ДВИЖИТЕЛЬ ВОЗДУШНЫЙ С ИЗМЕНЯЕМЫМ ВЕКТОРОМ ТЯГИ

Предлагаемая полезная модель относится к конструкциям движителей для летательных аппаратов с вертикальным взлетом и может быть использована на самолетах, снегоходах, водном транспорте, в частности, судах на воздушной подушке для обеспечения возможности вертикального взлета и посадки за счет изменения вектора тяги.
Известны устройства несущих винтов летательных аппаратов, снабженных рабочими лопастями, выполненными с возможностью перемещения относительно приводного вала. В этих устройствах вектор тяги создается за счет подъемной силы при вертикальном взлете и посадке, а возможность изменения вектора тяги обеспечивается за счет определенной конструкции лопастей, при которой создается возможность их перемещения относительно приводного вала.
В одном из таких устройств несущего винта самолета с изменением угла рабочих лопастей для создания условий получения форсированной тяги без увеличения частоты вращения несущего винта (см. патент РФ №2277498, М. кл. В64С 11/30, В64С 27/32, опубл. 27.12.2006 г.) несущий винт выполнен из плоскопрофильных лопастей, имеющих по диаметру винта концевые гребни, которые выполнены подвижными с возможностью плавного изменения угла от 180° до 60° между рабочими поверхностями лопастей и их концевыми гребнями с обеспечением фиксации заданного угла. Минимальная высота торцевой кромки каждого гребня относительно рабочей поверхности каждой лопасти составляет 0,1% от диаметра винта. Подвижность концевых гребней осуществлена с помощью петлевых шарнирных соединений. Привод петлевых шарнирных соединений выполнен с помощью цепных тяг или гибких валов, размещенных в полостях лопастей.
Как видим, в данном устройстве получение форсированной тяги обеспечивается за счет использования в конструкции лопастей подвижных концевых гребней и наличия средств для управления движением гребней и фиксации их положения путем плавного
изменения угла между рабочими поверхностями лопастей и их концевыми гребнями от 180° до 60°. Однако такая конструкция, хотя и позволяет не увеличивая частоты вращения несущего винта получить форсированную тягу, но вектор тяги создается в плоскости оси вращения основного вала, что не исключает возможных вибраций летательного аппарата при осуществлении вертикального взлета и посадки. Это приводит к снижению надежности и безопасности транспортного средства.
Известно устройство несущего винта самолета с изменением угла рабочих лопастей (см. патент РФ №2290345, М. кл. В64С 11/30, В64С 27/32, опубл. 27.12.2006 г.), в котором несущий винт самолета имеет механизм привода синхронного поворота рабочих лопастей с возможностью свободного перемещения вдоль приводного вала и установленный на приводном валу вращающийся блок с вмонтированными в блок тягами по числу лопастей несущего винта. Тяги шарнирно соединены с рычагами. Передвижение механизма привода синхронного поворота лопастей вдоль приводного вала осуществляется посредством штока гидроцилиндра, который соединен с проушиной, вмонтированной в корпус механизма привода синхронного поворота лопастей.
В данном устройстве, как и в предыдущем, осуществляется свободное перемещение лопастей вдоль приводного вала, причем для этого используется сложный механизм штока гидроцилиндра, соединенного с механизмом привода синхронного поворота лопастей. Такая конструкция, по мнению авторов, повышает надежность устройства.
Однако изменение вектора тяги в этом устройстве создается за счет сложного механизма изменения угла перемещения рабочих лопастей относительно приводного вала, причем вектор тяги создается в плоскости оси вращения основного вала, что также, как и в предыдущем аналоге, не исключает возможности возникновения вибраций при вертикальном взлете и посадке летательного аппарата, а следовательно, приводит к снижению надежности и безопасности транспортного средства.
Данное устройство выбрано за прототип.
Задачей полезной модели является осуществление в движителе такого способа создания и изменения вектора тяги, который обеспечивал бы повышение надежности и безопасности транспортного средства.
Решение данной задачи может быть получено в предлагаемом движителе воздушном с изменяемым вектором тяги, содержащем блок лопастей, установленный на основном валу несущего винта транспортного средства, связанный с устройством поворота
лопастей, отличающемся тем, что блок лопастей выполнен в виде, по меньшей мере, одного лопастного вала, установленного на подшипниках в радиальном сквозном отверстии, выполненном в передней утолщенной части основного вала, который размещен во внутренней части опорной втулки на подшипниках, неподвижно зафиксированной на транспортном средстве, при этом на концах лопастного вала установлены лопасти таким образом, что их продольные оси симметрии совпадают с осью вращения лопастного вала, а их поперечные оси вращения (по ширине лопасти) образуют между собой угол, равный 90°, на лопастном валу также закреплено рабочее колесо, образующее зубчатую коническую передачу с втулкой-шестерней, установленной в выточке на передней части опорной втулки, выполненной с возможностью вращения вокруг продольной оси опорной втулки.
Для обеспечения вращения втулки-шестерни вокруг продольной оси опорной втулки втулка-шестерня снабжена рычагом управления и последующей фиксации вектора тяги.
В случае использования в движителе одного лопастного вала на нем устанавливается балансирное устройство.
Движитель может содержать два лопастных вала, каждый из которых снабжен лопастью, установленной на его конце, и рабочим колесом.
Для повышения эффективности работы движителя лопасти могут иметь двояко-вогнутую форму или иметь среднюю часть, выполненную из эластичного материала, например, из резины.
Выполнение блока лопастей в виде, по меньшей мере, одного лопастного вала, установленного в передней утолщенной части основного вала несущего винта транспортного средства и зафиксированного на нем с помощью опорной втулки, а также установка на концах лопастного вала лопастей таким образом, что их продольные оси симметрии совпадают с осью вращения лопастного вала, а их поперечные оси вращения образуют между собой угол 90°, позволяет исключить из предлагаемого движителя возвратно-поступательно движущиеся детали (автомат перекоса Сикорского), создававшие в известных устройствах вибрацию при вертикальном взлете транспортного средства.
При этом использование зубчатой конической передачи между рабочим колесом и втулкой-шестерней и выполнение последней с возможностью вращения вокруг продольной оси опорной втулки, например, с помощью рычага управления и фиксации, обеспечивает возможность создания и плавного изменения вектора тяги в пределах 360° в плоскости, перпендикулярной оси вращения основного вала, и последующей фиксации вектора тяги за счет
лобового сопротивления лопастей, а не за счет подъемной силы, как в известных устройствах. В результате, при использовании такого движителя на транспортном средстве повышаются его надежность и безопасность.
При этом для повышения мощности движителя он может быть снабжен двумя лопастными валами, на каждом из которых имеются лопасть и рабочее колесо, в этом случае отпадает необходимость в использовании балансирного устройства.
Выполнение лопастей с различным профилем: либо двояковогнутой формы, либо с эластичной средней частью, позволяет дополнительно увеличить их эффективность при осуществлении вращательных движений.
Конструкция предлагаемого движителя поясняется чертежами, где на фиг.1 показан в разрезе предлагаемый движитель при использовании одного лопастного вала, на фиг.2 показан в разрезе предлагаемый движитель с двумя лопастными валами, на фиг.3 приведена зависимость между углом поворота лопасти вокруг своей продольной оси симметрии и величиной вектора тяги, соответствующей углу поворота основного вала, на фиг.4 показано формирование суммарного вектора тяги лопасти , на фиг.5 приведены варианты выполнения лопасти: а) с профилем двояковогнутой формы, б) с эластичной средней частью.
Согласно фиг.1 предлагаемый движитель содержит опорную втулку 1, которая неподвижно зафиксирована на транспортном средстве, во внутренней части которой, например, на подшипниках качения установлен основной вал 2, в передней утолщенной части которого выполнено радиальное сквозное отверстие, в котором установлен, например, на подшипниках качения один лопастной вал 3. На лопастном валу 3 закреплены рабочее колесо 4, лопасти 5 и балансирное устройство 6. Лопасти 5 установлены на концах лопастного вала 3 таким образом, что их продольные оси симметрии совпадают с осью вращения лопастного вала 3, а их поперечные оси симметрии (по ширине лопастей) образуют между собой угол 90°. Рабочее колесо 4, установленное на лопастном валу 3, образует зубчатую коническую передачу с установленной в выточке на передней части опорной втулки 1 втулкой-шестерней 7, снабженной рычагом 8 управления и фиксации вектора тяги. Втулка-шестерня 7 может совершать вращательные движения вокруг продольной оси опорной втулки 1 с последующей фиксацией посредством рычага 8 управления и фиксации вектора тяги. Угол, на который изменяется вектор тяги, равен углу, на который поворачивается втулка-шестерня 7.
В соответствии с фиг.2 предлагаемый движитель может содержать два раздельных лопастных вала 3, на концах которых установлена своя лопасть 5. В этом случае балансирного устройства 6 не требуется.
Работа предлагаемого движителя осуществляется следующим образом.
В начале работы втулка-шестерня 7 зафиксирована на опорной втулке 1 в необходимом положении. При вращении основного вала 2 он увлекает за собой лопастной вал 3. Рабочее колесо 4, обегая втулку-шестерню 7, заставляет лопастной вал 3 вращаться вокруг своей оси. При этом лопасти 5 одновременно совершают два вращательных движения. За оборот вращения основного вала 2 лопасти 5 дважды меняют значение лобового сопротивления - от максимального до минимального и наоборот (см. фиг.3). Максимальное значение лобового сопротивления и вектора тяги лопасть 5 имеет в тот момент, когда поперечная ось симметрии лопасти составляет с вектором угловой скорости основного вала 2 угол 90°, а минимальное значение - когда этот угол равен нулю.
Из фиг.4 очевидно, что суммарный вектор тяги лопасти 5  совпадает по направлению с максимальным значением вектора тяги лопасти 5 , что подтверждается проведенными испытаниями предлагаемого движителя.
При этом в предлагаемой конструкции отсутствуют детали, совершающие возвратно-поступательные движения, что исключает вибрации транспортного средства, в частности, летательных аппаратов при их вертикальном взлете и посадке, а это, в свою очередь, повышает надежность и безопасность транспортного средства.
При этом эффективность работы предлагаемого движителя повышается при выборе формы профиля лопасти, как это показано на фиг.5, либо с эластичной средней частью, либо двояко-вогнутой формы, поскольку увеличивается площадь соприкосновения воздуха с лопастью и увеличивается сопротивление лопасти набегающему потоку.