Аэромобиль
AEROMOBILE

Настоящее изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве воздушного транспортного средства.
Известен аэромобиль, содержащий корпус с водительским и пассажирским отделениями, имеющий в передней и задней частях решетки для прохода воздуха, в котором размещены двигатель с движителями вертикального подъема, кинематически соединенные друг с другом, посадочное устройство, механизмы управления, причем движители вертикального подъема, одинаковые по конструкции, выполнены в форме лопастных роторов, расположенных на одной оси один над другим со смещением относительно друг друга, а лопасти выполнены в форме самолетного крыла выпукло-вогнутого сечения с внутренними и наружными концевыми шайбами, наружными ребрами и постоянно открытыми щитками-подкрылками, кроме того, роторы установлены с возможностью наклона плоскости вращения в продольном и поперечном направлениях /Патент РФ №2002655, 1993/.
Недостатками известного аэромобиля являются: сложность изготовления движителей вертикального подъема, недостаточная подъемная сила, наличие воздушного потока от вращающихся крыльев и воздействие его на окружающую среду.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией аэромобиля.
Известен также аэромобиль, содержащий корпус, двигатель, движители вертикального подъема и механизмы управления. Упомянутые движители вертикального подъема размещены по левому и правому бортам в отсеках корпуса. Каждый движитель имеет цилиндрический корпус с шейками подшипников снаружи. В средней части внутри корпуса движителя установлен редуктор. Его ведущий вал вставлен в отверстие одной из шеек. Ведомый вал редуктора установлен вертикально в подшипниках корпуса движителя. На ведомом валу закреплены отдельно друг от друга верхняя и нижняя группы дисков. Каждый из дисков имеет гладкую верхнюю поверхность. Нижняя поверхность диска имеет глухие каналы круглого или квадратного сечения, размещенные по концентрическим окружностям. Передние и задние движители вертикального подъема установлены с возможностью наклона в поперечной плоскости посредством гидромеханизма, кинематически соединенного с педалями путевого управления. Средние движители вертикального подъема левого и правого бортов установлены с возможностью наклона в продольной плоскости и кинематически соединены с гидромеханизмом управления прямым и обратным ходом аэромобиля.
/Патент РФ №2148004, 1999, опубл. 27.04.2000, Бюл. №12/.
Известный аэромобиль по патенту РФ №2148004, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.
Недостатками известного аэромобиля, принятого за прототип, являются: недостаточная подъемная сила движителей вертикального подъема, недостаточная грузоподъемность.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией движителей вертикального подъема.
Задачей настоящего изобретения является повышение технических характеристик аэромобиля.
Технический результат обеспечивается тем, что в аэромобиле, содержащем корпус, имеющий водительское и грузопассажирское отделения, внутри которого размещен двигатель, кинематически связанный через муфту сцепления, главный и бортовые редукторы с движителями вертикального подъема, установленными в боковых отсеках корпуса, посадочное устройство, движители вертикального подъема как по левому, так и по правому бортам одинаковы по конструкции и каждый из них представляет собой цилиндрический корпус, установленный вертикально, имеющий снаружи шейки подшипников, внутри которого в средней части установлен редуктор, ведущий вал которого пропущен в отверстие одной из шеек корпуса, а ведомые валы установлены в подшипниках корпуса вертикально и на них закреплены на некотором расстоянии друг от друга верхняя и нижняя группы дисков, причем передние и задние движители вертикального подъема установлены с возможностью наклона в поперечной плоскости посредством гидромеханизмов, гидравлически соединенных с педалями путевого управления, а средние движители вертикального подъема левого и правого бортов установлены с возможностью наклона в продольной плоскости посредством гидромеханизмов, гидравлически соединенных с механизмом управления прямым и обратным ходом аэромобиля, привод левого и правого передних движителей вертикального подъема соединен с одной из полуосей одного из двух двойных конических дифференциалов, вторая полуось которого механически соединена с приводом левого и правого задних движителей вертикального подъема, а привод средних движителей вертикального подъема левого борта соединен с одной из полуосей второго двойного конического дифференциала, вторая полуось которого соединена с приводом средних движителей вертикального подъема правого борта, приводимых в движение от главного редуктора, причем тормоза тормозных барабанов обоих дифференциалов кинематически соединены с механизмом управления корпусом аэромобиля в пространстве, согласно изобретению верхняя поверхность каждого из дисков движителей вертикального подъема 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 имеющие на нижних поверхностях дисков впускные и выпускные окна, впускные окна могут становиться выпускными и наоборот в зависимости от направления вращения дисков, углубления в форме равнобедренных треугольников, повернутых своими вершинами в сторону центра вращения, расположенные 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 площади и размерам.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фигуре 1 изображен общий вид аэромобиля;
на фигуре 2 - вид на аэромобиль сверху;
на фигуре 3 - схематический разрез аэромобиля;
на фигуре 4 - схема силовой передачи аэромобиля;
на фигуре 5 - устройство двухвального редуктора;
на фигуре 6 - устройство трехвального редуктора;
на фигуре 7 - устройство двойного конического дифференциала;
на фигуре 8 - схема установки, движителя вертикального подъема с приводным гидромотором;
на фигуре 9 - устройство приводного гидромотора;
на фигуре 10 - общий вид движителя вертикального подъема;
на фигуре 11 - вид на движитель вертикального подъема сверху;
на фигуре 12 - устройство движителя вертикального подъема в разрезе;
на фигуре 13 - устройство редуктора движителя вертикального подъема;
на фигуре 14 - вид на диск движителя вертикального подъема сверху;
на фигуре 15 - вид на диск движителях вертикального подъема снизу;
на фигуре 16 - вид сбоку в разрезе на диск движителя вертикального подъема;
на фигуре 17 - вид на треугольные углубления, впускные и выпускные окна диска
на фигуре 18 - вид на Л-образный канал и углубление диска;
на фигурах 19 и 20 - схемы создания подъемной силы на диске движителя вертикального подъема;
на фигуре 21 - схема механизма управления аэромобилем в пространстве;
на фигуре 22 - гидравлическая система управления прямым и обратным ходом аэромобиля;
на фигуре 23 - гидравлическая система путевого управления аэромобилем;
на фигуре 24 - устройство главного редуктора в разрезе;
на фигуре 25 - схема уравновешивания веса аэромобиля;
на фигуре 26 - схема перемещения аэромобиля в прямом направлении;
на фигуре 27 - схема перемещения аэромобиля в обратном направлении и торможения при движении передним ходом;
на фигуре 28 - схема набора высоты аэромобилем;
на фигуре 29 - схема снижения аэромобиля;
на фигуре 30 - схема создания крена на левый борт;
на фигуре 31 - схема создания крена на правый борт;
на фигуре 32 - схема поворота аэромобиля влево;
на фигуре 33 - схема поворота аэромобиля вправо.
Аэромобиль содержит корпус 1 с водительским 2 и грузопассажирским 3 отделениями. В нижней части расположены боковые отсеки, в которых размещены движители вертикального подъема 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15. Снизу к корпусу прикреплены трубчатые каркасы посадочного устройства 16. Двигатель 17, расположенный внутри передней части корпуса, через муфту сцепления 18 соединен с главным редуктором 19, содержащим корпус 20, закрытый крышкой 21, в подшипнике которого установлен ведущий вал 22 с ведущей шестерней 23, входящей в зацепление с ведомыми шестернями 24, 25, закрепленными на ведомых валах 26, 27, установленных в подшипниках крышки и корпуса. Один из ведомых валов посредством карданного вала 28 соединен с ведущим валом двойного конического дифференциала поперечного управления 29, полуоси которого через бортовые редукторы 30 карданными валами 31, 32, 33 соединены со средними движителями вертикального подъема левого и правого бортов. Второй ведомый вал главного редуктора карданным валом 34 соединен с ведущим валом двойного конического дифференциала продольного управления 35, полуоси которого карданными валами 36, 37, 38, 39, 40, 41 через передний 42, задний 43 и бортовые редукторы соединены с передними и задними движителями вертикального подъема. Двойные конические дифференциалы одинаковы по конструкции и каждый из них содержит наружный корпус 44, закрытый крышками 45, через отверстие одной из которых пропущен ведущий вал 46 с закрепленной на нем ведущей шестерней 47. Внутренний корпус 48, на котором закреплена ведомая шестерня 49, входящая в зацепление с ведущей шестерней. Ведущий вал соединен с ведомым валом главного редуктора. В подшипниках внутреннего корпуса установлены два двойных сателлита 50, 51. Большие шестерни сателлитов 52 входят в зацепление с шестернями 53, закрепленными на трубчатых валах 54, на других концах которых закреплены тормозные барабаны 55, взаимодействующие с тормозами 56. Малые шестерни сателлитов входят в зацепление с шестернями 57, закрепленных на полуосях 58, Двухвальные бортовые редукторы содержат корпус 59, в подшипнике которого установлен вал 60 с шестерней 61, входящей в зацепление с шестерней 62, закрепленной на валу 63, установленном в подшипнике крышки 64. На валах закреплены фланцы 65. Трехвальные бортовые редукторы содержат корпус 66, закрытый крышкой 67, ведущий вал 68 с ведущей шестерней 69, установленный в подшипниках корпуса. Ведущая шестерня входит в зацепление с ведомыми шестернями 70, 71, установленными на ведомых валах 72, 73, размещенных в подшипниках корпуса и крышки. Все валы имеют соединительные фланцы 74. Все движители вертикального подъема одинаковые по конструкции и каждый из них содержит вертикальный цилиндрический корпус 75, открытый сверху и снизу, к наружной средней части которого привернуты опорные шейки 76, 77, одна из которых соединена с валом гидромотора 78, соединенного с одной из стоек 79, а другая шарнирно соединена со стойкой 80, имеет отверстие, через которое пропущен ведущий вал 81 редуктора 82, установленного внутри средней части корпуса на кронштейнах 83. Редуктор движителя вертикального подъема содержит корпус 84, закрытый крышкой 85, в подшипнике которой закреплен ведущий вал с ведущей шестерней 86, входящей в зацепление с ведомыми шестернями 87, 88, закрепленными на верхнем 89 и нижнем 90 вертикальных валах, концы которых закреплены в подшипниках 91, прикрепленных кронштейнами к корпусу. На верхнем и нижнем вертикальных валах закреплены с зазором между корпусом верхние 92 и нижние 93 группы дисков. Диски 94 размещены один над другим, на некотором расстоянии друг от друга, количество которых не ограничено и одинаково в обеих группах. Верхняя поверхность каждого из дисков 94 выполнена волнистой в форме чередующихся между собой радиальных сферических впадин 95 и выпуклостей 96, сужающихся к центру вращения диска, а на нижней поверхности каждого из них выполнены по концентрическим окружностям глухие углубления 97 в форме усеченных треугольников, повернутых своими усеченными вершинами к центру вращения диска, Л-образные внутренние радиальные каналы 98, сужающиеся в сторону центра вращения диска, выполненные в форме равнобедренных треугольников, вершины которых повернуты в сторону центра вращения, и имеющие на нижних поверхностях дисков впускные 99 и выпускные окна 100. (Впускные окна могут становиться выпускными и наоборот в зависимости от направления вращения дисков). Там же выполнены углубления 101, выполненные в форме равнобедренных треугольников, вершины которых повернуты в сторону центра вращения, и расположенные между впускными и выпускными окнами Л-образных каналов, причем дно 102 каждого Л-образного канала параллельно верхней или нижней плоскости диска, а противоположные боковые стенки 103 их равны по площади и размерам в продольном и поперечном направлениях. Средние движители вертикального подъема правого и левого бортов установлены с возможностью одновременного наклона вперед или назад в продольной плоскости посредством гидромоторов 104 с углом поворота менее 360 градусов, каждый из которых содержит корпус 105, закрытый крышками 106, 107. Внутри корпуса установлен ротор 108 с валом 109 и лопастью 110, имеющей элементы уплотнения. Корпус имеет штуцеры 111. Гидромоторы подключены к гидравлической системе управления прямым и обратным ходом аэромобиля, содержащей масляный бак 112, масляный насос 113 и гидравлический кран 114 с ручкой управления 115. Все узлы гидросистемы соединены между собой трубопроводами. Передние и задние движители вертикального подъема шарнирно закреплены на корпусе аэромобиля с возможностью наклона в поперечной плоскости в ту и другую стороны посредством упомянутых гидромоторов. Наклон передних и задних движителей вертикального подъема происходит в противоположные стороны. Гидромоторы передних и задних движителей вертикального подъема подключены к гидравлической системе путевого управления, содержащей масляный бак 116, масляный насос 117, левая 118 и правая 119 ножные педали, установленные на оси 120 и имеющие рычаг 121, взаимодействующий с золотниками гидравлических кранов 122 и 123. Все узлы гидросистемы путевого управления соединены между собой трубопроводами (фиг. 23). Система управления корпусом аэромобиля в пространстве в продольном и поперечном направлениях содержит ручку управления 124, закрепленную шарнирно на валу 125, установленном в подшипниках и имеющим рычаг 126, шарнирно соединенный с продольной тягой 127, второй конец которой шарнирно соединен с тормозным рычагом 128, имеющим тормоза, взаимодействующие с тормозными барабанами двойного конического дифференциала продольного управления корпусом аэромобиля. Ручка управления имеет в нижней части полукруглый сектор 129, входящий в верхний паз каретки 130, установленной в подшипниках с возможностью перемещения вправо и влево и имеющей в нижней части паз, в который входит конец L-образного рычага 131, закрепленного шарнирно на оси, второй конец которого соединен посредством продольной тяги 132 с тормозным рычагом 133, имеющим тормоза, взаимодействующие с тормозными барабанами двойного конического дифференциала поперечного управления корпусом аэромобиля. Работает аэромобиль следующим образом.
1
2
3
4
5
1
2
3
После запуска и прогрева двигателя 17, проверки работы всех систем аэромобиль готов к движению. Включается муфта сцепления 18, увеличивается подача топлива в двигатель и повышаются его обороты. Вращающийся момент от двигателя 17 через муфту сцепления 18, ведущий вал 22 с шестерней 23, ведомые шестерни 24, 25, ведомые валы 26, 27 главного редуктора 19 передается карданными валами 28, 34 на двойные конические дифференциалы 29, 35. Полуоси дифференциала 35 приходят во вращение и через карданные валы 36, 37, передний 42 и задний 43 редукторы, карданные валы 38, 39, 40, 41 передают вращение на бортовые редукторы 30, а с них на передние 4, 10 и задние 9, 15 движители вертикального подъема. Полуоси 58 двойного конического дифференциала 29 приходят во вращение и передают вращающийся момент карданными валами 31, 32 на бортовые редукторы 30 средних движителей вертикального подъема 5, 6, 7, 8 левого борта и 11, 12, 13, 14 правого борта. Вращающийся момент поступает на вертикальные валы 89,90 внутренних редукторов 82 и приводит во вращение верхние 92 и нижние 93 группы дисков, при этом верхние и нижние группы дисков вращаются в противоположные стороны для уменьшения гироскопических моментов. При вращении каждого диска 94 в направлении, показанном стрелкой на фигуре 19, вместе с ним вращаются и частицы воздуха, соприкасающиеся с верхней и нижней поверхностями. Вследствие этого над верхней поверхностью и под нижней поверхностью диска 94 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 94 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 диска еще больше увеличена за счет сферических впадин 95 и выпуклостей 96. (Из площади на нижней поверхности диска необходимо вычесть площади углублений 97 и 101, где обтекания воздухом не происходят). Далее при вращении диска 94 в углубления 97 и 101 поступает воздух из вращающегося нижнего пограничного слоя и в них создается дополнительное динамическое давление, которое превосходит атмосферное давление воздуха (фиг. 19, 20). Силы F и F, действующие на дно каждого углубления 97, 101, ничем не уравновешены и направлены вверх. Кроме того, часть воздушного потока из вращающегося нижнего пограничного слоя воздуха поступает во впускные окна 99 Л-образных каналов 98. Воздух с силой входит внутрь этих каналов (фиг. 19), ударяет в дно 102 каждого из них, воздействуя на него силой F, а затем отражается и выходит наружу через выпускные окна 100. Силы F и F, действующие на боковые поверхности Л-образных каналов, взаимно уничтожают друг друга, как равные по величине и противоположные по направлению. Равнодействующая всех сил, создающих подъемную силу, будет равна Fравн=Fв+F+F+F-Fн и направлена вверх. Подъемная сила одного диска 94 складывается с подъемной силой других дисков движителя вертикального подъема и может изменяться путем изменения частоты вращения дисков 94. По мере увеличения частоты вращения вала двигателя 17 увеличивается подъемная сила Py движителей вертикального подъема 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 и, как только ее величина превысит вес P аэромобиля, он отрывается от опорной поверхности и поднимается на необходимую высоту (фиг. 25). После этого ручка 115 гидравлического крана 114 переводится в положение «B» (фиг. 22) и масло из масляного бака 112 масляным насосом 113 начинает подаваться в соответствующие полости гидромоторов 104 и они наклоняют средние движители вертикального подъема 5, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14 вперед на необходимый угол (фиг. 26). Векторы подъемных сил Py указанных движителей вертикального подъема будут направлены под углом к силе тяжести P. В результате возникают силы Fд, направленные горизонтально и приложенные к корпусу аэромобиля. Как только средние движители вертикального подъема повернутся на нужный угол, ручка 115 гидравлического крана 114 возвращается в нейтральное положение, а корпуса движителей вертикального подъема остаются в наклонном положении. Под действием сил Fд корпус 1 аэромобиля станет перемещаться горизонтально в прямом направлении, как показано стрелкой. Величина силы Fд, приложенной к корпусу аэромобиля, а значит, и скорость движения зависят от угла наклона и величины подъемной силы движителей вертикального подъема. Для торможения и движения задним ходом необходимо ручку 115 гидравлического крана 114 повернуть в положение "Н". Масло из масляного бака 112 масляным насосом 113 станет подаваться в противоположные полости гидромоторов 104. Лопасти их начнут поворачиваться в противоположную сторону и станут наклонять средние движители вертикального подъема 5, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14 назад. В результате возникнут силы Fд, действующие в противоположном направлении и уменьшающие скорость движения аэромобиля или заставляющие его двигаться задним ходом (фиг. 27). При горизонтальном движении аэромобиля путевое управление осуществляется посредством: педалей 118 и 119. Для поворота влево необходимо нажать на левую педаль 118. Рычаг 121 повернется вправо и нажмет на золотник гидравлического крана. 122. Масло из масляного бака 116 масляным насосом 117 станет подаваться в полости гидромоторов 104 передних 4, 10 и задних 9, 15 движителей вертикального подъема, наклоняя передние движители вертикального подъема влево, а задние движители вертикального подъема вправо (фиг. 30). Для поворота вправо необходимо нажать на правую педаль 119. Рычаг 121 повернется влево и нажмет на золотник гидравлического крана 123. Масло из масляного бака 116 станет подаваться масляным насосом 117 в противоположные полости гидромоторов 104 передних 4, 10 и задних 9, 15 движителей вертикального подъема. Передние движители вертикального подъема будут наклонены вправо, а задние движители вертикального подъема будут наклонены влево и корпус аэромобиля повернется вокруг вертикальной оси вправо (фиг. 31). Во время движения может возникнуть необходимость управления аэромобилем в пространстве. Для набора высоты необходимо ручку управления 124 повернуть в положение "на себя". Рычаг 126 повернется в ту же сторону и передвинет продольную тягу 127 назад, которая повернет по часовой стрелке рычаг 128. Задний тормоз 56 нажмет на задний тормозной барабан 55 двойного конического дифференциала продольного управления 35. Задняя полуось 58 этого дифференциала уменьшит скорость своего вращения, а передняя полуось 58 увеличит на такую же величину. Частота вращения дисков 94 передних движителей вертикального подъема 4, 10 увеличится, а задних движителей вертикального подъема 9, 15 уменьшится. Подъемная сила в передней части корпуса 1 аэромобиля возрастет, а в задней части корпуса уменьшится на такую же величину. Корпус аэромобиля повернется вокруг поперечной оси и займет положение, показанное на фиг. 28. Для снижения необходимо ручку управления 124 повернуть в положение "от себя". Вместе с ручкой управления в ту же сторону повернется рычаг 126. Продольная тяга 127 передвинется вперед и повернет против часовой стрелки рычаг 128. Передний тормоз 56 нажмет на передний тормозной барабан 55 двойного конического дифференциала 35 продольного управления. Передняя полуось 58 этого дифференциала уменьшит частоту вращения, а задняя полуось 58 увеличит частоту вращения на такую же величину. Частота вращения дисков 94 передних движителей вертикального подъема 4, 10 уменьшится, а задних движителей вертикального подъема 9, 15 увеличится. Подъемная сила в передней части корпуса аэромобиля уменьшится, а в задней части возрастет. Корпус 1 аэромобиля повернется вокруг поперечной оси и займет положение, показанное на фиг. 29. При отклонении ручки управления 124 в положение "влево" полукруглый сектор 129 поворачивается вправо и перемещает в ту же сторону каретку 130, которая поворачивает рычаг 131 по часовой стрелке и передвигает назад продольную тягу 132 и поворачивает против часовой стрелки тормозной рычаг 133. Левый тормоз 56 нажмет на левый тормозной барабан 55 двойного конического дифференциала поперечного управления 29. Частота вращения левой полуоси 58 уменьшится, а правой полуоси 58 на такую же величину возрастет. Частота вращения дисков 94 средних движителей вертикального подъема 5, 6, 7, 8 левого борта уменьшится, а частота вращения дисков 94 средних движителей вертикального подъема 11, 12, 13, 14 правого борта увеличится. Подъемная сила левого борта уменьшится, а правого борта возрастет и корпус аэромобиля повернется вокруг продольной оси влево, как показано на фиг. 32 стрелками. При отклонении ручки управления 124 в положение "вправо" полукруглый сектор 129 перемещается влево и перемещает в ту же сторону каретку 130, которая поворачивает против часовой стрелки рычаг 131, а он передвигает вперед продольную тягу 132 и поворачивает по часовой стрелке тормозной рычаг 133. Правый тормоз 56 нажимает на правый тормозной барабан 55 двойного конического дифференциала 29 поперечного управления. Правая полуось дифференциала уменьшает частоту вращения, а левая полуось увеличивает. В результате частота вращения дисков 94 средних движителей вертикального подъема 5, 6, 7, 8 левого борта увеличивается, а частота вращения дисков 94 средних движителей вертикального подъема 11, 12, 13, 14 правого борта уменьшается. Подъемная сила левого борта увеличивается, а правого борта уменьшается и корпус аэромобиля повернется вокруг продольной оси вправо, как показано на фиг. 33. После прибытия к месту назначения и выбора места посадки гасится поступательная скорость движения аэромобиля и постепенно уменьшается частота вращения вала двигателя 17. Подъемная сила Py уменьшается и аэромобиль плавно опускается на трубчатые посадочные устройства 16. После посадки двигатель 17 останавливается.
Положительный эффект изобретения заключается в увеличении подъемной силы движителей вертикального подъема и повышении грузоподъемности аэромобиля.