ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ С ВЕРТИКАЛЬНЫМ ВЗЛЕТОМ И ПОСАДКОЙ
VTOL AIRCRAFT

Изобретение относится к области авиации и предназначено для летательных аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой, эксплуатация которых осуществляется на аэродромах и посадочных площадках с размером летного поля от 50 до 300 м.
Известны самолеты вертикального взлета и посадки с комбинированной силовой установкой, состоящей из маршевых и подъемных турбореактивных или турбовентиляторных двигателей.
Известны самолеты вертикального взлета с поворотными воздушными винтами /конвертопланы/. Недостатками этих летательных аппаратов является малая масса полезного груза, низкая скорость, громоздкость и незначительная дальность полета.
Известны ВЕРТОЛЕТЫ с большим диаметром несущих винтов,
Недостатками вертолетов является малая масса полезного груза, незначительная дальность полета и низкая скорость, не превышающая 250-350 км/ч, а также невозможность на них совершать взлет и посадку в лесистой местности и в стесненных городских условиях /см. И.Н. Колпакчиев "Транспортная авиация: взгляд в будущее". Знание, Транспорт, 7/80, стр. 16-23, 61/.
Известные самолеты вертикального взлета и посадки с комбинированной силовой установкой, состоящей из маршевых и подъемных турбореактивных двигателей, реализуют реактивный способ создания подъемной силы с помощью подъемных турбореактивных двигателей и реактивный способ полета самолета с помощью маршевых турбореактивных двигателей и таким образом содержат признаки, совпадающие с признаками заявляемого изобретения, в частности:
летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой выполнен с реактивными подъемно-тяговыми установками.
Недостатками известных самолетов с вертикального взлета и посадки, являются: - сложность конструкции, большой вес комбинированной силовой установки, большой расход топлива при работе подъемных турбореактивных двигателей, высокая шумность транспортного средства, не позволяющая эксплуатировать его в черте города, невозможность многократных взлетов и посадок без дополнительной заправки топливом, малая масса полезного груза, ограниченная мощность.
В связи с этим в предлагаемой конструкции летательного аппарата с вертикальным взлетом и посадкой с реактивными подъемно-тяговыми установками, каждый реактивный подъемно-тяговый двигатель выполнен с приемной камерой для сжатого воздуха, с размещенным в ней впускным клапаном с пружиной, причем стержень клапана в виде якоря размещен в соленоиде, соединенной с ресивером для сжатого воздуха, установленным под рабочим каналом и демпфирующим устройством, включающим отражатель, выполненный в виде тела, заостренного с одной стороны и вогнутого с другой для отражения ударных волн, последовательно подсоединенным к камере сгорания с расширяющимся соплом, с установленными на ней комбинированной форсункой для впрыскивания газообразной смеси углеводородного топлива и электропроводной жидкости и форсункой для воспламенения горючей смеси при детонационном способе сгорания за счет впрыскивания продуктов термической диссоциации электропроводной жидкости при температуре, превышающей 2500°C, с рабочим каналом, содержащим решетку с пластинчатыми самодействующими клапанами, сообщающимся с ресивером для сжатого воздуха, выполненным в виде прямоугольной трубы с шарнирным соплом для изменения вектора тяги, или рабочим каналом, содержащий решетку с пластинчатыми самодействующими клапанами, сообщающимся с ресивером для сжатого воздуха, выполненным с отводом и шарнирным соплом для изменения вектора тяги, при этом каждая форсажная камера включает диффузор и камеру сгорания с реактивным соплом и с комбинированной форсункой для впрыскивания газообразной смеси углеводородного топлива и электропроводной жидкости, с расположенной параллельно к ней форсункой для воспламенения горючей смеси при детонационном способе сгорания, или форсажная камера включает диффузор, соединенный с демпфирующим устройством, содержащим отражатель, выполненный в виде тела, заостренного с одной стороны и вогнутого с другой для отражения ударных волн, и камерой сгорания с реактивным соплом и с комбинированной форсункой для впрыскивания газообразной смеси углеводородного топлива и электропроводной жидкости, с расположенной на ней форсункой для воспламенения горючей смеси при детонационном способе сгорания за счет впрыскивания продуктов термической диссоциации электропроводной жидкости при температуре, превышающей 2500°C, при этом комбинированные форсунки содержат наружный корпус с патрубками для подачи электропроводной жидкости, соединенными с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала, параллельно размещению топливной форсунки, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору импульсов, а с другой выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой, имеющей днище с отверстиями для выхода газовых струй, форсунки для воспламенения смеси, содержат наружный корпус с патрубками для подачи электропроводной жидкости, соединенные с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору импульсов, а с другой выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей сопло для выхода газовой струи.
Изложенная выше совокупность существенных признаков при внедрении обеспечивает реализацию поставленной цели, при этом каждой из данной совокупности приведенных признаков необходим, а все вместе достаточны для получения положительного эффекта - значительному снижению расхода топлива, существенному снижению удельного веса реактивной подъемно-тяговой установки и стоимости летательного аппарата с вертикальным взлетом и посадкой.
Исходя из приведенных доводов, совершенно правомерен вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения - “изобретательский уровень”.
Приведенная совокупность существенных признаков может быть реализована многократно на практике с получением одной и той же цели. Неоднократная возможность реализации при изготовлении заявляемого технического решения с изложенной выше совокупностью существенных признаков отвечает также в полной мере другому главному критерию изобретения "промышленная применимость".
Изложенная сущность технического решения поясняется чертежами, на которых:
- на фиг. 1 показан вид сверху на летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой, с размещенными под крыльями реактивными подъемно-тяговыми установками;
- на фиг. 2 приведен продольный разрез по 7-7, с показом реактивного подъемно-тягового двигателя;
- на фиг. 3 приведен разрез по 1-1, с показом реактивной подъемно-тяговой установки ИЛИ блока реактивных подъемно-тяговых двигателей;
- на фиг. 4 показан поперечный разрез по 5-5;
- на фиг. 5 приведен продольный разрез по комбинированной форсунке;
- на фиг. 6 показан продольный разрез по форсунке для воспламенения смеси;
- на фиг. 7 приведено продольное сечение по решетке с пластинчатыми самодействующими клапанами - узел ″H″;
- на фиг. 8 приведена схема форсажной камеры с детонационным способом сгорания - продольный разрез;
- на фиг. 9 показан разрез по 6-6 по решетке с клапанами;
- на фиг. 10 приведен продольный разрез - схема блока реактивных подъемно-тяговых двигателей установленных в два ряда;
- на фиг. 11 показан поперечный разрез по 2-2 по блоку;
- на фиг. 12 показан продольный разрез или вид сверху на продольный разрез блока подъемно-тяговых двигателей,
- на фиг. 13 приведен поперечный разрез по 3-3 блока;
- на фиг. 14 показана схема летательного аппарата с блоками реактивных подъемно-тяговых двигателей, установленных шарнирно на концах крыльев и  на плоскостях в хвосте фюзеляжа;
- на фиг. 15 приведен вид спереди по 4-4.
Летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой, схема которого показана на фиг. 1, содержит планер с фюзеляжем 1 и крыльями 2 /несущими плоскостями/, а также реактивные подъемно-тяговые установки 3, служащие для создания подъемной силы и вертикального взлета аппарата и его горизонтального полета. Реактивная подъемно-тяговая установка показана на фиг. 2-3 или блок РЕАКТИВНЫХ подъемно-тяговых двигателей 4. Каждый реактивный подъемно-тяговый двигатель состоит из камеры сгорания 5, соединенной с расширяющимся соплом 6 рабочего канала 7, имеющего шарнирное сопло 8, для изменения вектора тяги путем его поворота вокруг горизонтальной оси.
Рабочий канал выполнен в виде прямоугольной трубы /или иной формы - круглой и пр./, с размещенной в нем решеткой самодействующих пластинчатых клапанов 9, сообщающихся с ресивером 10. Камера сгорания имеет комбинированную форсунку 11 для впрыскивания газообразной раскаленной смеси углеводородного топлива и электропроводной жидкости и форсунку 12 для воспламенения горючей смеси и соединена с демпфирующим устройством 13, включающим отражатель 14. Впускной клапан 15 размещен в приемной камере 16 для сжатого воздуха, соединенной трубой 17 с ресивером 10. Пружина 18 на стержне клапана 19, который является одновременно якорем соленоида 20. Обтекатель 21.
1
В подъемно-тяговой установке каждый рабочий канал 7 является ВОЛНОВЫМ КОМПРЕССОРОМ, в котором продукты сгорания, генерируемые в камера сгорания 5 при расширении, СЖИМАЮТ до давления P и разгоняют до скорости V м/с столб атмосферного воздуха, поступающего в него через реактивное сопло 8. При этом часть сжатого воздуха с помощью пластинчатых клапанов 9 отводится в ресивер 10, а остальная - большая часть сжатого воздуха выходит через сопло 8 в атмосферу, с образованием тяги.
Для осуществления форсирования подъемно-тяговой установки в рабочем канале 7 выполняется форсажная камера сгорания 22, с размещенными в ней комбинированной форсункой 23 и форсункой 24 для воспламенения горючей смеси.
ПУСК реактивных подъемно-тяговых установок, размещенных в моторных гондолах, выполненных в крыльях, подобно известным конструкциям гондол реактивных самолетов, в которых устанавливаются турбореактивные двигатели, осуществляется с помощью ПУСКОВОГО ДВИГАТЕЛЯ 25 /см. фиг. 1/, соединенного с компрессором 26 центробежным или осевым и электрогенератором 27. В зависимости от типа летательного аппарата пусковым двигателем может быть ДВС небольшой мощности или система - электродвигатель-аккумулятор.
В целях уравновешивания летательного аппарата при его взлете и наборе высоты - один или несколько рабочих каналов 7 реактивных подъемно-тяговых двигателей выполняются с отводом/ами/ 28, при этом по окончании набора высоты и перевода аппарата в горизонтальный полет, рабочие каналы 29 с соплами 30 отключаются с помощью, например, пробкового крана 31 /см. фиг. 1/. На этой схеме летательного аппарата рабочие каналы 29 с реактивными соплами 30 расположены в фюзеляже 1, вместе с ресиверами для сжатого воздуха.
Комбинированная форсунка /поз. 11/ показана на фиг. 5 и состоит из наружного корпуса 32, имеющего взрывную камеру 33 с днищем 34, в котором выполнены отверстия 35 для выхода раскаленных газовых струй в виде факелов. Корпус соединен с патрубками 36 и 37 для входа электропроводной жидкости от насосов /не показанных на чертеже/, которые сообщаются с цилиндрическими каналами 38 и 39, расположенными в слое электроизоляционного материала 40, с одной стороны которых выполнены сопла 41 и 42, направленные под углом друг к другу, а с другой установлены электроды 43 и 44, подключенные к генератору импульсов, принципиальная схема которого включает конденсатор 45 /батарею конденсаторов/, резистор 46 /сопротивление/ и выпрямитель 47 /или источник постоянного тока/. В центре комбинированной форсунки в слое электроизоляционного материала установлена ТОПЛИВНАЯ форсунка 48. Фланец 49 для крепления форсунки, струи топлива 50, струи 51 и 52 электропроводной жидкости, зона их контакта 53.
В качестве электропроводной жидкости используются водные растворы сильных электролитов на основе оснований, солей или кислот с высокой концентрацией, которая устанавливается экспериментальным путем, а также суспензии порошков металлов или графита в растворе электролита или пудры этих материалов.
Топливами служат керосин, солярка и другие углеводороды.
Работает комбинированная форсунка следующим образом.
От насосов /не показанных на чертеже/ под давлением в патрубки 36 и 37 подается электропроводная жидкость, которая через сопла 41, 42 выходит в взрывную камеру 33 в виде струй 51 и 52. При контакте струй в зоне 53 замыкается разрядная цепь генератора импульсов и конденсатор 45 разряжается на струи, с осуществлением нагрева и их ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВЗРЫВА при температуре, превышающей 2500°C /см. Б.А. Артамонов "Размерная электрическая обработка металлов", М.: Высшая школа, 1978 г., стр. 213-232 /1/, Б.А. Артамонов "Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов", М.: Высшая школа, том 2, 1983 г., стр. 100-103 /2/, Г.А. Либенсон "Основы порошковой металлургии", М.: Металлургия, 1987 г., стр. 164-165 /3/. Диаметр струй 51, 52 электропроводной жидкости Д=0,1-0,2 мм, диаметр цилиндрических каналов Д=10-12 мм или другие, что позволяет разряжать на тонкие струи разрядный ток большой силы.
2
2
2
2
4
Одновременно во взрывную камеру 33 топливной форсункой 48 впрыскивается жидкое топливо в виде струй 50, которое за счет высокой температуры электрического взрыва струй 51, 52, превышающей 2500°C, мгновенно испаряется и термически диссоциирует на атомы. Вместе с тем и  при электрическом взрыве струй 51, 52 электропроводная жидкость этих струй также термически диссоциирует, с образованием водорода и кислорода: 2HO→2H+O при температуре, превышающей 2500°C /см. Н.Л. Глинка "Общая химия", из-во ХИМИЯ. Л. : 1980 г., стр. 211 /4/ и Г. Мучник "Новые методы преобразования энергии", Техника, Знание, М.: 1884/4, стр. 47 /5/. Температура электрического взрыва струй 51, 52 зависит от энергии, запасенной в конденсаторе 45, которая определяется по ф-ле: A=CU/2 /см. 1, стр. 50/. Однако эта температура электрического взрыва струй может изменяться в интервале /1-5/×10К /см. 2, стр. 72/.
Повторные электрические взрывы струй 51, 52 осуществляются за счет давления насосов /не показанных на чертеже/, нагнетающих электропроводную жидкость в патрубки 36 и 37 комбинированной форсунки, при этом частота электрических взрывов струй равна 100 цик/с и более.
Образующаяся в взрывной камере 33 комбинированной форсунки газообразная смесь ТОПЛИВА и электропроводной жидкости в виде смеси водорода и кислорода под большим давлением выходит из отверстий 35 в виде факелов и смешивается с сжатым воздухом в камерах сгорания 5 реактивных подъемно-тяговых двигателей, образуя химически активную горючую смесь.
Отметим, что при применении суспензий порошков /или пудры/ металлов - алюминия, меди, железа и пр., а также гранита, с концентрацией до 40-70% /см. 3, стр. 164-165/ в водном растворе электролита обеспечивается наиболее сильные электрические взрывы струй 51, 52, в связи с их высокой электропроводностью. Применение в комбинированных форсунках той или иной электропроводной жидкости - чистых растворов электролитов или суспензий порошков /пудры/ в растворе электролита устанавливается экспериментальным путем на основе определения их электропроводности и стоимости.
Преимущества применения комбинированных форсунок.
1. За счет высокой температуры электрических взрывов струй 51, 52, превышающей 2500°C, обеспечивается термическая диссоциация струй 50 любого жидкого топлива, при этом реактивная подъемно-тяговая установка /и/ становится МНОГОТОПЛИВНОЙ, что существенно уменьшает стоимость эксплуатации летательного аппарата с вертикальным взлетом и посадкой.
2. Значительно уменьшается задержка воспламенения горючей смеси в камерах сгорания 6, так как не требуется время на испарение жидкого топлива, впрыскиваемого, например, с помощью обычной струйной или центробежной форсунки, благодаря чему обеспечивается полет летательного аппарата с вертикальным взлетом и посадкой на больших высотах, в среде разреженного и холодного воздуха.
3. Достигается высокая химическая активность горючей смеси и быстрое ее сгорание с резким увеличением давления сгоревших газов, что отражается на повышении КПД реактивной подъемно-тяговой установки.
4. Продукты термической диссоциации электропроводной жидкости струй 51 и 52 являются смесью водорода и кислорода-гремучим газом, который при сгорании в камерах сгорания 5 частично компенсирует затраты энергии на термическую диссоциацию струи 51, 52.
Форсунка /поз. 12/ для воспламенения горючей смеси показана на фиг. 6. Форсунка состоит из наружного корпуса 54, имеющего взрывную камеру 55 с соплом 56 для выхода импульсной струи газов. Корпус соединен с патрубками 57 и 58 для подачи под давлением от насосов /не показанных на чертеже/ электропроводной жидкости, при этом патрубки сообщаются с цилиндрическими каналами 59 и 60, расположенными в слое электроизоляционного материала 61, которые с одной стороны имеют сопла 62 и 63, направленные под углом друг к другу, а с другой установлены электроды 64 и 65, подключенные к генератору импульсов, принципиальная схема которого включает конденсатор 66 /батарею конденсаторов/, резистор 67 и выпрямитель 68 или источник постоянного тока. Фланец 69 для крепления форсунки, струи электропроводной жидкости 70 и 71, зона их контакта 72.
Из описания конструкции комбинированной форсунки по фиг. 5 и конструкции форсунки по фиг. 6 видно, что они отличаются друг от друга лишь дополнительной топливной форсункой 48 и днищем 54 в взрывной камере 33. В обоих форсунках применяется электрический взрыв струй 51, 52 и струй 70 и 71, при этом число ПАР струй может быть в форсунках ОДНА, ДВЕ, ЧЕТЫРЕ и более. Обе форсунки ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИЕ. В качестве электропроводной жидкости в форсунке по фиг. 6 также используются водные растворы сильных электролитов на основе солей, оснований или кислот с высокой концентрацией, которая устанавливается экспериментальным путем, а также СУСПЕНЗИИ порошков /пудры/ металлов - алюминия, меди, железа и др., а также гранита в растворе электролита. В некоторых случаях в качестве электропроводной жидкости струй могут использоваться жидкие металлы - натрий, калий, их сплавы и другие жидкие металлы. Применение той или иной электропроводной жидкости устанавливается экспериментальным путем, в зависимости от ее электропроводности и стоимости.
Работает и форсунка для воспламенения горючей смеси следующим образом.
От насосов /не показанных на чертеже/ под давлением в патрубки 57 и 58 подается электропроводная жидкость, которая через сопла 62, 63 выходит во                                                                                                                                                                           взрывную камеру 55 в виде тонких струй 70, 71. При контакте струй в зоне 72 замыкается разрядная цепь генератора импульсов, и конденсатор 66 разряжается на струи 70, 71, с осуществлением ИХ нагрева и электрического взрыва струй, при температуре, превышающей 2500°C /см. 1, стр. 213-232 и 2, стр. 100-103/. Диаметр струй Д=0,1-0,2 мм, диаметр цилиндрических каналов 59, 60 - Д=10-12 мм и более, что позволяет разряжать на струи разрядный ток большой силы, с осуществлением ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВЗРЫВА струй.
2
2
2
Образующиеся продукты термической диссоциации электропроводной жидкости струй 70, 71 при температуре, превышающей 2500°C, в виде: 2НО-2Н+О /см. 4, стр. 211/ и осколков электролита, под высоким давлением выходят из сопла 56 форсунки в виде раскаленного факела и воспламеняют горючую смесь в камерах сгорания 5 реактивных подъемно-тяговых  установках 3. Однако электрический взрыв струй 70, 71 приводит и к образованию УДАРНОЙ ВОЛНЫ, а ударные волны способствуют ДЕТОНАЦИОННОМУ СГОРАНИЮ горючей смеси в камерах сгорания 5 /см. 2, стр. 100-102, а также С.С. Бартенев "Детонационные покрытия в машиностроении", Л.: Машиностроение, 1982 г., стр. 25-26 /6/. "Воспламенение газовой смеси обусловлено нагревом ее при сжатии ударной волной. Расчеты показывают, что при скорости ударной волны около 1700 м/с температура при сжатии достигает примерно 1700 К. Скорость же детонационной волны обычно имеет величину от 1500 до 3500 м/с и обеспечивает воспламенение любой горючей смеси /см. 6, стр. 26/.
Поэтому при работе подъемно-тяговых установок 3 с обычным режимом сгорания горючей смеси в камерах сгорания 5 /без детонации/ воспламенение ее осуществляется с помощью той же комбинированной форсунки 11 за счет ПОВТОРНОГО электрического взрыва струй 51 и 52, при этом продукты термической диссоциации электропроводной жидкости струй с температурой, превышающей 2500°C, под большим давлением выходят из взрывной камеры 33 через отверстия 35 в виде струй - раскаленных факелов и воспламеняют горючую смесь в камерах сгорания 5. Образующиеся ударные волны при электрическом взрыве струй 51, 52 гасятся о стенки взрывной камеры 33 комбинированной форсунки, не оказывая влияния на сгорание горючей смеси. Для осуществления электрических взрывов струй 51, 52 с заданной частотой в цепь генератора импульсов вводится управляемый воздушный разрядник 73 /см. 2, стр. 112-113/.
Отметим, что повторные электрические взрывы струй 51, 52 осуществляются за счет давления насосов /не показанных на чертеже/, например, плунжерного типа, работающих с заданной частотой-100 и более циклов в секунду, при этом в режиме работы комбинированной форсунки в виде воспламенителя горючей смеси топливная форсунка 48 отключается.
Работает реактивная подъемно-тяговая установка 3 следующим образом.
1
2
Запускается ПУСКОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ 25, а вместе с ним компрессор 26 и электрогенератор 27, который необходим для работы генераторов импульсов /ГИ/ комбинированных форсунок 11 и форсунок 12 для воспламенения горючей смеси, электродвигателей насосов этих форсунок, всех остальных потребителей электроэнергии летательного аппарата. Сжатый воздух от компрессора 26 по трубопроводам поступает в ресиверы 10, заполняет их /см. фиг. 2, 3/, при этом стержни клапанов 19, которые являются одновременно якорями соленоидов 20, удерживают клапаны 15 с помощью пружин 18 и соленоидов 20. В момент достижения расчетного давления сжатого воздуха в ресиверах 10 электронной системой установок 3 /не показанной на чертеже/ соленоиды 20 отключаются, и клапаны 15 открывают доступ сжатого воздуха в из приемных камер 16 в демпфирующие устройства 13 и камеры сгорания 5. Следом за электронной системой включаются комбинированные форсунки 11, которые обеспечивают впрыскивание в камеры сгорания 5 газообразной смеси углеводородного топлива /например, керосина/ и электропроводной жидкости, что приводит к смешиванию этой смеси с сжатым воздухом с образованием взрывчатой горючей смеси, при этом повторные электрические взрывы струй 51 и 52 во взрывных камерах комбинированных форсунок создают раскаленные факелы продуктов термической диссоциации электропроводной жидкости, выходящих из отверстий 35, которые воспламеняют горючую смесь в камерах сгорания 5. Продукты сгорания с давлением P и высокой температурой, превышающей 2000°C, расширяются в обе стороны и сжимают впереди себя атмосферный воздух в рабочих каналах 7 до давления P, сообщая столбу воздуха скорость V м/с. С ростом давления сгорания горючей смеси в камерах сгорания 5 и давления сжатого воздуха в рабочих каналах 7 пластинчатые клапаны 9 под давлением воздуха открываются, обеспечивая вход сжатого воздуха из рабочих каналов 7 в ресиверы 10, при этом одновременно большая часть сжатого воздуха вытекает из реактивных сопел 8 в атмосферу, с образованием реактивного усилия P, способствующего вертикальному взлету летательного аппарата. Частота рабочих циклов 100 и более циклов в секунду, при этом с помощью электронной системы обеспечивается своевременное включение и отключение соленоидов 20 газораспределительных механизмов /клапанов 15/ камер сгорания 5. Отметим, что по мере уменьшения давления сгоревших газов в камерах сгорания 5 и по мере истечения из рабочих каналов 7 столба сжатого воздуха в атмосферу в них создается разрежение /как, например, за поршнем/, что приводит к заполнению рабочих каналов 7 атмосферным воздухом через сопла 8 и небольшому сжатию его за счет инерции движения столба воздуха, при этом снова открываются впускные клапаны 15, обеспечивая поступление сжатого воздуха в камеры сгорания 5 из ресиверов 10. В этот период работы реактивной подъемно-тяговой установки компрессор 26 отключается от пускового двигателя 25, а реактивная подъемно-тяговая установка 3 переходит на работу с получением сжатого воздуха от собственных ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ, какими являются рабочие каналы 7 совместно с камерами сгорания 5./см. К.А. Гильзин "Воздушно-реактивные двигатели", Оборон-гиз. М.Л. 1956 г., стр. 99-103 /7/.
2
В этой конструкци реактивной подъемно-тяговой установки рабочие каналы 7, которых может быть два-три и более, выполняют еще и другую главную функцию, а именно функцию сжатия до давления P и разгона до скорости V м/с столба сжатого воздуха большой массы "m" с невысокой скоростью, благодаря чему значительно уменьшаются потери кинетической энергии струй сжатого воздуха и отработанных газов, вытекающих в атмосферу через сопла 8, при работе реактивной подъемно-тяговой установки, с частотой 100 цикл/с и более.
Таким образом, обеспечивается создание малошумного летательного аппарата вертикального взлета, подъемно-тяговая установка которого создает тягу путем отбрасывания большой массы воздуха с отработанными газами с относительно небольшой скоростью и не имеющей движущихся элементов /вентилятор, компрессор, турбина/. с большим уровнем шума.
Иными словами, в реактивной подъемно-тяговой установке обеспечивается непосредственное преобразование химической энергии углеводородного топлива в кинетическую энергию воздушных струй, вытекающих из сопел 8, с образованием реактивного усилия.
Прямое преобразование химической энергии топлива в кинетическую энергию летательного аппарата обеспечивает высокий КПД этого аппарата.
Известно, что КПД расширения-сжатия в машине "Компрекс" фирмы Броун Бовери, в которой также как и в рабочих каналах 7 используется принцип работы ВОЛНОВЫХ МАШИН, в которых один газ "А" - продукты сгорания при расширении сжимают другой газ "В", достигает 69% /см. "Основы газовой динамики" под редакцией Эммонс, 1963 г., раздел "Волновые машины/.
п
п
п
Следовательно, в рассматриваемой реактивной подъемно-тяговой установке с камерами сгорания 5 и рабочими каналами 7 КПД расширения продуктов сгорания-сжатия и разгона столба воздуха в каналах около 69%, и отвечает эффективному кпд /см. О.К. Югов "Согласование характеристик самолета и двигателя", М., 1980 г., Машиностроение, стр. 47-48 /8/. Полетный кпд В показывает, какая доля этой кинетической энергии пошла на совершение полезной работы силы тяги. Значение В увеличивается по мере приближения скорости полета к скорости истечения воздуха из сопел 8 установки. Этот показатель примерно равен КПД воздушного винта вертолета, т.е. В=7.
о
Таким образом полный КПД летательного аппарата с реактивной подъемно-тяговой установкой около В=0,69×0,7=0,48.
Как известно, сумарный КПД вертолета, в зависимости от его схемы, не превышает 14-18% /см. И.Н. Колпакчиев "Транспортная авиация: взгляд в будущее", 3ание, Транспорт, 7/80, стр. 61 /9/.
Следовательно, КПД летательного аппарата с реактивными подъемно-тяговыми установками превышает известные вертолеты, по крайней мере в 2,5-3,5 раза.
Для увеличения тяги реактивной подъемно-тяговой установки в одном или во всех рабочих каналах 7 размещается форсажная/ые/ камера/ы/ 22, которая особенно необходима при взлете летательного аппарата и посадке.
Работает форсажная камера 22 за счет того, что через нее протекает сжатый воздух, в который с помощью комбинированной форсунки 23 впрыскивается раскаленная газообразная смесь углеводородного топлива и электропроводной жидкости, которая смешивается с воздухом, с образованием горючей смеси. Воспламенение горючей смеси осуществляется с помощью повторного электрического взрыва струй 51, 52, с образованием продуктов термической диссоциации электропроводной жидкости при температуре, превышающей 2500°C, которые в виде факелов под большим давлением выходят из отверстий 35 взрывной камеры комбинированной форсунки и воспламеняют горючую смесь, что приводит к увеличению тяги или включением форсунки 24 с осуществлением детонационного сгорания. При повороте сопел в положение 74 и работе форсажной камеры увеличивается маршевая скорость летательного аппарата с вертикальным взлетом и посадкой.
Конструкция самодействующих пластинчатых клапанов 9 известна в технике. Они, например, применяются в поршневых компрессорах /см. К.И. Страхович "Компрессорные машины". Госторгиздат, М.: 1961 г., стр. 147-155/10/. Ha фиг. 7 показаны клапаны, включающие решетку 75, и пластинчатые клапаны 9. Под действием давления сжатого воздуха в рабочем канале 7 пластинчатые клапаны отгибаются - положение 76, обеспечивая впуск сжатого воздуха в ресивер 10.
На фиг. 8 показана  схема конструкции форсажной камеры с детонационным способом сгорания горючей смеси.
Форсажная камера также размещается в одном или нескольких рабочих каналах 7 - ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРАХ и состоит из камеры сгорания 77 с реактивным соплом 78 с одной стороны, а с другой соединена с демпфирующим устройством 79, имеющим вогнутый отражатель 80. Диффузор 81, цилиндрическая переходная часть 82, комбинированная форсунка 83, форсунка 84 для воспламенения горючей смеси.
Работает форсажная камера следующим образом.
Сжатый воздух из рабочего канала 7 входит в диффузор 81, обтекает отражатель 80 и заполняет камеру сгорания 77. С помощью системы электронного управления реактивной подъемно-тяговой установки /не показанной на чертеже/ включается комбинированная форсунка 83, с помощью которой в сжатый воздух камеры сгорания впрыскивается раскаленная газообразная смесь углеводородного топлива и электропроводной жидкости. Образующаяся в камере сгорания 77 горючая смесь воспламеняется за счет включения форсунки 84 по фиг. 6, что приводит к детонационному сгоранию горючей смеси, вызванному распространению в ней ударной волны, генерируемой электрическим взрывом струй 70 и 71 форсунки. Детонационное сгорание горючей смеси обеспечивает резкий скачок давления сгоревших газов в камере сгорания 77 и высокую скорость истечения газов из сопла 78, а также 8 и 74 с образованием мощного реактивного усилия. Частота рабочих циклов 100 цик/с и более. Образующиеся ударные волны отражаются от вогнутого отражателя 80. Детонационное сгорание горючей смеси в камерах сгорания 5 реактивной подъемно-тяговой установки по фиг. 2-3.
Выше отмечено, что комбинированная/ые/ форсунка/и/ работает в ДВУХ режимах; с выполнением функции форсунки для впрыскивания газообразной смеси углеводородного топлива и электропроводной жидкости, что приводит к образованию горючей смеси в камерах сгорания 5 и режиме, когда комбинированная форсунка служит в качестве воспламенителя этой смеси, благодаря чему обеспечивается нормальное сгорание в камерах сгорания 5 с обычной скоростью, около 30-40 м/с.
Перевод подъемно-тяговой установки 3 в режим работы с детонационным сгоранием в основном осуществляется при наборе высоты и горизонтальном полете летательного аппарата, в целях достижения его наибольшей скорости. В экстремальных случаях детонационное сгорание может осуществляться и при вертикальном взлете аппарата. Для осуществления детонационного сгорания горючей смеси в камерах сгорания 5 достаточно с помощью электронной системы управления перевести комбинированные форсунки 11 на свой основной режим работы, с осуществлением только впрыскивания газообразной смеси углеводородного топлива и электропроводной жидкости, а для воспламенения этой смеси в камерах сгорания 5 включать форсунки 12, обеспечивающие генерацию ударной волны и детонационное сгорание горючей смеси со скоростью от 1500 до 3500 м/с /см. 6, стр. 26/.
2
3
Высокая температура, превышающая 2000°C, и высокое давление сгоревших газов в несколько десятков атмосфер /см. 6, стр. 30/ позволяет  при расширении этих продуктов сгорания в рабочих каналах 7 осуществлять сжатие столба воздуха в них до высокого давления P и разгонять его до высокой скорости V м/с, благодаря чему обеспечивается открытие клапанов 9 и поступление сжатого воздуха в ресивере 10 с большим давлением P и выход через сопла 8 или /74/ струй сжатого воздуха и отработанных газов в атмосферу с большой скоростью, и созданием мощного реактивного усилия. Частота рабочих циклов 100 цик/с и более. Вместе с тем после выхода из рабочих каналов в атмосферу отработанных газов, в них по создается разрежение более сильное за счет высокой скорости истечения из сопел 8 /74/, чем при осуществлении обычного сгорания горючей смеси в камерах сгорания 5.
В результате при входе через сопла 8 /74/ свежего заряда атмосферного воздуха в рабочие каналы 7 достигается большее давление сжатия его в каналах, что положительно отражается и способствует повышению мощности реактивной подъемно-тяговой установки. Необходимо отметить, что детонационное сгорание осуществляется при "постоянном объеме;′ способствующее существенному повышению КПД реактивной подъемно-тяговой установки /см. В.З. Сушков "Техническая термодинамика", Госэнергоиздат, М.Л.: 1960 г. стр. 173-177 /1/.
Кроме того, в камерах сгорания 5 сгорают не пары жидкого топлива, а газообразная смесь углеводородного топлива и в виде атомов и молекул, совместно с продуктами термической диссоциации электропроводной жидкости в виде основных двух газов - водорода и кислорода, выходящих в виде струй-факелов из комбинированных форсунок 11. Эта смесь газов с сжатым воздухом имеет широкие пределы воспламеняемости, так как является газовым топливом и позволяет работать на обедненных смесях, со снижением расхода топлива на 10-13% /см. В.Н. Алексеев "Двигатели внутреннего сгорания. Машгиз. М.: 1960, стр. 351-353 /12/.
Зона размещения самодействующих пластинчатых клапанов 9 в рабочих каналах 7 устанавливается из условия, при котором становится невозможным поступление в ресивер 10 отработанных газов. Размещаются ближе к шарнирным соплам 8, а их открытие осуществляется в области наибольшего давления сжатого столба воздуха в рабочих каналах 7. Места размещения самодействующих пластинчатых клапанов 9 окончательно устанавливаются экспериментальным путем.
Следует учитывать, что зона сжатого воздуха в рабочих каналах 7 формируется между ГАЗОВЫМ ПОРШНЕМ-продуктами сгорания в камерах сгорания 5 и передним дронтом звуковой волны, распространяющейся по длине рабочих каналов со скоростью 340 м/с при частоте рабочих циклов 100 цик/с длина каналов около 3,4 м.
При детонационном сгорании горючей смеси в камерах сгорания 5 реактивной подъемно-тяговой установки по фиг. 2-3 происходит генерация ударных волн, которые отражаются от вогнутых отражателей14 и гасятся.
В целях значительного увеличения мощности реактивной подъемно-тяговой установки она выполняется в виде блока реактивных подъемно-тяговых двигателей - фиг. 10, 11, установленных в два ряда.
Блок двигателей - фиг. 10 состоит из камер сгорания 85 и 86, с одной стороны которых размещены рабочие каналы 87 и 88 с решетками пластинчатых самодействующих клапанов 89 и 90 и реактивными шарнирными соплами 91 и 92 с изменяемым вектором тяги. С другой стороны камеры сгорания соединены с демпфирующими устройствами 93 и 94, имеющими вогнутые отражатели 95 и 96. Приемные камеры для сжатого воздуха 97 и 98, впускные клапаны 99 и 100 с пружинами 101 и 102 и соленоидами 103 и 104. Конструкция реактивных подъемно-тяговых двигателей в блоке по фиг. 10 идентична конструкции установки по фиг. 2-3. Отличается лишь расположением пластинчатых клапанов 89 и 90, которые установлены на вертикальных стенках рабочих каналов и соединены с ресиверами с 105, 106 и 107, 108. Расширяющиеся сопла 109 и 110.
Камеры сгорания имеют комбинированные форсунки 111 и 112 и форсунки для воспламенения горючей смеси и детонационного сгорания 113 и 114. Размещается блок двигателей под крыльями в моторных гондолах, как и реактивная подъемно-тяговая установка по фиг. 2-3, см. фиг. 1, 4. Пуск блока реактивных подъемно-тяговых двигателей ничем не отличается от пуска реактивной подъемно-тяговой установки по фиг. 2-3, также как и их работа.
Запускается пусковой двигатель 25, а вместе с ним компрессор 26 и электрогенератор 27. Сжатый воздух от компрессора 26 по трубопроводу 115 заполняет ресиверы 105, 106, 107 и 108. Электронной системой управления /не показанной на чертеже/ соленоиды  103 и 104 отключаются от электросети, что приводит к открытию впускных клапанов 99 и 100 за счет давления сжатого воздуха из приемных камер 97 и 98 и заполнению им камер сгорания 85 и 86. Следом включаются комбинированные форсунки 111 и 112, обеспечивающие впрыскивание в сжатый воздух раскаленной газообразной смеси углеводородного топлива и электропроводной жидкости с образованием взрывчатой горючей смеси.
При обычном способе сгорания этой смеси в камерах сгорания 85 и 86 воспламенение осуществляется за счет повторных электрических взрывов струй 51 и 62 в комбинированных форсунках 111 и 112, а при детонационном способе сгорания воспламенение горючей смеси производится за счет включения форсунок 113 и 114, в которых за счет электрических взрывов струй 70 и 71 генерируются ударные волны, обеспечивающие детонационное сгорание.
В горизонтальном полете летательного аппарата шарнирные сопла занимают положение 116 и 117. Продукты сгорания из камер сгорания 85 и 86 расширяются в рабочих каналах 87 и 88 и сжимают до давления и разгоняют до скорости V м/с столб воздуха, который вытекает из сопел 91 и 92 /или 116 и 117/, с образованием реактивного усилия, обеспечивающего вертикальный взлет летательного аппарата или его горизонтальный полет. Следом в атмосферу из сопел 91 и 92 вытекают отработанные газы, и в рабочих каналах 87 и 88 создается разрежение, способствующее заполнению каналов свежим зарядом атмосферного воздуха через сопла 91 и 92, и рабочие циклы повторяются с частотой 100 и более циклов в секунду. В этой конструкции блока реактивных подъемно-тяговых двигателей сжатие воздуха в рабочих каналах 87 и 88 - ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРАХ продуктами сгорания приводит к открытию пластинчатых самодействующих клапанов 89 и 90 и заполнению ресиверов 105-108. Блок реактивных подъемно-тяговых двигателей снабжен обтекателем 118.
На фиг. 12, 13 показана схема конструкции еще более мощной подъемно-тяговой установки, блок которой включает 16 подъемно-тяговых двигателей 119, установленных друг над другом в четыре ряда.
Реактивные подъемно-тяговые двигатели 119 расположены в корпусе 120, прикреплены вместе с корпусом к обойме 121, которая шарнирно скреплена с крыльями 122, установленными на фюзеляже 123./см. фиг. 14 и 15/, вместе с тем корпусы 120 с реактивными подъемно-тяговыми двигателями могут быть установленными под крыльями 2 летательного аппарата /см. фиг. 1/.
Каждый реактивный подъемно-тяговый двигатель, конструкция которого идентична конструкции реактивного подъемно-тягового двигателя по фиг. 2-3 и фиг. 10, 11, содержит камеру сгорания 124, соединенную с рабочим каналом, 127, имеющим шарнирное сопло 126. Камера сгорания с другой стороны соединена с демпфирующим устройством, имеющим отражатель 127, выполненный заостренным с одной стороны и вогнутым с другой, приемная камера для сжатого воздуха 128, впускной клапан 129, пружина 130, соленоид 131, ресивер 132, пластинчатые самодействующие клапаны 133.
В фюзеляже 123 установлен пусковой двигатель 134 с компрессором 136 и электрогенератором 136. Подъемно-тяговые установки 137 с реактивными подъемно-тяговыми двигателями 119, расположенными в корпусе 120, шарнирно установлены по концам крыльев 122 и точно также подъемно-тяговые установки 138 установлены в хвосте фюзеляжа на плоскостях 139. Пуск и работа подъемно-тяговых установок 137 и 138 идентична пуску и работе подъемно-тяговых установок по фиг. 1 и 2, 3, 4, 10, 11 и осуществляется от компрессора 135 при запуске пускового двигателя 134, с выполнением вертикального взлета летательного аппарата с фюзеляжем 123. Горизонтальный полет летательного аппарата производится за счет поворота на заданный угол подъемно-тяговых установок 137 и 138-поз. 139 и 140.
Для увеличения скорости летательных аппаратов в рабочих каналах 87 и 88 блока реактивных подъемно-тяговых установок по фиг. 10, 11 и рабочих каналах 125 подъемно-тяговой установки по фиг. 12, 13 устанавливаются форсажные камеры по типу форсажных камер ,показаных на фиг. 2, поз. 22 или фиг. 8.
Технико-экономическая часть.
Летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой имеет реактивные подъемно-тяговые установки, коренным образом отличающиеся от известных летательных аппаратов с комбинированной силовой установкой, состоящей из маршевых и подъемных турбореактивных двигателей.
Во-первых, шум.
Как известно, шум, создаваемый современными самолетами и вертолетами с турбореактивными двигателями, превышает все известные границы, и не позволяет эксплуатировать эти машины в черте города. Шум, создаваемый пассажирскими самолетами  по важности и сложности вопросов, требующих решения, стоит непосредственно за проблемой обеспечения высокой безопасности полетов /см. И.Н. Колпакчиев "Транспортная авиация: взгляд в будущее" Знание, Транспорт, М.: 7/80, стр. 10-16 /9/. Новые реактивные подъемно-тяговые установки не имеют движущихся элементов с большим уровнем шума /вентилятор, компрессор, турбина/ и при их применении на летательных аппаратах с вертикальным взлетом и посадкой обеспечивают создание малошумного аппарата, которые эффективно можно эксплуатировать в черте города.
Во-вторых, загрязнение окружающей среды.
По существующим оценкам воздушный транспорт создает около 1% общего загрязнения атмосферы, однако в зонах крупных аэропортов его доля значительно выше /см. 9, стр. 10/.
В новых реактивных подъемно-тяговых установках подготовка жидкого углеводородного топлива осуществляется в комбинированных форсунках 11 /см. фиг. 2/, а также фиг. 10 и 12. В них происходит испарение и термическая диссоциация при температуре, превышающей 2500°C, топлива с образованием химически активного газообразного и его полное сгорание в смеси с сжатым воздухом в камерах сгорания. Этому же полному сгоранию горючей смеси в камерах сгорания способствует способ ее воспламенения за счет повторных электрических взрывов струй 51, 52, с образованием раскаленных факелов продуктов термической диссоциации электропроводной жидкости с большой площадью нагрева горючей смеси. В результате обеспечивается БЕЗДЫМНЫЙ ВЫХЛОП в атмосферу и многотопливность реактивной подъемно-тяговой установки.
В современных турбореактивных двигателях основным недостатком при сгорании топлива является возникновение процесса ПИРОЛИЗА, приводящего к генерации сажи и дымному следу.
Характеристики силовых установок.
Авиационные силовые установки характеризуются двумя основными показателями: удельным весом, показывающим отношение массы двигателя к создаваемой им тяги, и удельным расходом топлива в крейсерском полете /см. 9, стр. 13-14/.
2
Реактивные подъемно-тяговые двигатели, расположенные в одном БЛОКЕ в ряд или в несколько рядов /см. фиг. 2, 10, 12/, просты по конструкции и не имеют осевого компрессора и газовой турбины, сложных и тяжелых узлов турбореактивного двигателя. В них рабочие каналы 7 /см. фиг. 2, 87, 88/ см. фиг. 10/ и 125 /см. фиг. 12/ выполняются из тонкостенных конструкций и имеют малый вес, определяющих общий вес реактивной подъемно-тяговой установки. Сжатие продуктами сгорания атмосферного воздуха до давления P и разгон столба воздуха в рабочих каналах большой массы ″m″ до скорости V м/с обеспечивает ПРЯМОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ химической энергии топлива в кинетическую энергию летательного аппарата с КПД около 0,48. Вместе с тем полный КПД турбореактивного двигателя, используемого в качестве подъемного на летательных аппаратах с вертикальным взлетом и посадкой, не превышает 5-6%, из-за огромных потерь кинетической энергии продуктами сгорания, вытекающими из реактивного сопла ТРД или турбовентиляторного двигателя с КПД немного большим. Таким образом, простота конструкции и малый вес реактивной подъемно-тяговой установки по сравнению с турбореактивным или турбовентиляторным двигателем обеспечивают малый удельный вес.
Сжатие воздуха продуктами сгорания в рабочих каналах - ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРАХ, причем давление сжатого воздуха резко возрастает при детонационном сгорании горючей смеси в камерах сгорания, позволяет достигать степени повышения давления примерно равной, создаваемой осевым компрессором турбореактивного двигателя, что способствует получению высокого термического кпд реактивной подъемно-тяговой установки. Детонационное сгорание горючей смеси обеспечивает еще больший термический кпд установки, превышающий кпд известных ТРД, благодаря чему достигается низкий удельный расход топлива в крейсерском полете.
Таким образом, новая реактивная подъемно-тяговая установка,  включающая несколько реактивных подъемно-тяговых двигателей с детонационным способом сгорания, значительно превышает по экономичности, небольшому весу, простоте конструкции известные турбореактивные или турбовентиляторные двигатели и имеет существенно меньшую стоимость. Вместе с тем низкий уровень шума и бездымный выхлоп, а также отбрасывание реактивными подъемно-тяговыми двигателями большой массы воздуха с невысокой скоростью, подобно воздушному винту, обеспечивает высокий КПД при вертикальном взлете летательного аппарата и его посадке.