МИКРОЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ - ОРНИТОПТЕР ГОРШКОВОЙ

Полезная модель относится к авиации, в частности к махолетам.
Область применения спорт, аттракционы, транспортное средство.
Аналогами служат орнитоптеры Делорьера и Харриса, Липпиша, махолеты Пушкина [1, №3-02], Дукаревича [1, №1-02]. Поставленной задачи, - полет человека как птицы, аппараты не выполнили.
Прототипом полезной модели принимается орнитоптер Деловьера и Харриса [6], имеющий двигатель, корпус, кабину, шасси, хвостовое оперение, большой (≈18 м.) размах крыльев, крайние секции которых действуют махом.
Основываясь на однородности в отношении сопротивления локальной (⌀≈6-8 м.) воздушной среды можно утверждать, что машущее крыло прототипа малоэффективно, потому что разность давления на вниз идущее крыло (рабочего хода) и вверх (возврата) далеко недостаточна для подъема столь тяжелого аппарата, имеющего все составляющие части самолета.
В силу этого аппарат-прототип и не взлетел.
Кроме того, аппарат Деловьера: материалоемок, дорогостоящий; требует не менее дорогой инфраструктуры (ангар, взлетная полоса).
Задачей настоящей полезной модели является реализация полета человека махом, как птица, на относительно доступном аппарате.
Решение поставленной задачи достигается соединением имеющегося в производстве [6, 2] микродвигателя, поворотного монокрыла [4], механизма движения и поворота монокрыла [5] и платформы.
К вопросу о поддержании аппарата в воздухе.
На самолетах с неподвижными крыльями пропеллер или реактивный двигатель создают подъемную силу и скорость, позволяя плоскостям крыльев поддерживать машину в воздухе.
Однако пилот на виражах (в частности в вертикальном полете) преодолевает силу притяжения скоростью аппарата (подробности не входят в регламент описания) и указанная функция прямых крыльев отпадает как таковая.
Всем известна теория полета ракет, вообще не имеющих крыльев. Следовательно - скорость главный, определяющий фактор поддержания летательных аппаратов в воздухе.
Кроме скорости поддержание в воздухе предлагаемого аппарата создается самим поворотным крылом, которое в инерционном (возвратном) периоде (фазе) цикла маха не только сводит сопротивление среды практически к 0, но и, принимая положение параллельное вектору полета, выполняет поддерживающую функцию. Дополнительное поддержание аппарата в воздухе (в горизонтальном полете) создается подбором градуса вектора полета (по мнению автора ≈10° к горизонту). Возникает синусоидная траектория.
Вывод: для поддержания летательного аппарата с машущим крылом в воздухе необходимо: создать достаточную скорость полета, обеспечить возврат монокрыла в положение параллельное вектору полета, держать вектор горизонтального полета под ≈10° к горизонту. Выше перечисленные главные условия способен обеспечить предлагаемый микролетательный аппарат.
В аппарате микродвигатель крепится перпендикулярно оси к небольшой легкой компактной платформе с помощью корсета, внутри которого размещается туловище пилота.
Микродвигатель приводит в действие механизм движения и поворота монокрыла [5] (выделен в самостоятельную заявку).
Вектор полета задается узлом управления, размещенного в головной части платформы.
Поворотное слегка вогнутое, монокрыло из легчайшего прочного материала представляет объединение двух секций (А, Б) на общей оси, соединенной с механизмом движения и поворота крыла.
В верхней точке (I) отсчета маха монокрыло микролетательного аппарата вертикально к поверхности платформы, механизм движения и поворота монокрыла перемещает его из точки I вниз по оси аппарата в конечную точку маха (II), где механизмом движения и поворота монокрыла поворачивается («опадает») на 90°, принимает параллельное платформе положение, в котором практически не оказывая сопротивления воздушной среде возвращается в начальную точку отсчета маха (I). Цикл повторяется.
Скорость оборотов двигателя и оптимальная площадь крыла обеспечивают достаточную тягу и как технический результат - полет.
В опавшем состоянии монокрыло не только не оказывает сопротивления среде, но и создает возможность планирования на воздушных потоках. Возникает дополнительный интерес для пользователей предлагаемого микролетательного аппарата, резерв для экономии горючего и тормозящий фактор при посадке аппарата по варианту №2.
Поворотное монокрыло позволяет сократить размах 2-х стандартных машущих крыльев прототипа и увеличить полезную площадь за счет ликвидации неработающего на тягу пространства между ними, приходящегося на центральную секцию (у самолета - корпус).
Более того эта секция, обладая разновекторностью (противоположной) с машущими секциями, снижает эффективность их работы.
Монокрыло позволяет значительно уменьшить материалоемкость, вес и стоимость всего аппарата за счет ликвидации одного из 2-х необходимых механизмов работы крыльев. Складывающаяся конструкция монокрыла обеспечивает не емкое его хранение.
2
1
Общий вид поворотного монокрыла - трапеция, слегка закругленная и выгнутая с заданным профилем. Исходя из обоснования [4] средней подъемной силы крыла птицы, (в регламент описания не входит)равного сопротивления локальной среды в разных направлениях и во много превышающей скорости маха, обеспечиваемой двигателем можно утверждать, что для подъема микролетательного аппарата будет достаточно площади монокрыла ≈3 м (для одной секции h=0,9 а=1,7; в=15 высота сегмента ≈25-30 см.)
В отличии от геликоптера монокрыло не создает давящего на пилота потока воздушной среды, т.к. он уходит назад параллельно его туловища.
Корсет приближен к конфигурации туловища пилота, что обеспечивает фиксацию. Замки корсета (подобны замкам пояса безопасности или другой конструкции) входят в гнезда платформы, защелкиваются (конкретизация вне регламента описания).
Для комфортности и продольной фиксации пилота платформа имеет «подушку» и опору для ног, для смягчения посадки - амортизатор. По днищу платформы проложен желоб для тяги груза, обеспечивающего реверсирование в вертикальной плоскости и служащего противовесом закручивания аппарата. Изменение положения груза осуществляется лебедкой.
Горизонтальный реверс задается рулем, ось которого соединена с платформой. Рычаг руля фиксируется в направляющей с помощью затвора. На платформу выведен пульт дистанционного управления двигателем. Имеется стойка для парашюта зонтичного типа для посадки по второму варианту.
Лебедка, руль, направляющая руля, пульт двигателя объединены в головной части платформы и составляют узел управления аппаратом. Реален вариант полной автоматизации управления полетом (в задачу описания не входит), автоматизация позволит синхронизировать работу составляющих узла управления.
Минидвигатель, монокрыло, механизм движения и поворота монокрыла, платформа с узлом управления представляют общую конструкцию микролеталельного аппарата, который многократно эффективнее и дешевле его прототипа за счет отсутствия шасси, кабины, корпуса, сокращения размеров крыла, расходных материалов для его постройки и эксплуатации. Эффективность микролетательного аппарата обеспечивается также за счет изменения принципа и механизма использования свойств воздушной среды, в отличие от стандартного (пропеллер - прямое крыло).
Взлет аппарата пилот осуществляет с подножки передвижного комплексного стола хранения рабочего узла аппарата (двигатель, монокрыло, механизм его действия и поворота). Столешница стола расположена под небольшим узлом к горизонту для смещения центра тяжести. Пилот с подножки стола «входит» в корсет, притягивает платформу, защелкивает замки корсета, включает двигатель.
Посадка может быть по 2-м вариантам.
1. Снижение оборотов двигателя.
2. Остановка двигателя в горизонтальном положении крыла - возникает тормозящий фактор. В дополнение - парашют зонтичного типа или пароплан, который к тому же позволяет использовать воздушные потоки.
Хранение. Разборная конструкция обеспечивает рациональное, компактное хранение (- рабочий узел на передвижном столе, - крыло в сложенном виде, - отдельно платформа) не требующего больших объемов помещения, к тому же отсутствие взлетной полосы делает инфраструктуру не дорогой.
В целом предлагаемый микролетательный аппарат значительно эффективнее и доступнее ранее предлагаемых.
Автор, изложив главную идею и конструкцию микролетательного аппарата с машущим монокрылом, полагает неизбежность усовершенствования.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах изображено:
Фиг.1 - Микролетательный аппарат с двигателем, поворотным монокрылом и механизмом его движения и поворота, узлом управления и платформой (вид сбоку).
Фиг.2 - тоже вид сверху.
Фиг.3 - рабочий ход монокрыла.
Фиг.4 - возвратный ход монокрыла.
Фиг.5 - платформа с узлом управления (вид сбоку).
Фиг.6 - узел управления, вид сбоку сверху
Фиг.7 - тоже вид сбоку.
Фиг.8 - направляющая руля, со схемой работы затвора рычага руля.
Фиг.9 - - комплексный передвижной стол хранения рабочего узла аппарата и стартовой площадки, вид сбоку.
Микролетательный аппарат (фиг.1, 2) содержит двигатель 1, платформу 2, корсет 3 с замками 8, механизм движения и поворота крыла 4, монокрыло 5, секции которого (А, Б) объединены общей осью 6; узел управления 7.
Фазы цикла маха крыла: первая рабочая (фиг.3) крыло в перпендикулярном положении к платформе 2 переходит из точки I в точку II, где механизмом поворота крыла 4, поворачивается «опадает» на 90° и возвращается в параллельном к платформе состоянии в точку II.
Платформа (фиг.5) имеет гнезда 8 для замков корсета 8, подушку 9, опору для ног 10, амортизатор 11, желоб 12 для тяги 13 груза 14; узел управления 7, стойку зонтичного типа парашюта 23 (для варианта 2 посадки и обеспечения ее безопасности).
Узел управления аппарата (фиг.6, 7) содержит лебедку 15 для передвижения груза, руль 16, рычаг руля 17, направляющую руля 18, затвор рычага руля 19, пульт управления двигателем 20. Узел управления может быть (и должен) автоматизирован полностью. Смещением затвора 19 (фиг.8) задается горизонтальный вектор полета.
Передвижной комплексный стол 21 (фиг.9) имеет подножку 22 и под небольшим углом столешницу для хранения рабочего узла аппарата (двигатель с корсетом, механизм движения и поворота крыла).
Свои функции микролетательный аппарат выполняет следующим образом.
Пилот выкатывает из помещения хранения комплексный стол 21 (фиг.9), выносит платформу 2 (фиг.5) и монокрыло 5, устанавливает секции А, Б в общую ось 6 в механизме движения и поворота крыла (фиг.2), встает на подножку стола 22 (фиг.9) размещается в корсете 3 (фиг.1, 2, 9), притягивает платформу 2 (фиг.5), защелкивает замки 8 корсета, включает двигатель 1 (пульт 20, фиг.6, 7), механизм движения и поворота монокрыла 4 (фиг.1.2), приводит крыло 5 в действие (фиг.3, 4).
Вертикальный вектор полета задается пилотом передвижением лебедкой 15, груза 14 по желобу 12 (фиг.5), горизонтальный - передвижением затвора 19 по направляющей «влево», «вправо» (фиг.8).
Посадка может быть в 2-х вариантах
- снижение оборотов двигателя пульт 20
- отключение двигателя при положении крыла в точке I (фиг.3) с применением парашюта 23 (фиг.5).
Разборка аппарата в обратном порядке.