УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ И/ИЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОТОКА СРЕДЫ

Полезная модель относится к средствам для создания управляемого потока среды (воздух, вода), и может быть использовано для создания аэродинамической подъемной силы (тяги) для перемещения в воздушном пространстве аппаратов тяжелее воздуха, а также в движителях водного транспорта. Кроме того, полезная модель может быть использована в бытовых вентиляторах, а также для преобразования энергии потока среды в иной вид полезно используемой энергии, например, энергии потока воды в электрическую энергию.
Для оценки новизны и технического уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленной полезной моделью признаков.
Известно устройство для создания тяги в воздушной (водной) среде - это тяговый винт вертолета, гребной винт корабля (см., например, Б.Н.Юрьев. "Аэродинамический расчет вертолетов". Оборонгиз, Москва, 1956 г. Глава 3, стр.50). Несмотря на широкое использование этого устройства, оно обладает тем недостатком, что практически, с учетом реальных размеров винта, для создания необходимой величины тяги требуются большие затраты мощности.
Известен летательный аппарат (US 3276723A, 04.10.66). Этот аппарат, содержащий движитель, представляющий собой рабочее колесо осевого вентилятора, иначе воздушный винт (пропеллер), лопасти которого представляют собой сложное устройство с аэродинамическим профилем, подобным крылу самолета. Пропеллер помещен в цилиндрической части корпуса летательного аппарата, которая плавно переходит в коническую. Во внутрь конической части корпуса помещен второй конус, в нижней своей части скрепленный с первым тонкими ребрами. Снизу на выходе устройства между конусами размещен третий конус, радиальное сечение которого представляет собой аэродинамический
профиль в виде крыла самолета. Таким образом, движителем устройства является воздушный винт и помещенное в отходящий поток крыло, свернутое в кольцо, которое дает эффект увеличения подъемной силы аппарата. Однако воздушный винт, помимо своей сложности (переменные по сечениям лопастей аэродинамические профили), обеспечивает недостаточно большую скорость отбрасывания воздуха, которая в режиме висения не превышает одной пятой окружной - скорости конца лопасти.
Известен малогабаритный вертолет, в котором, в отличие от существующих вертолетов МИ-28, Ка-226, в которых подъемная сила создается одним или двумя винтами, вместо двух-, трехлопастного винта с креплением лопастей в верхней части вертикальной оси-вале силовой установки, устанавливается винт, имеющий форму пространственного каркаса, с осью, совпадающей с вертикальной осью-валом силовой установки, продленной вниз, и креплением винта-каркаса на ее противоположных концах, т.е. в двух местах: вверху и внизу кабины вертолета, см. патент РФ №2216482. Возможно изготовление несущей системы из двух и более пространственных каркасов. Пространственный каркас-винт может иметь разнообразную форму. Передача вращающегося момента силовой установки и управление лопастями аналогично серийным вертолетам, с той разницей, что при продленной оси-вале силовой установки вниз по вертикали передача вращающегося момента и управление лопастями может быть выполнено на обоих ее концах. Вертикальные лопасти каркаса, расположенные под углом к окружности вращения, нагнетают воздух под горизонтальные лопасти и способствуют увеличению подъемной силы несущей системы. Ввиду того, что площадь взаимодействия винтовой поверхности с воздухом увеличивается, то возможно применение малооборотистых, малообъемных двигателей и малогабаритной несущей системы.
По наибольшему количеству сходных признаков данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемой полезной модели.
Недостатком прототипа, не позволяющими достичь поставленной нами цели, является недостаточная степень управляемости создаваемым потоком среды, что снижает функциональные возможности устройства, а также отсутствие возможности использовать энергию существующего потока среды.
В основу полезной модели положено решение задачи создания устройства, обеспечивающего как возможность создания управляемый в широких пределах потока среды, так и возможность полезного использования энергии существующего потока среды.
Сущность полезной модели выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.
Согласно полезной модели устройство для создания и/или использования потока среды, включающее совокупность взаимосвязанных элементов взаимодействия со средой, по меньшей мере один из которых непосредственно или опосредованно связан с преобразователем энергии, характеризуется тем, что по меньшей мере один из элементов взаимодействия со средой установлен с возможностью изменения своего положения относительно других элементов взаимодействия со средой и/или собственной оси вращения, при этом по меньшей мере один элемент взаимодействия со средой установлен, ориентирован и выполнен с формой исходя из условия обеспечения заданной объемной диаграммы направленности создаваемого потока среды и/или с учетом объемной диаграммы направленности используемого потока среды.
В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Кроме этого, заявленное решение имеет ряд признаков, характеризующих изобретение в частных случаях его выполнения, а именно:
- устройство может быть снабжено объемной конструкцией, на звеньях которой укреплены элементы взаимодействия со средой,
- объемная конструкция может быть выполнена с изменяющейся геометрией по меньшей мере части его звеньев,
- устройство может быть снабжено по меньшей мере одной дополнительной объемной конструкцией, на звеньях которой укреплены дополнительные элементы взаимодействия со средой,
- элементы взаимодействия со средой могут быть снабжены индивидуальным приводом,
- элементы взаимодействия со средой могут быть установлены с возможностью вращения вокруг собственной оси,
- элементы взаимодействия со средой могут быть установлены с возможностью изменения положения собственной оси вращения относительно других элементов взаимодействия со средой и/или их собственных осей вращения,
- преобразователь энергии может быть выполнен в виде двигателя, преобразующего любой вид энергии в механическую энергию вращения совокупности элементов взаимодействия со средой,
- преобразователь энергии может быть выполнен в виде генератора, преобразующего механическую энергию вращения совокупности элементов взаимодействия со средой в электрическую энергию,
- преобразователь энергии может быть выполнен в виде обратимой электрической машины, преобразующей электрическую энергию в механическую энергию вращения совокупности элементов взаимодействия со средой, а также преобразующей механическую энергию вращения совокупности элементов взаимодействия со средой в электрическую энергию,
- устройство может быть снабжено средствами для измерения характеристик создаваемого и/или используемого потока среды,
- устройство может быть снабжено средствами для включения в создаваемый поток среды специальных добавок,
- устройство может быть снабжено объемным корпусом.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, совокупности признаков которых совпадают с совокупностью отличительных признаков заявленной полезной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "новизна".
Суть полезной модели поясняется чертежом, где в общем виде представлена кинематическая схема заявленного устройства, выполненного в варианте многозвенной объемной конструкции с изменяющейся геометрией с установленной на ее звеньях совокупностью элементов взаимодействия со средой, часть из которых снабжена индивидуальными приводами.
Устройство для создания и/или использования потока среды включает совокупность взаимосвязанных элементов 1 взаимодействия со средой, по
меньшей мере один из которых связан с преобразователем энергии 2, Устройство имеет объемную конструкцию, на звеньях 3 которой укреплена совокупность элементов 1 взаимодействия со средой. Объемная конструкция выполнена с изменяющейся геометрией ее звеньев 3, что обеспечивается наличием шарниров 4. Все элементы 1 взаимодействия со средой установлены с возможностью изменения своего положения относительно других элементов 1 взаимодействия со средой и/или оси вращения. Все элементы 1 взаимодействия со средой установлены, ориентированы и выполнены с формой исходя из условия обеспечения заданной объемной диаграммы направленности создаваемого потока среды и/или с учетом объемной диаграммы направленности используемого потока среды. Часть элементов 1 взаимодействия со средой снабжены индивидуальным приводом 6. Преобразователь энергии 2 выполнен в виде двигателя, преобразующего любой вид энергии, например, энергию химического топлива, в механическую энергию вращения совокупности элементов 1 взаимодействия со средой. Преобразователь энергии 2 может быть выполнен в виде генератора, преобразующего механическую энергию вращения совокупности элементов 1 взаимодействия со средой в электрическую энергию, либо в виде обратимой электрической машины, преобразующей электрическую энергию в механическую энергию вращения совокупности элементов 1 взаимодействия со средой, а также преобразующей механическую энергию вращения совокупности элементов 1 взаимодействия со средой в электрическую энергию. Преобразователь энергии 2 передает вращении объемной конструкции посредством шпонки 6.
В общем случае устройство может быть снабжено по меньшей мере одной дополнительной конструкцией (на чертеже не показана), на звеньях которой может быть укреплена совокупность дополнительных элементов взаимодействия со средой.
Устройство работает следующим образом.
Преобразователь энергии 2, выполненный в виде двигателя, преобразующего любой вид энергии в механическую энергию, через шпонку 6 обеспечивает вращение звеньев 3 объемной конструкции. Элементы 1 взаимодействия со средой, в которой происходит вращение объемной конструкции (воздух, вода), за счет своего положения относительно оси вращения объемной конструкции
с некоторым углом атаки, создают направленный поток этой среды. При этом углы атаки всех элементов 1 взаимодействия со средой и их форма выбраны исходя из условия обеспечения заданной объемной диаграммы направленности создаваемого потока среды. Устройство позволяет изменять параметры создаваемого потока среды, что осуществляется за счет изменения положения части элементов 1 взаимодействия со средой, которые снабжены индивидуальным приводом 5, а также за счет изменения положения части элементов 1 взаимодействия со средой за счет изменения геометрии объемной конструкции, что осуществляется путем изменения положения ее звеньев 3 с помощью шарниров 4, либо любым другим известным способом.
Устройство позволяет полезно использовать существующий поток среды путем преобразования его энергии в электрическую энергию. Для этого преобразователь энергии 2 должен быть выполнен в виде генератора, преобразующего механическую энергию вращения совокупности элементов 1 взаимодействия со средой в электрическую энергию. В этом варианте устройства углы атаки и форма всех элементов 1 взаимодействия со средой выбраны исходя из условия учета объемной диаграммы направленности используемого потока среды.
Устройство может одновременно совмещать функции двигателя, создающего поток среды, и генератора энергии, использующего существующий поток среды. Для этого преобразователь энергии 2 должен быть выполнен в виде обратимой электрической машины, преобразующей электрическую энергию в механическую энергию вращения совокупности элементов 1 взаимодействия со средой, а также преобразующей механическую энергию вращения совокупности элементов 1 взаимодействия со средой в электрическую энергию.
Устройство позволяет иметь любую необходимую суммарную поверхность элементов 1 воздействия на среду, обеспечивающих требуемую мощность создаваемого потока среды, который может быть использован в качестве подъемной силы для перемещения устройства по воздуху, либо в качестве реактивной тяги для перемещения устройства по воде или под водой.
Устройство может быть снабжено средствами для измерения характеристик создаваемого и/или используемого потока среды, позволяющими вести оперативное управление процессом.
Устройство может быть снабжено средствами для включения в создаваемый поток среды специальных добавок для ароматизации, увлажнения или визуализации создаваемого потока среды.
Возможность регулирования параметров создаваемого потока среды обеспечивает маневренность устройства и значительно расширяет его функциональные возможности.
Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление полезной модели в том виде, как она охарактеризована в формуле полезной модели. Заявленное устройство может быть реализовано с использованием известных технологий и технических средств, что обусловливает, по мнению заявителя, его соответствие критерию «промышленная применимость».