АППАРАТ НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ

Заявляемое техническое решение относится к аппаратам на воздушной подушке (АВП), в целом к области транспортных средств.
Известны типовые конструкции аппаратов, в некоторых из них использована динамическая воздушная подушка, в других использована статическая воздушная подушка [Бень Е. Модели и любительские суда на воздушной подушке: Пер. с польск. -Л.. - Судостроение, 1983-128 с. (с.26-27)].
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является аппарат Г.В. Йорга с динамической воздушной подушкой, выполненный по схеме тандем [Макаров Ю.В. Новое о малых крылатых катерах.// Катера и яхты. Научно-популярный и спортивный сборник. - Л.: Судостроение, 1981, №6(94) - с.28-29.]. Аппарат состоит из двух расположенных одно за другим крыльев, соединенных с фюзеляжем и оснащенных винто-моторной установкой, вертикальным оперением.
Однако известный аппарат не позволяет преодолевать препятствия при старте с места или при малой скорости движения.
Предлагаемое техническое решение направлено на преодоление высоких препятствий при старте с места или при малой скорости движения за счет создания статической воздушной подушки на переднем крыле и фюзеляже и динамической воздушной подушки на втором (заднем) крыле при сохранении контакта шасси с экраном (с твердой или водной поверхностью).
12
2
1
23
3
1
2
1
1
3
1
1
12
1
3
23
3
Указанный технический результат достигается при использовании аппарата на воздушной подушке, включающий два связанных и расположенных одно за другим крыла, вертикальное оперение, фюзеляж с установленным в нем двигателем, соединенным через приводной вал с винтовым движителем, согласно полезной модели, фюзеляж и одно крыло выполнены за одно целое в виде двух дисков, расположенных один над другим на расстоянии H, с кольцевой бортовой обшивкой между дисками, причем диаметр Д верхнего диска меньше диаметра Д нижнего диска, а винтовой движитель размещен над верхним диском на расстоянии Н и выполнен в виде по крайней мере одного несущего винта диаметром Д с вертикально расположенным приводным валом, закрепленным на шарнирной подвеске в фюзеляже, с возможностью наклона вала и соответственно несущего винта относительно вертикальной оси фюзеляжа во всех направлениях, при следующих соотношениях геометрических размеров: 0,2Д<Д<0,7Д; 0,3Д<Д<1,3Д; 0,15Д <H <0,5Д; 0,2Д <Н <1,0Д.
а фюзеляж соединен по крайней мере с одной хвостовой балкой, на которой размещено второе крыло и двухопорное лыжное (или колесное) шасси.
Возможны дополнительные варианты АВП, в которых целесообразно, чтобы:
- кольцевая бортовая обшивка фюзеляжа имела выпуклый кверху профиль (так что касательная плоскость, проведенная через любую точку на поверхности обшивки, не пересекает ни верхний, ни нижний диск);
- кольцевая бортовая обшивка фюзеляжа имела вогнутый кверху профиль (так что касательная плоскость, проведенная через любую точку на поверхности обшивки, пересекает верхний и нижний диски);
- кольцевая бортовая обшивка фюзеляжа имела профиль, состоящий из выпуклых кверху и вогнутых кверху участков (так что касательная плоскость, проведенная через любую точку на поверхности обшивки, пересекает или не пересекает один или оба диска);
кольцевая бортовая обшивка фюзеляжа была выполнена из сетчатого материала, частично или абсолютно свободно пропускающего через себя воздух;
- кольцевая бортовая обшивка фюзеляжа была выполнена на отдельных участках по периметру фюзеляжа;
- фюзеляж в плане (на виде сверху) представлял многоугольник, геометрически вписанный в окружность (или овал).
В предлагаемой конструкции могут быть применены любые из известных винтовых движителей, например, из числа таких схем технического исполнения:
- схема движителя с перекрещивающимися несущими винтами;
- схема движителя с двумя соосными воздушными винтами, вращающимися в противоположных направлениях;
- схема безмоментного несущего винта с реактивными двигателями на концах лопастей;
- схема движителя с радиальным (или диагональным) лопастным (или дисковым) вентилятором;
- схемы винтового движителя с турбореактивным и другими двигателями;
- схемы винтовых движителей с использованием эжекторов различных типов.
По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявляемого технического решения не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «новизна».
Совокупность существенных признаков заявляемого технического решения может быть многократно использована в производстве АВП с получением технического результата, заключающегося в преодолении высоких препятствий при старте с места или
при малой скорости движения при сохранении контакта шасси с экраном (с твердой или водной поверхностью).
Указанные преимущества, а также особенности настоящего технического решения станут понятными при рассмотрении лучших вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемые рисунки.
На фигуре 1 показана принципиальная схема аппарата на воздушной подушке, вид сбоку. Система управления, топливная система и другие узлы, не имеющие прямого отношения к заявочному материалу, не показаны.
На фигуре 2 показана принципиальная схема аппарата на воздушной подушке, вид сверху. На фигурах 3, 4, 5, 6, 7 показаны различные исполнения фюзеляжа аппарата на воздушной подушке,
Аппарат на воздушной подушке (фигуры 1, 2) содержит два связанных и расположенных одно за другим крыла 1 и 2, вертикальное оперение 3, двигатель 4, соединенный через приводной вал 5 с винтовым движителем 6.
12
2
1
23
3
Фюзеляж и крыло 1 выполнены за одно целое в виде двух дисков 7 и 8, расположенных один над другим на расстоянии Н, с кольцевой бортовой обшивкой 9 между дисками 7 и 8, причем диаметр Д верхнего диска 8 меньше диаметра Д нижнего диска 7, а винтовой движитель 6 размещен над верхним диском 8 на расстоянии Н и выполнен в виде по крайней мере, одного несущего винта диаметром Д с вертикально расположенным приводным валом 5, закрепленным на шарнирной подвеске 10 в фюзеляже (крыле) 1, с возможностью наклона вала 5 и соответственно несущего винта 6 относительно вертикальной оси 11 фюзеляжа (крыла) 1 во всех направлениях, на угол а. Фюзеляж (крыло) 1 соединен, по крайней мере, с одной хвостовой балкой 12, на которой размещены второе крыло 2 и двухопорное лыжное (или колесное) шасси 13.
1
2
1
1
3
1
1
12
1
3
23
з
23
Геометрические размеры аппарата на воздушной подушке связаны следующими соотношениями: 0,2Д<Д<0,7Д; 0,3Д <Д <1,3Д; 0,15Д <Н <0,5Д. 0,2Д <Н <1,0Д. Размер Н измерен при α=0.
Кольцевая бортовая обшивка 9 фюзеляжа 1 (фиг.1) может иметь выпуклый кверху профиль (так что касательная плоскость, проведенная через любую точку на поверхности обшивки, не пересечет ни верхний 8, ни нижний 7 диск). При таком исполнении увеличен внутренний объем фюзеляжа 1.
Кольцевая бортовая обшивка 9 фюзеляжа 1 (фиг.3) может иметь вогнутый кверху профиль (так что касательная плоскость 14, проведенная через любую точку на поверхности обшивки, пересечет верхний и нижний диски). При таком исполнении
уменьшена площадь поперечного сечения фюзеляжа 1 за счет уменьшения внутреннего объема фюзеляжа 1.
Кольцевая бортовая обшивка 9 фюзеляжа 1 (фиг.4) может иметь профиль, состоящий из выпуклых кверху и вогнутых кверху участков (так что касательная плоскость 14, проведенная через любую точку на поверхности обшивки, пересечет или не пересечет один или оба диска). При таком исполнении достигают необходимое сочетание внутреннего объема фюзеляжа и аэродинамического качества крыла 1.
Кольцевая бортовая обшивка 9 фюзеляжа 1 (фиг.5) может быть выполнена из сетчатого (решетчатого) материала, частично или абсолютно свободно пропускающего через себя воздух.
Кольцевая бортовая обшивка 9 фюзеляжа 1 (фиг.6) может быть выполнена на отдельных участках по периметру фюзеляжа. Последние два исполнения пригодны для движения на малой скорости, при проведении, например, учебных занятий.
Фюзеляж 1 в плане (на виде сверху) (фиг.7) может представлять многоугольник, геометрически вписанный в окружность (или овал). В таком исполнении для изготовления фюзеляжа можно использовать более технологичные листовые заготовки 15.
Принцип работы заявляемого аппарата на воздушной подушке заключается в следующем.
Вращающимся винтом 6 создается струя воздуха, обдувающая сверху дискообразный фюзеляж 1. Центральная часть струи наталкивается на верхний диск 8 и воздушный поток в этой зоне разворачивается на 90 градусов, образуя плоскую радиальную струю. Эта плоская радиальная струя выполняет функцию управляющей струи, подобно системам управления в струйной технике и в пневмонике [1). Расчет и проектирование устройств гидравлической струйной техники /В.П.Бочаров, В.Б.Струтинский, В.Н.Бадах, П.П.Таможний. - К.: Техника, 1987.-127 с. - (с.16-18). 2). Залманзон Л.А. Теория элементов пневмоники. Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука», 1969, 508 с. - (с.26-27)]. Управляющая струя воздействует на основную струю, изменяя направление ее течения. Основная струя тоже превращается в плоскую радиальную струю, обтекающую обшивку фюзеляжа без отрыва потока от поверхности фюзеляжа, здесь использован эффект Коанда [Рехтен А.В. Струйная техника: Основы, элементы, схемы: Пер. с нем. - М.: Машиностроение, 1980.-237 с.-(с.48-53)].
Таким образом, на уровне нижнего диска 7 получена кольцевая струя воздуха, направленная вниз при минимальных потерях тяги несущего винта б, что обусловлено соответствующими геометрическими соотношениями элементов конструкции. При таких
условиях фюзеляж отрывается от опорной поверхности и зависает над ней. При малой высоте подъема фюзеляжа 1 под ним создается статическая воздушная подушка по сопловой схеме. При контакте струи воздуха с экраном (с твердой или водной поверхностью) под фюзеляжем (под нижним диском) формируется контур циркуляции и обратная струя, направленная в центре диска снизу вверх. Обратные струи наблюдаются как в газовых так и в жидких средах, направления циркуляции сходны для разных сред [Кнэпп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация/Пер, с англ. - М.: Мир, 1974 г. 688 с. - (с.194-196, с.220-226).]. Такое поведение обратной струи сопровождается повышением давления под диском, соответственно повышением подъемной силы, действующей на фюзеляж в целом. Часть подъемной силы обеспечивается несущим винтом. Значение дополнительной подъемной силы, обусловленной действием обратной струи, снижается по мере подъема фюзеляжа 1 над опорной поверхностью (над твердой или водной поверхностью). Вследствие постоянства тяги несущего винта 6 и уменьшения с высотой подъемной силы от обратной струи фюзеляж 1 автоматически зависает на одной определенной высоте, и эту высоту можно регулировать за счет изменения тяги винта 6. Отклоняя приводной вал 5 и соответственно винт 6 от вертикального положения (ось 11) достигается получение горизонтальной составляющей вектора тяги. Аппарат начинает двигаться в направлении, куда наклонен винт 6. Таким образом осуществляют движение вперед, назад, вправо, влево под любым углом, торможение и разгон.
Для обеспечения возможности преодоления высоких препятствий, при старте с места или при малой скорости движения, в предлагаемой системе тандем на переднем крыле и фюзеляже 1 создается статическая воздушная подушка, а на втором (заднем) крыле созданы условия работы динамической воздушной подушки. При малой скорости движения и в статическом положении за счет соответствующей балансировки (распределение точек приложения сил веса фюзеляжа, двигателя 4, приводного вала 5 и винта б, хвостовой балки 12, крыла 2, шасси 13 и оперения 3) сохранен контакт шасси 13 с экраном (с твердой или водной поверхностью) для обеспечения надежного управления и удержания аппарата точно на заданном месте, без вращения аппарата и его ската по наклонной поверхности. При наборе скорости аппарата шасси 13 отрывается от поверхности экрана за счет работы второго крыла 2, на первое крыло 1 начинает дополнительно действовать эффект динамической воздушной подушки (экранный эффект). Высота подъема аппарата ограничена действием набегающего воздушного потока и экранного эффекта на оба крыла 1 и 2.