря организации упорядоченного движения внешней среды вокруг него, приводящего к увеличению давления молекул наружной среды на дно аппарата,
- уменьшение габаритов аэростата, дирижабля и т.п.
- создание при движении аппарата вокруг него пар вихрей, оси симметрии которых направлены вдоль продольной оси симметрии аппарата в отличие от вертолета, у которого оси симметрии вихрей перпендикулярны продольной оси симметрии,
- создание при движении аппарата вокруг него пар вихрей, в которых участвуют молекулы внешней среды в слое, близком к оболочке или корпусу аппарата, что позволяет людям находиться вблизи аппарата при работе сопла в отличие от вертолета, который поднимает вокруг себя при посадке такой ветер и пыль, что людям приходится ждать окончания работы винтов вертолета, чтобы приблизиться к нему,
- вокруг оболочки или корпуса аппарата образуется подвижный слой внешней среды, который не подпускает к оболочке или корпусу аппарата набегающую спереди при его движении внешнюю среду, снижая ее трение о корпус при движении.
Этот технический результат достигается тем, что сопло образовано сквозным вертикальным туннелем с втоком (входом) внешней среды вверху и истоком (выходом) внизу аппарата, содержащим внутри вентилятор и прикрытым на входе и выходе крышками, между нижним краем каждой крышки и корпусом или оболочкой несущего сопло аппарата имеются щели по бокам крышки, спереди и сзади крышки щель прикрыта, высота щелей на входе больше высоты щелей на выходе с возможностью истекания среды из туннеля с большей скоростью, чем она втекает в туннель. Кроме того, сопло может отличаться тем, что туннель выполнен в виде витой металлической пружины с натянутой на нее газонепроницаемой материей, на каждом конце имеет твердое кольцо с резьбой снаружи, вворачивающееся в соответствующее кольцо с резьбой внутри, окружающее отверстие в оболочке воздухоплавательного аппарата, при этом диаметр нижнего твердого кольца туннеля меньше диаметра верхнего кольца. Кроме того, сопло может быть выполнено в четном количестве, причем в каждой соседней паре сопел направление вращения винта противоположно. Кроме того, сопло может отличаться тем, что на выходе сзади щель не прикрыта, но ее увеличение компенсировано тем, что щель спереди прикрыта больше, а на входе щель не прикрыта спереди.
Описание фигур.
На фигурах представлены следующие изображения.
Фиг.1 Аэростат-цистерна с соплом, вид сбоку, фиг.2 аэростат-цистерна с соплом, вид снизу, фиг.3 аэростат-цистерна с соплом, поперечный срез АА, фиг.4
верхний краевой срез ВВ туннеля, фиг.5 срединный срез СС туннеля, фиг.6 нижний краевой срез ДД туннеля, фиг.7 токопроводящее кольцо на крюк-замке.
Цифрами на фигурах обозначены следующие детали:
x
1 - оболочка аэростата, 2 - цистерна, 3 - люки цистерны, 4 - стабилизаторы хвостового оперения, 5 - верхняя крышка, 6 - нижняя крышка, 7 - сквозной вертикальный туннель, 8 - твердые кольца с внешней резьбой, 9 - крюк-замки, 10 - обтекатели крюк-замков, 11 - корпус транспортирующего средства или груз, 12 - v, скорость движения среды при движении аппарата вперед, 13 - тросы, 14 - вентилятор, 15 - передняя стенка крышки, 16 - задняя стенка крышки, 17 - линии тока ψ (v), 18 - щель между верхней крышкой 5 и оболочкой 1 или корпусом, 19 - щель между нижней крышкой 6 и оболочкой 1 или корпусом, 20 - кольца на концах тросов, 21 - электропроводящая щетка, 22 - провод, подводящий электрический ток к кольцу 20, 23 - выключатель, 24 - провод внутри троса.
Сквозной вертикальный туннель имеет эллипсовидное горизонтальное сечение, малая полуось эллипса которого достигает минимальной величины в средней части туннеля, а на концах туннеля имеет максимальную величину и равна большой полуоси эллипса, то есть на концах он имеет круглые горизонтальные сечения. В оболочке аэростата-цистерны вставлены твердые кольца с внутренней резьбой, куда вворачиваются люки, на боковых гранях которых есть соответствующая внешняя резьба. Люки расположены в верхней и нижней частях оболочки друг под другом. При установке туннеля предложенной конструкции люки выворачиваются, и на их место вворачиваются твердые кольца с соответствующей резьбой, расположенные на концах туннеля. Диаметр нижнего твердого кольца незначительно меньше диаметра верхнего кольца, чтобы его можно было через верхнее отверстие в оболочке аэростата-цистерны беспрепятственно вставить внутрь аэростата-цистерны и ввернуть в кольцо нижнего отверстия. На нижнем твердом кольце имеются кронштейны для крепления осевого вентилятора. Нижнее расположение вентилятора на воздухоплавательном аппарата обусловлено тем, что он, как и все тяжелые части конструкции, должен располагаться ниже миделя для устойчивости аппарата. В аппаратах тяжелее воздуха вентилятор может располагаться и выше миделя. В аппаратах тяжелее воздуха и в подводных аппаратах туннель сопла может быть выполнен из металла. В воздухоплавательных аппаратах туннель для облегчения конструкции представляет из себя витую пружину с эллипсовидными звеньями в центре и круглыми на верхнем и нижнем концах, к пружине пришивается с герметизацией мест прошивки газонепроницаемый материал, концы пружины крепятся к твердым кольцам 8. Верхняя 5 и нижняя 6 крышки плоские и круглые, диаметр круга больше входного или выходного отверстия туннеля. Между краем крышки и оболочкой или корпусом аппарата имеется щель. Спереди щель прикрыта стенкой обтекаемой формы, которая крепит крышку к твердому кольцу 8 туннеля. Сзади крышки тоже имеется стенка меньшего размера, также крепящая крышку к твердому кольцу 8. Передняя стенка препятствует попаданию молекул внешней среды в щель при движении аппарата вперед, что важно для истока больше, чем для втока. Задняя стенка препятствует у втока засасыванию в него внешней среды по направлению, противоположному движению внешней среды спереди назад при движении аппарата, то есть предотвращает повышение трения внешней среды об околокорпусный движущийся ей навстречу слой среды. Отсюда становится понятным, что у верхней крышки может быть убрана передняя стенка, а у нижней крышки - задняя стенка.
Объем воздуха или воды, входящий в туннель, равен объему, выходящему из него. Поэтому при высоте щели под верхней крышкой, превышающей высоту щели под нижней крышкой и при диаметре верхнего входного отверстия туннеля
большем, чем диаметр нижнего выходного отверстия, скорость входящей среды будет меньше скорости выходящей снизу среды. Таким образом, крышки имеют двойное назначение: они устанавливают разницу между входящим и выходящим потоком и делают его плоским. Если бы крышек не было, то под и над аппаратом стоял бы столбом вихрь, перпендикулярный движению аппарата, вызывая при столкновении с набегающим спереди при движении воздухом или водой дрожание аппарата. При наличии крышек вырывающиеся из-под них иди затекающие под них струи воздуха или воды текут тонким слоем вдоль корпуса или оболочки аппарата, образуя вокруг корпуса как бы кокон из воздуха или из воды, о который трется набегающий спереди воздух (или вода), при этом трение получается меньшим, чем о твердый корпус.
y
Подобно крылу самолета подъемная сила возникает благодаря большей скорости воздуха или воды под аппаратом по сравнению с их скоростью над аппаратом, но вектор скорости v направлен не спереди назад, а слева направо в левой верхней и правой нижней четвертях аппарата и справа налево в правой верхней и левой нижней четвертях аппарата. Благодаря созданию дополнительной подъемной силы у воздухоплавательных аппаратов может быть снижен объем оболочки с газом, поскольку снижение архимедовой силы будет компенсировано подъемной силой сопла.
На рис.3 показана пара вихрей, создаваемая в сопле благодаря наличию правой и левой щелей под крышками. Линии тока ψ правого вихря описываются следующим уравнением:
Линии тока левого вихря описываются аналогичным уравнением:
x
y
z
0
Здесь v(x) - скорость движения аппарата, то есть скорость движения набегающих спереди молекул среды относительно аппарата, v и v - проекции скорости движения молекул среды вокруг оболочки или корпуса аппарата и через сопло при работающем вентиляторе сопла при стоянии аппарата на месте, то есть неподвижности в передне-заднем направлении, на оси соответственно х и у. у- расстояние от центров симметрии вихрей до начала координат (см. рис.3). ω - средняя угловая скорость вращения, n - единичный вектор нормали.
A0
0
B0
0
Здесь ω - минимальная угловая скорость вращения в верхней точке вихря A, ω- максимальная угловая скорость вращения в нижней точке вихря В. Для большей точности можно взять большее количество точек.
Ось вентилятора может совпадать с вертикальной осью симметрии туннеля, тогда его входное и выходное отверстия круглые, а может быть перпендикулярной вертикальной оси симметрии туннеля, тогда его выходные отверстия в круглых твердых кольцах * будут прямоугольными.
Для подведения электрического тока к вентиляторам из электросети несущего аэростат-цистерну транспортного средства или наземной электросети к двум из крюк-замков подведено электричество: к одному электрический ток подсоединен положительным полюсом, к другому - отрицательным. Далее ток подается по тросам (см. фиг.7) через
щетки электроконтакта и по изолированным проводам внутри тросов подается на оболочку, далее идет по проводам, пришитым с герметизацией швов вдоль оболочки и входит через контакты, подобные контактам на цоколе лампочки и патрона, через твердые кольца 8 в туннель и далее по его стенке тянется к вентилятору.
Поскольку на выходе сопел слева и справа наблюдается асимметрия в выхождении струй (см. рис.2), сопла располагаются парами, в туннелях которых воздух или вода закручиваются в противоположные стороны, то есть вентиляторы крутятся в противоположных направлениях, что помогает предотвратить крен корпуса влево или враво.
В отличие от отклоненной заявки на полезную модель №2004111161/22(012187), где впервые делается попытка описать подобное сопло, в конструкцию сопла внесены следующие изменения:
1. крышки, прикрывающие сопло сверху и снизу сделаны неподвижными,
2. щели между крышкой и оболочкой или корпусом аппарата на входе и на выходе сделаны разными по высоте,
3. по требованию экспертизы в состав заявки включены формулы, приведено описание характера движения среды вокруг аппарата,
4. по требованию экспертизы с целью повышения охраноспособности название «оперение» заменено на название «сопло»,
5. сопло рассматривается во вновь поданной заявке как отдельное изобретение, что позволяет ему не затеряться среди других признаков, то есть новая заявка эквивалентна только части указанной.