АЭРОБАЙК

Область техники:
Полезная модель относится к авиационной технике тяжелее воздуха, а именно к аппаратам вертикального взлета и посадки. Полезная модель может быть применена к пилотируемым сверхлегким летательным аппаратам в малой авиации как индивидуальное средство передвижения. Полезная модель может быть использовано для мониторинга высотных зданий и сооружений, при спасательных операциях на высоте, как экстремальное средство развлечения.
Уровень техники:
На данный момент необходимость в сверхлегких летательных аппаратах вертикального взлета и посадки не вызывает сомнений, так как их можно успешно применять в городских условиях. На данный момент повышенный спрос на сверхлегкий летательный аппарат подтверждает тот факт, что многие компании и изобретатели предлагают множество вариантов и конструкций разнообразной формы.
Известно техническое решение по источнику:  под названием «hoverbike» (US) состоит из: мотоциклетной рамы, двигателя внутреннего сгорания, двух пропеллеров диаметром 1,3 метра каждый, органов управления. Недостатки: неустойчивость в полете ввиду отсутствия поддерживающих пропеллеров с права и слева от аппарата, слабая управляемость, небезопасность из-за отсутствия резервного двигателя и винтов в случае отказа двигателя или узла передающего крутящий момент от двигателя на винты аппарат перейдет в неуправляемое падение, слабая стабильность ввиду высокого расположения центра тяжести аппарата.
Известно техническое решение по источнику:  под названием «aerofex» состоит из: рамы, двигателя, двух пропеллеров расположенных вдоль оси аппарата, органов управления. Недостатки: плохая курсовая устойчивость ввиду отсутствия поддерживающих пропеллеров с права и слева от аппарата, небезопасность из-за отсутствия резервного двигателя и винтов в случае отказа двигателя или узла передающего крутящий момент от двигателя на винты аппарат перейдет в неуправляемое падение.
Известно техническое решение по патенту RU №2463213 В64С 27/02 под названием автожир с вертикальным взлетом и посадкой состоит из: фюзеляжа с кабиной пилота, головка ротора с регулируемой торсионной втулкой, толкающий винт с регулируемым шагом, двигатель, органы управления. Недостатки: небезопасность из за наличия несущего винта и роторного узла и сложность конструкции, сильные вибрации, несущий винт не позволит летать в стесненных условиях.
Известно техническое решение по патенту RU №33089 U1 В64С 29/00 под названием «экраноплан» состоит из: фюзеляжа с хвостовым оперением, крылья, шасси и двигатели, кинематически связанные с пропеллерами, выполненными с регулируемым углом атаки лопастей и имеющими общую ось вращения, параллельную оси фюзеляжа. Недостатки: ненадежность ввиду большого количества движущихся деталей, сложный механизм изменения угла атаки лопастей, сложный механизм поднятия и опускания винтов для горизонтального взлета и посадки.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является техническое решение по патенту RU 108016 U1 В64С 29/00 от 29.10.2010 под названием «летающий мотоцикл» состоит из: базовой несущей платформы рамной конструкции крестового типа, четыре авиамотора с многолопастными пропеллерами в кольцевых оправах, снизу кольцевые оправы имеют защитные дуги, пропеллеры тянущие направлены вверх, плоскость вращения пропеллеров горизонтальная, снизу к базовой платформе крепятся стояночные опоры, сверху в середине несущей платформы на крепежной площадке устанавливается конструкция для размещения пилота пассажира и груза. Недостатки: небезопасность ввиду отсутствия резервных авиадвигателей и пропеллеров то есть в случае остановки одного из двигателей аппарат потеряет устойчивость и перейдет в неуправляемое падение, отсутствует возможность использования ремней безопасности как в автомобиле на случай опрокидывания аппарата так как пилот и пассажир располагаются как на мотоцикле, авиационные двигатели на жидком топливе на сегодняшний день не обеспечивают мгновенное изменение тяги что приведет к сильной инерционности в управлении аппаратом что в свою очередь вызовет нестабильность в полете при порывах ветра, система спасения парашютного типа расположена в верхней части за сидением пассажира при ее срабатывании быстрое раскрытие парашюта вызовет сильный рывок, что приведет к выпадению пилота и пассажира из аппарата т.к. ремни безопасности не предусмотрены, авиационные двигатели обладают большой массой и сильным шумом что исключает использование аппарата в условиях города, высокая стоимость аппарата существенно снижает количество потенциальных покупателей.
Раскрытие ПМ:
Технической задачей заявляемой полезной модели является: создание безопасного, легкого в управлении, экологически чистого и надежного сверхлегкого летательного аппарата с максимальной взлетной массой не более 495 кг и максимальной калиброванной скоростью сваливания (минимальная скорость полета) менее 65 км/час.
Для решения данной задачи предлагается техническое решение, по которому аппарат состоит из несущей рамы прямоугольной формы. Рама изготавливается из алюминиевого металлопроката круглой и квадратной формы. Узлы рамы скрепляются сваркой и болтовыми соединениями. На углах прямоугольной рамы жестко крепятся восемь безколлекторных электромоторов, по два в каждом углу рамы. Электромоторы устанавливаются так, чтобы ось вала электромотора была перпендикулярна раме аппарата. Попарно установленные электромоторы крепятся один вверх выходным валом, второй вниз выходным валом. На каждый электромотор устанавливается двух, трех или четырех лопастной пропеллер изготовленный из композитных материалов (например из карбона). Пропеллеры устанавливаются таким образом чтобы верхний был тянущий, направлен вверх, а нижний толкающий и направлен вверх, при этом направление вращения разнонаправленное, это необходимо для компенсации крутящего момента. Плоскость вращения всех пропеллеров горизонтальная. Попарно установленные электромоторы с пропеллерами помещаются в защитный корпус-кольцо, изготовленное из композитных материалов (например из карбона), по типу импеллера. В верхней части рамы, ближе к носу летательного аппарата относительно геометрического центра рамы, размещаются органы управления аппаратом, восемь электронных регуляторов оборотов по одному на каждый электромотор, два блока горизонтальной стабилизации, аккумуляторные батареи. В верхней части рамы, ближе к задней части летательного аппарата относительно геометрического центра рамы, размещается место пилота оборудованное пятиточечными ремнями безопасности, два вещевых ящика, дуга безопасности, зарядное устройство для аккумуляторов. Фюзеляж и место посадки пилота изготавливаются из композитных материалов с каркасом из алюминиевого металлопроката.
В зависимости от назначения возможны разные варианты по размещению дополнительных аккумуляторов, бензинового малогабаритного генератора для подзарядки аккумуляторов в полевых условиях, размеры и расположение вещевых ящиков. Также возможен вариант c пластиковой крышей для полетов под дождем.
Два блока горизонтальной стабилизации настроены одинаково и предварительно откалиброваны таким образом чтобы первый блок повторял все действия второго (то есть например при увеличении оборотов двух верхних правых электромоторов первым блоком горизонтальной стабилизации второй блок горизонтальной стабилизации также увеличит обороты двух нижних правых электромоторов), тем самым система горизонтальной стабилизации дублируется и обеспечивается необходимая отказоустойчивость оборудования.
Для увеличения стабильности в режиме «зависания» над землей возможен вариант расположения электромоторов с установленными пропеллерами под углом от двух до четырех градусов к оси рамы. То есть четыре правых мотора располагаются так чтобы оси валов электромоторов были расположены не перпендикулярно раме а под углом восемьдесят шесть или восемьдесят восемь градусов. Четыре левых мотора располагаются аналогично.
На летательном аппарате устанавливается два блок горизонтальной стабилизации, первый управляет четырьмя верхними электромоторами расположенными по углам прямоугольной рамы, а второй четырьмя нижними электромоторами расположенными по углам прямоугольной рамы. Два блока необходимы для дублирования жизненно важных систем летательного аппарата. Каждый блок горизонтальной стабилизации комплектуется контроллером и тремя основными датчиками: акселерометр, гироскоп, барометр. Также возможна установка дополнительных датчиков, таких как ультразвуковой дальномер, спидометр, датчик контроля тока, датчик контроля температуры двигателей и аккумуляторов.
Летательный аппарат управляется посредством изменения скорости вращения пропеллеров, что позволяет ему двигаться вверх, вниз, вправо, влево, и вращаться вокруг своей оси. Все двигатели установлены неподвижно и жестко прикреплены к раме. Угол атаки лопастей пропеллеров (тангаж) фиксированный. Два блока горизонтальной стабилизации получают сигналы от датчиков и органов управления, и выдают управляющий сигнал на электронные регуляторы оборотов которые в свою очередь изменяют скорость вращения электромоторов. Электромоторы меняя свою скорость вращения тем самым меняют скорость вращения пропеллеров и тягу создаваемую пропеллерами. Таким образом летательный аппарат поддерживает горизонтальное положение.
Технический результат: заявляемая полезная модель обеспечивает создание безопасного, легкой в управлении, экологически чистого и надежного сверхлегкого летательного аппарата с максимальной взлетной массой не более 495 кг и максимальной калиброванной скоростью сваливания (минимальная скорость полета) менее 65 км/час.
Технический результат достигается за счет того, что заявляемая конструкция аэробайка содержит несущую раму прямоугольной формы, на углах прямоугольной рамы жестко крепятся восемь безколлекторных электромоторов, по два в каждом углу рамы. Электромоторы устанавливаются так, чтобы ось вала электромотора была перпендикулярна раме аппарата. Попарно установленные электромоторы крепятся один вверх выходным валом, второй вниз выходным валом. На каждый электромотор устанавливается двух, трех или четырех лопастной пропеллер изготовленный из композитных материалов (например из карбона). Пропеллеры устанавливаются таким образом чтобы верхний был тянущий, направлен вверх, а нижний толкающий и направлен вверх, при этом направление вращения разнонаправленное, это необходимо для компенсации крутящего момента. Плоскость вращения всех пропеллеров горизонтальная. Попарно установленные электромоторы с пропеллерами помещаются в защитный корпус-кольцо, изготовленное из композитных материалов (например из карбона), по типу импеллера. В верхней части рамы, ближе к носу летательного аппарата относительно геометрического центра рамы, размещаются органы управления аппаратом, восемь электронных регуляторов оборотов по одному на каждый электромотор, два блока горизонтальной стабилизации, аккумуляторные батареи. В верхней части рамы, ближе к задней части летательного аппарата относительно геометрического центра рамы, размещается место пилота оборудованное пятиточечными ремнями безопасности, два вещевых ящика, дуга безопасности, зарядное устройство для аккумуляторов. Обшивка и место посадки пилота изготавливаются из композитных материалов с каркасом из алюминиевого металлопроката. На аэробайке возможны разные варианты по размещению дополнительных аккумуляторов, бензинового малогабаритного генератора для подзарядки аккумуляторов в полевых условиях, размеры и расположение вещевых ящиков. Также возможен вариант с пластиковой крышей для полетов под дождем. Летательный аппарат управляется посредством изменения скорости вращения пропеллеров, что позволяет ему двигаться вверх, вниз, вправо, влево, и вращаться вокруг своей оси. Все двигатели установлены неподвижно и жестко прикреплены к раме. Угол атаки лопастей пропеллеров (тангаж) фиксированный. Два блока горизонтальной стабилизации получают сигналы от датчиков и органов управления, и выдают управляющий сигнал на электронные регуляторы оборотов которые в свою очередь изменяют скорость вращения электромоторов. Электромоторы меняя свою скорость вращения тем самым меняют скорость вращения пропеллеров и тягу создаваемую пропеллерами. Таким образом летательный аппарат поддерживает горизонтальное положение.
Конструкцию полезной модели поясняют рисунки: Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3
На Фиг.1 показана полезная модель (вид сверху):
1 - защитный корпус-кольцо, изготовленное из композитных материалов (например из карбона) с попарно установленными безколлекторными электромоторами;
2 - фюзеляж (обшивка);
3 - посадочное место пилота оборудованное пятиточечными ремнями безопасности;
На Фиг.2 показана полезная модель (вид слева):
4 - верхние четыре тянущих пропеллера;
5 - верхние четыре безколлекторных электродвигателя;
6 - нижние четыре толкающих пропеллера;
7 - нижние четыре безколлекторных электродвигателя;
8 - шасси для посадки;
9 - ветровое стекло;
10 - приборная панель с органами управления;
11 - дуга безопасности с мягкой обшивкой;
На Фиг.3 показана полезная модель (вид снизу):
12 - рама из аллюминиевого металлопроката;
Осуществление полезной модели:
Технический результат достигается за счет того, что заявляемая конструкция аэробайка содержит несущую раму прямоугольной формы (Фиг.3 п.12), на углах прямоугольной рамы жестко крепятся восемь безколлекторных электромоторов (Фиг.2 п.5; п.7), по два в каждом углу рамы. Электромоторы устанавливаются так, чтобы ось вала электромотора была перпендикулярна раме аппарата. Попарно установленные электромоторы крепятся один вверх выходным валом, второй вниз выходным валом (Фиг.2). На каждый электромотор устанавливается двух, трех или четырех лопастной пропеллер изготовленный из композитных материалов (например из карбона). Пропеллеры устанавливаются таким образом чтобы верхний был тянущий, направлен вверх (Фиг.2 п.4), а нижний толкающий и направлен вверх (Фиг.2 п.6), при этом направление вращения разнонаправленное, это необходимо для компенсации крутящего момента. Плоскость вращения всех пропеллеров горизонтальная. Попарно установленные электромоторы с пропеллерами помещаются в защитный корпус-кольцо (Фиг.1 п.1), изготовленное из композитных материалов (например из карбона), по типу импеллера. В верхней части рамы, ближе к носу летательного аппарата относительно геометрического центра рамы, размещаются органы управления аппаратом (Фиг.2 п.10), восемь электронных регуляторов оборотов по одному на каждый электромотор, два блока горизонтальной стабилизации, аккумуляторные батареи. В верхней части рамы, ближе к задней части летательного аппарата относительно геометрического центра рамы, размещается место пилота оборудованное пятиточечными ремнями безопасности (Фиг.1 п.3), два вещевых ящика, дуга безопасности (Фиг.2 п.11), зарядное устройство для аккумуляторов. Фюзеляж (Фиг.1 п.2) и место посадки пилота (Фиг.1  п.3) изготавливаются из композитных материалов с каркасом из алюминиевого металлопроката. На аэробайке возможны разные варианты по размещению дополнительных аккумуляторов, бензинового малогабаритного генератора для подзарядки аккумуляторов в полевых условиях, размеры и расположение вещевых ящиков. Также возможен вариант с пластиковой крышей для полетов под дождем. Летательный аппарат управляется посредством изменения скорости вращения пропеллеров, что позволяет ему двигаться вверх, вниз, вправо, влево, и вращаться вокруг своей оси.
Все двигатели (Фмг.2 п.5; п.7) установлены неподвижно и жестко прикреплены к раме (Фиг.3 п.12).
Угол атаки лопастей всех пропеллеров (тангаж) фиксированный.
Два блока горизонтальной стабилизации получают сигналы от датчиков и органов управления (Фиг.2 п.10), и выдают управляющий сигнал на электронные регуляторы оборотов которые в свою очередь изменяют скорость вращения электромоторов. Электромоторы меняя свою скорость вращения тем самым меняют скорость вращения пропеллеров и тягу создаваемую пропеллерами. Таким образом аэробайк поддерживает горизонтальное положение.
На летательном аппарате устанавливается два блок горизонтальной стабилизации, первый управляет четырьмя верхними электромоторами расположенными по углам прямоугольной рамы, а второй четырьмя нижними электромоторами расположенными по углам прямоугольной рамы.
Для взлета пилот с помощью органов управления запускает все восемь электромоторов. Пилот увеличивает обороты пропеллеров пока аэробайк не оторвется от земли при этом два блока горизонтальной стабилизации в автоматическом режиме анализируя получаемые сигналы с гироскопов и акселирометров поддерживают горизонтальное положение аэробайка корректируя управляющий сигнал от органов управления.
Два блока горизонтальной стабилизации настроены одинаково и предварительно откалиброваны таким образом чтобы первый блок повторял все действия второго (то есть например при увеличении оборотов двух верхних правых электромоторов первым блоком горизонтальной стабилизации второй блок горизонтальной стабилизации также увеличит обороты двух нижних правых электромоторов), тем самым система горизонтальной стабилизации дублируется и обеспечивается необходимая отказоустойчивость оборудования.
Для полета в горизонтальном положении пилот с помощью органов управления изменяет скорость вращения отдельных двигателей что обеспечивает движение аэробайка по горизонтали.
Для посадки пилот с помощью органов управления медленно уменьшает обороты всех восьми двигателей что приводит к медленному горизонтальному снижению. При этом блок горизонтальной стабилизации поддерживает аэробайк в стабильном горизонтальном положении.
Для увеличения стабильности в режиме «зависания» над землей возможен вариант расположения электромоторов с установленными пропеллерами под углом от двух до четырех градусов к оси рамы. То есть четыре правых мотора располагаются так чтобы оси валов электромоторов были расположены не перпендикулярно раме а под углом восемьдесят шесть или восемьдесят восемь градусов. Четыре левых мотора располагаются аналогично.
Заявленная полезная модель под названием аэробайк удовлетворяет современным требованиям безопасности полетов, обеспечивает необходимую скорость и управляемость при полете. Наличие минимального количества движущихся и изнашивающихся деталей, а также дублирование всех жизненно важных узлов и деталей аэробайка обеспечивает необходимую отказоустойчивость. Постоянное увеличение емкости и уменьшение стоимости аккумуляторов делает аэробайк перспективным индивидуальным транспортным средством.