Движитель вертикального подъёма
VERTICAL LIFT PROPELLER

Изобретение относится к области летательных аппаратов тяжелее воздуха.
Известен подъемный турбореактивный двигатель, содержащий корпус цилиндрического типа, внутри которого установлен на подшипниках вертикальный вал, на верхнем конце которого закреплен шестиступенчатый компрессор, а на нижнем конце закреплена одноступенчатая газовая турбина. Внутри корпуса в верхней части закреплен спрямляющий аппарат, а в нижней части расположены: камера сгорания с форсункой подачи топлива, система воспламенения и патрубок подачи сжатого воздуха на лопасти газовой турбины системы запуска.
/Авиация. Энциклопедия, гл. ред. Г.П. Свищев, Большая Российская энциклопедия, M., 1994, с. 427./
Недостатками подъемного турбореактивного двигателя являются: большой расход топлива, разрушительное воздействие раскаленной струи газа на окружающую среду, кратковременность действия, повышенная пожароопасность.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией подъемного турбореактивного двигателя.
Известен движитель вертикального подъема, содержащий корпус цилиндрического типа, имеющий в верхней части защитную решетку, а внутри осевой нагнетатель воздуха со спрямляющим аппаратом, соединенный вертикальным валом с редуктором, закрепленным внутри корпуса в его нижней части.
/Патент США №3276528, кл. 180-119, опубликован 4 октября 1966, фиг. 5 и 16/.
Недостатки известного движителя вертикального подъема по патенту США №3276528: разрушительное воздействие на окружающую среду струи воздуха, выходящей из сопла, малая грузоподъемность при значительной подводимой мощности.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией движителя вертикального подъема.
Известен также движитель вертикального подъема, содержащий корпус цилиндрического типа, внутри средней части которого размещен на кронштейнах редуктор, ведомый вал которого установлен вертикально и закреплен в подшипниках, привернутых к корпусу, а ведущий вал пропущен в отверстие одной из двух шеек опорных подшипников, прикрепленных к наружной стороне корпуса, верхние и нижние группы дисков, закрепленные на ведомом валу, один над другим, на некотором расстоянии друг от друга, имеют зазор с корпусом.
/Патент РФ №2149800, кл. B64C 29/00, опубл. 27.05.2000, Бюл. 15./
Известный движитель вертикального подъема по патенту РФ №2149800, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.
Недостаткам известного движителя вертикального подъема является недостаточная подъемная сила.
Указанный недостаток обусловлен конструкцией движителя вертикального подъема.
Задачей настоящего изобретения является повышение технических характеристик движителя вертикального подъема.
Технический результат обеспечивается тем, что в движителе вертикального подъема, содержащем корпус цилиндрического типа, внутри средней части которого размещен на кронштейнах редуктор, ведомый вал которого установлен вертикально и закреплен в подшипниках, привернутых к корпусу, а ведущий вал пропущен в отверстие одной из двух шеек опорных подшипников, прикрепленных к наружной стороне корпуса, верхние и нижние группы дисков, закрепленные на ведомом валу, один над другим, на некотором расстоянии друг от друга, имеет зазор с корпусом, согласно изобретению верхняя поверхность каждого из дисков выполнена волнистой в форме чередующихся между собой радиальных сферических впадин и выпуклостей, сужающихся к центру вращения, а на нижней поверхности каждого из дисков выполнены по концентрическим окружностям глухие углубления в форме усеченных треугольников, повернутых своими усеченными вершинами к центру вращения, Л-образные внутренние радиальные каналы, сужающиеся в сторону центра вращения, выполненные в форме равнобедренных треугольников, вершины которых повернуты в сторону центра вращения и имеющих на нижних поверхностях дисков впускные и выпускные радиальные окна, впускные окна могут становится выпускными и наоборот, в зависимости от направления вращения дисков, углубления в форме равнобедренных треугольников, повернутых своими вершинами в сторону центра вращения, расположенных между впускными и выпускными окнами Л-образных каналов, причем дно каждого Л-образного канала параллельно верхней или нижней плоскости диска, а противоположные боковые стенки их равны по размерам и площадям.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фигуре 1 изображен общий вид движителя вертикального подъема;
на фигуре 2 - вид на движитель вертикального подъема сверху;
на фигуре 3 - движитель вертикального подъема в разрезе;
на фигура 4 - устройство редуктора в разрезе;
на фигуре 5 - вид на диск движителя вертикального подъема сверху;
на фигуре 6 - вид на диск движителя вертикального подъема снизу;
на фигуре 7 - вид на диск движителя вертикального подъема сбоку в разрезе;
на фигуре 8 - вид на треугольные углубления, впускные и выпускные окна диска;
на фигуре 9 - вид на Л-образный канал и углубления диска в разрезе;
на фигурах 10 и 11 - схемы создания подъемной силы на диске движителя вертикального подъема.
Движитель вертикального подъема содержит вертикальный цилиндрический, открытый сверху и снизу корпус 1, в средней части к которому привернуты шейки подшипников 2 и 3, одна из которых оканчивается валом 4 со шлицем, а другая имеет внутреннее отверстие, через которое пропущен ведущий вал 5 редуктора 6, установленного внутри корпуса на кронштейнах 7. Редуктор содержит корпус 8, который закрыт крышкой 9, имеющей подшипник, в который вставлен ведущий вал. В подшипниках корпуса 10, привернутых к нему планками 11, закреплен вертикальный вал, состоящий из верхней части 12 и нижней части 13, на нижних концах которых закреплены ведомые шестерни 14, 15, входящие в зацепление с ведущей шестерней 16, закрепленной на ведущем валу. На верхней и нижней частях вертикального вала закреплены соответственно верхняя 17 и нижняя 18 группы дисков, количество которых не ограничено. Те и другие диски размещены на некотором расстоянии друг от друга и имеют зазор с корпусом и одинаковое устройство. Каждый диск 19 плоский, выполнен из прочного и легкого материала. Верхняя поверхность каждого из дисков, с целью ее увеличения, выполнена волнистой в форме чередующихся между собой радиальных сферических впадин 20 и выпуклостей 21, сужающихся к центру вращения, а на нижней поверхности каждого из дисков выполнены по концентрическим окружностям: глухие углубления 22 в форме усеченных треугольников, повернутых своими усеченными вершинами к центру вращения; Л-образные внутренние радиальные каналы 23, сужающиеся в сторону центра вращения, выполненные в форме равнобедренных треугольников, вершины которых повернуты в сторону центра вращения, имеющих на нижней поверхности диска впускные и выпускные 24 окна, впускные 25 окна могут становиться выпускными и наоборот, в зависимости от направления вращения диска; углубления 26 в форме равнобедренных треугольников, повернутых своими вершинами в сторону вращения и расположенных между впускными и выпускными окнами Л-образных каналов, дно 27 каждого из которых параллельно верхней и нижней плоскости диска, а противоположные стенки 28 и 29 их равны по размерам и площадям.
1
2
3
3
4
5
1
2
3
Работает движитель вертикального подъема следующим образом. При вращении ведущего вала 5 редуктора 6 от какого-либо двигателя ведущая шестерня 16 вращается и приводит во вращение ведомые шестерни 14, 15 и вместе с ними верхнюю 12 и нижнюю 13 части вертикального вала и вместе с ними верхнюю 17 и нижнюю 18 группы дисков в противоположные стороны, что исключает воздействие гироскопических моментов на корпус движителя вертикального подъема. При вращении диска в направлении, показанном на фигурах 10 и 11 стрелками, вместе с ним вращаются и частицы воздуха, соприкасающиеся с верхней и нижней поверхностями. Вследствие этого над верхней поверхностью и под нижней поверхностью диска образуются вращающиеся пограничные слои воздуха. По закону Бернулли в движущемся потоке газа или жидкости давление всегда меньше, чем в прилегающем неподвижном слое. Поэтому на верхнюю поверхность диска действует сила разрежения Fв, направленная вверх, а на нижнюю поверхность диска действует сила разрежения Fн, направленная вниз, которая меньше силы Fв, так как поверхность обтекаемая воздухом на нижней стороне диска меньше, чем поверхность обтекаемая воздухом на верхней стороне диска, причем верхняя поверхность еще больше увеличена за счет сферических впадин 20 и выпуклостей 21. (Из площади на нижней поверхности диска необходимо вычесть площади углублений 22 и 26). Далее при вращении диска 19 в углубления 22 и 26, поступает воздух из вращающегося нижнего пограничного слоя и создает в них дополнительное динамическое давление, которое превосходит атмосферное давление (фиг. 10 и 11). Силы F и F, действующие на дно каждого углубления 22 и 26 ничем не уравновешены, направлены вверх и увеличивают общую подъемную силу диска. Кроме того, часть воздушного потока из вращающегося нижнего пограничного слоя воздуха поступает во впускные окна 25 Л-образных каналов 23. Воздух с силой входит внутрь этих каналов, ударяет в дно 27 каждого из них, воздействуя на него с силой F, а затем отражается от дна 27 и выходит наружу через выпускное окно 24, создавая реактивный момент. Силы F, действующие на дно 27 каждого Л-образного канала 23, еще больше увеличивают подъемную силу диска 19. Силы F и F, действующие на противоположные стенки 28, 29 Л-образных каналов, не увеличивают и не уменьшают подъемной силы. Они взаимно уничтожают друг друга, как равные по величине и противоположные по направлению. Силы, действующие на боковые поверхности дисков 19, не влияют на величину подъемной силы, а представляют собой силы трения, тормозящие вращение дисков. Равнодействующая всех сил, создающих подъемную силу будет равна Fр=Fв+F+F+F-Fн. Подъемная сила диска 19 складывается с подъемными силами остальных дисков 19, зависит от их количества и может изменяться в больших пределах путем изменения частоты вращения вала двигателя. Таким образом при вращении дисков 19 на корпусе движителя вертикального подъема возникает подъемная сила, направленная вверх. Движитель вертикального подъема может быть использован на различных летательных аппаратах тяжелее воздуха.
Использование изобретения обеспечивает более высокий КПД и увеличение подъемной силы.