ТРАНСФОРМИРУЮЩЕЕСЯ ГИБРИДНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО
TRANSFORMING HYBRID VEHICLE

Изобретение относится к области комбинированных транспортных средств и может быть использовано для перевозки людей и багажа по автомобильным дорогам и улицам населенных пунктов, воде, снегу и воздуху, а также для работы в различных областях народного хозяйства.
Известен универсальный автожир (RU 2543471, опубл. 27.02.2015), который включает фюзеляж с четырехдверной кабиной, в которой расположены передние кресла и задний диван, приборную панель, навигационные приборы, приборы контроля силовой установки, монитор, шасси, выносной аэродинамический элемент, установленный на стойках над крышей кабины с топливным баком внутри, несущий четырехлопастной винт с автоматической системой установки, фиксации и сложения лопастей, четырехлопастной реверсивный толкающий винт изменяемого шага, электрические мотор-редукторы, V-образные кили с рулями направления, соединенные в верхних точках стабилизатором с рулем высоты, двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Толкающий воздушный винт установлен в аэродинамическом кольце за кабиной в межбалочном пространстве. ДВС размещен в центре масс и используется для привода коробки приводов с установленными на ней генератором, компрессором, тахометром. Автожир снабжен двумя поворотными передними стойками шасси с колесами, четырьмя тормозными колесами, фарами, габаритными и поворотными фонарями впереди и на хвостовой балке. В носовой части установлен сканирующий локатор. Руль рулевой колонки управляет поворотом передних стоек на земле и рулями направления в воздухе.
Недостатком известного устройства являются большие масса и габариты, а также (и вследствие этого) невозможность использования данного устройства в качестве амфибии и при передвижении в труднопроходимой местности.
Известно преобразуемое транспортное средство (RU 2531538, опубл. 20.10.2014), которое содержит фюзеляж с пассажирской кабиной и кабиной летчика, заднюю винтовую установку, передние и задние колеса шасси, выполненные с механизмами их уборки и выпуска, складывающиеся правую и левую плоскости крыла и хвостовую часть, разъемное соединенную с фюзеляжем при помощи шарниров, отдельные закрытые от внешней среды отсеки фюзеляжа для среднего двигателя, для механизмов привода на заднюю винтовую установку и задние колеса шасси, носовой отсек и два обтекаемой формы окна над пилотской кабиной для наблюдения и контроля направления на взлете и при посадке. Взлетно-посадочное устройство расположено в центральной части фюзеляжа и имеет две убирающихся гидравлическими механизмами ноги с парами колес и амортстоек, находящихся в убранном положении в боковых отсеках между пилотской и пассажирской кабинами, и лыжи, которые в убранном положении находятся в футлярах перед колесами. Плоскости крыла снабжены передними и задними подкосами, винтовыми установками и двигателями, расположенными в передней части коренных секций. Плоскости крыла и хвостовая часть с управляемым стабилизатором выполнены с возможностью складывания при помощи тросовых механизмов для образования наземного транспортного средства.
Недостатком известного транспортного средства является излишняя сложность конструкции, большие габариты и невозможность использования данного устройства в качестве наземного транспортного средства в условиях бездорожья.
Известен авиатрансформер (RU 2519307, опубл. 10.06.2014), который содержит фюзеляж с фонарем обтекаемой поверхности и нижней частью в виде дна катера, трехколесное убирающееся шасси, мотор с толкающим винтом, верхнее крыло со складывающимися вдоль боковых поверхностей фюзеляжа левой и правой консолями крыла, верхний центроплан, хвостовое оперение с двумя аэродинамическими килями. Нижняя часть фюзеляжа выполнена в виде дна катера и содержит борта, переходящие в средней части в два параллельных гидродинамических киля дна постоянной ширины с основаниями, находящимися в одной горизонтальной плоскости. Нижняя часть фюзеляжа между гидродинамическими килями выполнена в виде аэродинамической поверхности крыла малого удлинения. В хвостовой нижней части фюзеляжа гидродинамические кили гладко сопряжены с аэродинамическими килями.
Недостатком известного транспортного средства является невозможность его использования в качестве наземного транспортного средства, а также невозможность его трансформации в автожир или паралет.
Известен летательный аппарат, способный передвигаться по земле и по воздуху (RU 2492066, опубл. 10.09.2013), который имеет фюзеляж, колеса для передвижения по земле, которые присоединены к нижней части фюзеляжа, крылья для создания подъемной силы, установленные симметрично с двух сторон фюзеляжа, и винты, установленные на крыльях и на фюзеляже с возможностью управления рычагом так, чтобы создавать подъемную силу и тяговую силу для фюзеляжа. Крылья присоединены к фюзеляжу через узлы изменения положения, каждый из которых включает множество камер изменяемого объема и узел изменения объема, выполненный с одной стороны камер изменяемого объема для регулирования степени их расширения так, чтобы каждое из крыльев могло быть сложено.
Недостатком известного аппарата является большие габариты, невозможность использования в качестве высокопроходимого наземного транспортного средства и в качестве амфибии.
Наиболее близким по технической сущности, по характеристикам и конструкции к заявленному устройству является моторизованный параплан (RU 2242402, B64C31/00, опубл. 20.12.2004) (принято в качестве прототипа), которое содержит силовую раму с посадочным местом по крайней мере для одного пилота, в передней части которой смонтирована стойка с управляемым по повороту колесным узлом, а в задней части смонтированы разнесенные по бокам указанной рамы задние стойки с задними колесами, силовую установку, размещенную в задней части рамы и включающую в себя двигатель, закрепленный на раме силовой установки, и толкающий воздушный винт, размещенный в верхней части силовой рамы узел крепления свободных концов строповой системы купола парашютного крыла. Параплан снабжен капсулой аэродинамической обтекаемой формы с лобовым остеклением и прозрачными дверями, внутри которой размещена силовая рама. Управляемый по повороту колесный узел выполнен в виде двух разнесенных относительно силовой рамы передних стоек с поворотными колесами от рулевого механизма, приводимого в движение педалями. Передние стойки закрыты обтекателями, толкающий воздушный винт установлен внутри аэродинамического кольца, на верхней части капсулы закреплены аэродинамические поверхности с положительным углом стреловидности, верхние кромки которых прикреплены к аэродинамическому кольцу. Диаметр передних колес больше диаметра задних колес, расстояние между которыми больше расстояния между передними колесами.
Недостатком этой конструкции являются недостаточная устойчивость полета устройства, а также невозможность его трансформации для использования в качестве автожира, амфибии или наземного транспортного средства повышенной проходимости.
Задачей предлагаемого изобретения является создание транспортного средства (ТС) которое может передвигаться по земле, по воде, снегу, льду, болоту и другим средам, позволяющим осуществлять донное скольжение, а так же летать. В качестве источника подъёмной силы на нем может быть установлено: мягкое или надувное крыло и условно иметь вид параплана и/или аэрошюта; складной винт автожира; винты, создающие подъемную силу; выдвижное или складное крыло как на самолете или другие элементы конструкции и силовой установки. Предполагается, что изменение конструкции может производиться автоматическим выбором оператора.
Передвижение по земле на колесах осуществляется электроприводом или от обычного двигателя внутреннего сгорания. Передвижение в других средах - путем создания тяги от винта или других аэродинамических элементов конструкции и силовых установок. Это позволит оператору этой техники без жёстких ограничений передвигаться в зависимости от необходимости и метеорологических, географических или местных условий в разных средах.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении проходимости на любых опорных средах и в воздухе.
Указанный технический результат достигается тем, что в трансформирующемся гибридном транспортном средстве, содержащем раму с посадочным местом для одного пилота в корпусе аэродинамической обтекаемой формы с остеклением, в передней части силовой рамы смонтирована стойка с управляемым по повороту колесами, а в задней части смонтированы разнесенные по бокам указанной рамы задние колеса, силовую установку, размещенную в задней части рамы и включающую в себя двигатель и толкающий воздушный винт внутри аэродинамического кольца, а так же размещенный в верхней части силовой рамы узел крепления концов строповой системы купола мягкого крыла, днище рамы выполнено в виде гидродинамической поверхности, профиль аэродинамического кольца выполнен крыловой формы, по крайней мере задние колеса выполнены с отдельным приводом их вращения, передние и задние колеса выполнены с приводом их подъема на уровень выше уровня днища рамы, выполненной четырехстоечной для размещения узлов прикрепления складываемых вдоль корпуса крыльев и узла размещения выстреливающейся спасательной парашютной системы, при этом на раме размещен винтовой ротор с приводом вращения вертолетных лопастей, которые выполнены складываемыми в направлении аэродинамического кольца.
Указанные признаки являются существенными и достаточными для достижения технического результата.
Настоящее изобретение иллюстрируется конкретным примером исполнения, который представлена на:
фиг. 1 - общий вид трансформирующегося гибридного транспортного средства, вид сбоку, несущая поверхность - винтовой ротор;
фиг. 2 - общий вид трансформирующегося гибридного транспортного средства, вид спереди, несущая поверхность – мягкое крыло типа параплан;
фиг. 3 - общий вид трансформирующегося гибридного транспортного средства с гидродинамической поверхностью (типа корпуса лодки), вид сбоку;
фиг. 4 первый пример исполнения крыловой формы профиля стабилизатора транспортного средства;
фиг. 5 второй пример исполнения крыловой формы профиля стабилизатора транспортного средства;
фиг. 6 третий пример исполнения крыловой формы профиля стабилизатора транспортного средства;
фиг. 7 четвертый пример исполнения крыловой формы профиля стабилизатора транспортного средства;
фиг. 8 пятый пример исполнения крыловой формы профиля стабилизатора транспортного средства;
фиг. 9 шестой пример исполнения крыловой формы профиля стабилизатора транспортного средства;
фиг. 10 общий вид трансформирующегося гибридного транспортного средства с винтовым ротором с разложенными лопастями;
фиг. 11 - то же, что на фиг. 10, лопасти сложены;
фиг. 12 - вид спереди на трансформирующееся гибридное транспортное средство с толкающим воздушным винтом внутри аэродинамического кольца;
фиг. 13 - вид сбоку на трансформирующееся гибридное транспортное средство со сложенными самолетными крыльями;
фиг. 14 - то же, что на фиг. 13, вид спереди в ракурсе 3/4.
фиг. 15 - вид спереди на трансформирующееся гибридное транспортное средство с одним раскрытым самолетным крылом;
фиг. 16 - вид сбоку на трансформирующееся гибридное транспортное средство с раскрытым мягким крылом;
фиг. 17 - показана схема изменения положения колес относительно нижнего уровня гидродинамической поверхности корпуса;
фиг. 18 - то же, что на фиг. 17, вид спереди на корпус.
Согласно настоящего изобретения рассматрива6ется конструкция трансформирующегося гибридного транспортного средства, которое может передвигаться по земле, по воде, снегу, льду, болоту и другим средам, позволяющим осуществлять донное скольжение, а также летать.
Трансформирующееся гибридное транспортное средство включает в себя основу в виде силовой рамы с посадочным местом по крайней мере для одного пилота. Силовая рама может быть пространственной фермы или цельной конструкции с нижней поверхностью, изготовленной из композитных, алюминиевых или титановых материалов. Нижняя часть рамы выполнена в виде гидродинамической поверхности 1 для скольжения по опорной поверхности (снегу, воде, болоту и т.д.) (фиг. 3. 11, 12). Гидродинамическая поверхность (нижняя часть корпуса) имеет вид лодки, плоскодонки или морских саней или другая. Она может быть изготовлена из композитных материалов, алюминиевых или титановых сплавов для обеспечения минимального сцепления с опорной поверхностью и возможности скольжения по ней. Так как ТС имеет нижнюю часть корпуса в виде гидродинамической поверхности (как лодка или другое водоплавающее средство) то оно обладает плавучестью.
В общем случае, рама выполнена четырехстоечной для организации силового окружения по отношению к месту пилота. И на ней может быть образован корпус 2 аэродинамической обтекаемой формы с остеклением (фиг. 1). Этот корпус может быть полностью закрытым и изготовлен из легких композитных материалов, образуя капсулу. Капсуле придана аэродинамически обтекаемая форма для снижения лобового сопротивления. Капсула имеет лобовое остекление и две легкосъемных прозрачных двери большой площади, служащих пилоту для обзора. ТС может быть одно, двух, трех, четырех и более местным, и обладать багажником. Использование оригинальной конструкции мотокапсулы из композиционных материалов: стеклопластика и углепластика, использование закладных деталей, все это существенно улучшает жесткость конструкции устройства, безопасность пилота (водителя) и пассажира(ов) и позволяет применять транспортное средство в различных средах: на земле, воде, льде, снеге и в воздухе.
К передней части рамы крепятся левая и правая передние стойки шасси с передними колесами 3, разнесенными по бокам указанной рамы и образующими управляемый по повороту колесный узел. Передние стойки могут быть закрыты обтекателями, уменьшающими аэродинамическое сопротивление. На корпусе или на указанных обтекателях спереди могут быть закреплены фары, служащие для облегчения взлета и посадки в темное время суток. Передние стойки шасси снабжены поворотными колесами. Для поворота передних стоек шасси влево и вправо служит реечный механизм, приводимый в движение педалями.
На задней части силовой рамы находятся узлы крепления правой и левой задних стоек для задних колес 4 и их амортизаторов, узлы крепления силовой установки 5. Разнесенные по бокам указанной рамы задние стойки шасси снабжены задними колесами 4 с дисковыми тормозами. При этом диаметр передних колес больше диаметра задних колес, расстояние между которыми больше расстояния между передними колесами.
Колеса могут быть размещены в колесных нишах 6, выполненных в нижней части рамы, при этом все колеса (передние и задние колеса) выполнены с приводом их подъема на уровень выше уровня днища рамы (фиг. 17 и 18). Колеса, образующие шасси, устанавливаются по классической четырехстоечной схеме, но имеют отличие в виде возможности уборки в корпус или вдоль боковой поверхности корпуса на уровень выше нижней точки гидродинамической поверхности (фиг. 18).
По крайней мере задние колеса 4 могут быть выполнены с отдельным приводом их вращения или все колеса выполнены приводными (электромотоколеса) от отдельных приводов или от общей трансмиссии. На разработанном транспортном средстве для движения по различному виду поверхностей можно использовать или/и устанавливать различного вида двигатель: электрический, электроколеса, двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и др.
Применение модернизированной конструкции четырехстоечного шасси с увеличенной базой и дорожным просветом, уровнем амортизации, позволяет использовать устройство в условиях бездорожья с возможностью взлета с неподготовленной поверхности и посадки на нее.
Силовая установка 5 состоит из двигателя, размещенного на раме силовой установки, и расположенного сзади толкающего воздушного винта 7, установленного внутри профилированного аэродинамического кольца 8, которое служит для увеличения тяги указанного винта. При этом толкающий воздушный винт 7 выполнен складываемым вдоль рамы. Уборка осуществляется путем применения актуаторов и/или гидроцилиндров, возможна механика, как дублирующая система. А аэродинамическое кольцо выполнено с ограждением зоны работы толкающего воздушного винта. Тяговый винт расположен сзади ТС и может складываться внутрь корпуса.
Ограждение винта имеет специальный профиль, создающий дополнительную движущую силу. Это позволяет устройству экономить топливо и быть устойчивым в полете. Так же важная функция ограждения винта, это безопасность эксплуатации и в случае разрушения винт не попадет в человека, его задержит ограждение, существенно сократив скорость полета осколков или инородного тела, попавшего под винт. Профиль аэродинамического кольца выполнен крыловой формы. В зависимости от заданной скорости полета формы профилей профилированного аэродинамического кольца выбирают из следующих: S-образная, симметричная, выпукло-плоская, проточная, плоско-выпуклая, щелевая (фиг. 4 - 9). Это также создает круговую равнонаправленную подъемную силу и при постоянном прямолинейном движении – прирост тяги (модуль силы) до 15%; стабилизирует по курсу (тангажу и рысканию). Держатели кольца могут быть изготовлены в форме аэродинамических стабилизаторов, что создает подъемную силу и курсовую устойчивость, сравнимую со стабилизаторами самолета.
На верхней части силовой рамы находятся узел 9 крепления свободных концов 10 строповой системы купола мягкого крыла 11 типа парашюта и узел размещения выстреливающейся спасательной парашютной системы. Таким образом, имеется возможность выброса мягкого крыла и движения по потоку воздуха с использованием его аэродинамических свойств.
На раме размещен винтовой ротор 12 с приводом вращения вертолетных лопастей 13 (фиг. 1), которые выполнены складываемыми в направлении аэродинамического кольца (фиг. 10 и 11). Привод винтового ротора может осуществляться как от двигателя привода толкающего воздушного винта внутри аэродинамического кольца, так и от отдельного двигателя, например, электродвигателя. Таким образом, транспортное средство при расправленном положении вертолетных лопастей (автожир) имеет возможность подъема в воздух и движения за счет создания тяги толкающим воздушным винтом. При движении по опорной поверхности (дорога или снег) за счет тяги на колесах или при применении толкающего воздушного винта вертолетные лопасти складываются в сторону аэродинамического кольца.
Кроме того, на боковых поверхностях рамы или фермной конструкции корпуса закреплены узлы 14 присоединения крыльев по типу самолетных (фиг. 13-15). При неиспользовании самолетные крылья сложены и располагаются вдоль корпуса. Эти крылья в этом положении могут рассматриваться в качестве стабилизаторов. Указанные крыловые поверхности служат для аэродинамической стабилизации ТС относительно набегающего потока воздуха в полете и предотвращения ее раскачки по тангажу и рысканью, так и на поверхности земли. На фиг. 13 -15 показан пример исполнения складного крыла, состоящего из двух шарнирно связанных частей 15 и 16, которые так же шарнирно присоединены к аэродинамическому кольцу и фермной конструкции рамы. За счет гидро- или пневмоцилиндра или за счет механической рычажной системы пилот переводит крыло из сложенного положения в расправленное (фиг. 15) и тяговым усилием толкающего воздушного винта поднимают ТС в воздух или, по крайне мере, приподнимают его над опорной поверхностью для перемещения по воздуху.
Таким образом, внутри рамы располагаются элементы управлений трансформирующийся конструкционно-силовой схемы (например, актуаторы или гидроцилиндры). На внешних поверхностях размещены точки крепления конструкции убирающихся колес (шасси), в центре или в ином месте располагается(ются) двигатель. Он размещен в зависимости от расчетных центровочных значений. Верхняя и боковая часть используются для размещения элементов конструкции крыла, выпуска и складывания и/или силовых соединений. В задней части корпуса может быть расположен толкающий винт и аэродинамическое или обычное ограждение винта. Так же сзади (на корме) могут устанавливаться аэродинамические рули направления. Для высокой проходимости у ТС увеличен клиренс (высота от земли до нижней поверхности корпуса).
Вся эргономика аппарата и его конструкция позволяет сделать ряд трансформирующихся моделей с использованием разных видов несущих поверхностей в воздухе и позволить их максимально автоматизированному выпуску и уборке.
ТС можно использовать на дорогах общего назначения благодаря полной уборке внутрь корпуса выдвижных частей аппарата, таких как крыло, винт и т.д.
Изобретение обеспечивает:
- применение в качестве несущей поверхности (крыла) в воздухе (с возможность быстрой замены) конструкции, как с мягким крылом типа параплан, аэрошют, так и с винтовым ротором, в качестве автожира или двумя-тремя роторами - моногеликоптер (вертолет);
- возможность установки выстреливающейся спасательной парашютной системы и дополнительного внешнего навесного оборудования, например, для авиахимических работ или специальных задач;
Таким образом, разработанное транспортное средство обеспечивает повышение безопасности пилота и пассажиров, повышение устойчивости полета, а также возможность применения устройства в различных средах, в условиях бездорожья с возможностью взлета с неподготовленной поверхности и посадки на нее.
Передвижение по земле на колесах осуществляется электроприводом или от обычного двигателя внутреннего сгорания через трансмиссию. Передвижение в других средах осуществляется путем создания тяги от винта или других аэродинамических и реактивных элементов конструкции и силовых установок. Это позволит оператору этой техники без жёстких ограничений передвигаться в зависимости от необходимости и метеорологических, географических или местных условий в разных средах.
В качестве источника подъёмной силы на нем используются: мягкое или надувное крыло и «условно» иметь вид параплана и/или аэрошюта; складной винт автожира; винты создающие подъемную силу; выдвижное или складное крыло как на самолете или другие элементы конструкции и силовой установки.
При этом в заявленной конструкции может использоваться комбинированное применение отдельных систем образования движения. Так, при передвижении по земле на колесах может использоваться дополнительная тяга от толкающего воздушного винта или от мягкого крыла. Мягкое крыло может использоваться и при скольжении по водной поверхности при убранных колесах. При движении в режиме автожира так же может использоваться дополнительная тяга от толкающего воздушного винта.