УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ

Предлагаемое устройство относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве источника движущей силы, обеспечивающей перемещение различного рода устройств и аппаратов, в том числе, транспортных средств.
Известно много способов и устройств, использующих для перемещения объектов реактивную силу, например, широко распространенные газотурбинные двигатели, например, описанный в патенте РФ «Авиационный газотурбинный двигатель» (F02К 7/16 №2162957), в котором энергия вращательного движения используется для сжатия воздуха, образования горючей смеси и ее сжигания, вследствие чего образуется реактивная сила.
Недостатком подобных двигателей является сложность конструкции, использование легкого рабочего тела, огромный расход топливно-воздушной массы и ухудшение экологии.
Известно также устройство, используемое для формирования подъемной силы, описанное в патенте России В64С 29/04 №2268199, в котором путем вращения двух соосных поверхностей, образованных регулярно расположенными ребрами, вращающимися в противоположные стороны, создают подъемную силу.
Кроме того, известно много конструкций центробежных компрессоров (см. например, «Насосы, вентиляторы и компрессоры» Учеб. пособие для втузов. М., «Высшая школа», 1972. стр.215.), используемых, например в газотурбинных двигателях, в которых сжимаемое рабочее тело, в частности воздух, подается в диффузор, расположенный за центробежным колесом компрессора, и транспортируется далее.
Всем перечисленным устройствам присущи общие недостатки, то есть, использование легкого рабочего тела, сложность конструкции и симметричность взаимодействия вращающего устройства с рабочим телом, вследствие чего исключается возможность изменения направления этого взаимодействия.
Наиболее близким по технической сущности является устройство летательного аппарата, описанного в патенте РФ №2222475 В64С 29/00, включающего в себя корпус, реактивную силовую установку и механизм управления полетом, при этом реактивная силовая установка включает стартовый двигатель и кинематически связанную с ним кольцеобразную емкость, заполненную рабочим телом, с возможностью приведения ее в
состояние вращения, а механизм управления выполнен в виде пластин, установленных с возможностью взаимодействия с выбрасываемым рабочим телом.
Данное устройство выбрано в качестве прототипа, поскольку по назначению и большинству существенных признаков наиболее близко к заявленному.
Недостатком устройства является необходимость большой мощности и крутящего момента стартового двигателя, большого количества рабочего тела, а также топлива, предназначенного для раскручивания имеющегося запаса рабочего тела, большой расход рабочего тела, проблема его утилизации и, как следствие всего перечисленного, ограниченность действия.
Предлагаемое решение отличается от известного тем, что вращающее устройство имеет центральную входную область и периферийную рабочую зону, соединенные каналами для перемещения рабочего тела, и образует механизм управления совместно с распределительным и воспринимающим устройствами, которые выполнены и установлены с возможностью регулируемого ограниченного взаимодействия посредством рабочего тела, подаваемого во входную область в ограниченном количестве.
Отличие состоит, также в том, что в корпусе дополнительно может быть размещен хотя бы один механизм управления и хотя бы один накопитель рабочего тела, снабженный улавливающим устройством расположенным вблизи рабочей зоны вращающего устройства, а два механизма управления могут быть объединены в один функциональный узел, при этом их вращающие устройства целесообразно устанавливать с возможностью вращения в противоположные стороны.
Кроме того, предлагаемое устройство отличается тем, что воспринимающее устройство одного механизма управления может быть функционально связано с распределительным устройством другого механизма управления. При этом, распределительное устройство может быть выполнено в виде расположенной на оси вращения вращающего устройства емкости с отверстиями, размещенными по окружности и снабженными клапанами, установленными с возможностью их открывания, или в виде емкости с направляющим элементом, установленной с возможностью изменения своего положения относительно вращающего устройства.
Полезная модель отличается тем, что воспринимающее устройство может являться частью внутренней поверхности корпуса, сопряженной с рабочей зоной вращающего устройства, или может иметь рабочую поверхность, сопряженную с рабочей зоной вращающего устройства и может быть установлено с возможностью изменения своего положения относительно вращающего устройства.
В свою очередь, вращающее устройство может быть выполнено в виде цилиндрического колеса, имеющего спиралевидные направленные к периферии рабочие каналы.
Задачей полезной модели является получение движущей силы, под действием которой можно легко управлять направлением и скоростью перемещения различных устройств, например, транспортных средств, в том числе летательных аппаратов, минимизируя при этом вредные выбросы в окружающую среду.
Техническим результатом предложенной полезной модели является возможность получения движущей силы для осуществления перемещения практически в любом направлении независимо от среды и условий использования. При этом появляется возможность простого решения вопросов управления величиной движущей силы и направлением ее действия.
Технический результат достигается тем, что вращающее устройство имеет центральную входную область и периферийную рабочую зону, соединенные каналами для перемещения рабочего тела, и образует механизм управления совместно с распределительным и воспринимающим устройствами, которые выполнены и установлены с возможностью регулируемого ограниченного взаимодействия посредством рабочего тела, подаваемого во входную область в ограниченном количестве, при этом общее количество рабочего тела, находящегося в корпусе, может быть ограничено количеством, необходимым для получения заданной величины действующей силы.
Также тем, что в корпусе дополнительно может быть размещен хотя бы один механизм управления и хотя бы один накопитель рабочего тела, снабженный улавливающим устройством расположенным вблизи рабочей зоны вращающего устройства, что расширяет возможности устройства. Кроме того, два механизма управления могут быть объединены в один функциональный узел, при этом их вращающие устройства целесообразно устанавливать с возможностью вращения в противоположные стороны.
Кроме того, отличие заключается в том, что воспринимающее устройство одного механизма управления может быть функционально связано с распределительным устройством другого механизма управления, а распределительное устройство может быть выполнено в виде расположенной на оси вращения вращающего устройства емкости с отверстиями, размещенными по окружности и снабженными клапанами, установленными с возможностью их открывания, или в виде емкости с направляющим элементом, установленной с возможностью изменения своего положения относительно вращающего устройства, что облегчает процесс управления перемещением.
Технический результат дополнительно обеспечивается тем, что воспринимающее устройство может являться частью внутренней поверхности корпуса, сопряженной с рабочей зоной вращающего устройства, или может иметь рабочую поверхность, сопряженную с рабочей зоной вращающего устройства и может быть установлено с возможностью изменения своего положения относительно вращающего устройства.
Для упрощения конструкции вращающее устройство может быть выполнено в виде колеса, имеющего спиралевидные направленные к периферии рабочие каналы.
Предлагаемое устройство поясняется следующими фигурами:
на фиг.1 изображена простая функциональная схема варианта устройства с вертикальным расположением вращающего устройства, выполненного в виде колеса;
на фиг.2 - вариант функциональной схемы устройства с подвижным воспринимающим устройством;
на фиг.3 - вариант функциональной схемы устройства с подвижным распределительным устройством;
на фиг.4 - вариант исполнения распределительного устройства;
на фиг.5 - вариант исполнения вращающего устройства со спиралевидными каналами;
на фиг.6 - вариант расположения двух механизмов управления;
на фиг.7 - вариант функциональной схемы устройства с накопителем.
На фиг.8 показаны возможные схемы расположения механизмов управления.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Для получения и регулирования движущей силы необходимо регулировать давление рабочего тела на воспринимающее устройство по величине и направлению. В качестве рабочего тела могут быть использованы любые жидкотекучие материалы, взвеси, механические смеси, горюче-смазочные материалы и даже их отходы и т.п.
Наиболее простая схема устройства, позволяющая осуществить этот процесс, представлена на фиг.1, где вращающее устройство, выполненное в виде колеса 1, установлено на оси 2 в вертикальной плоскости, хотя нет ограничений в его пространственном расположении, в корпусе 3 практически произвольной формы. Обязательным условием является наличие функционального узла, являющегося механизмом управления - состоящего из вращающего колеса 1, распределительного устройства 4 и воспринимающего устройства 5 (в данном случае часть внутренней поверхности корпуса 3). Периферийная часть вращающего устройства должна быть определенным образом сопряжена с внутренней поверхностью воспринимающего устройства 5. Подача рабочего тела 6 в распределительное устройство 4 может быть осуществлена посредством подающего устройства 7 и трубопровода 8. Периметр вращающего устройства 1 и внутренняя поверхность воспринимающего устройства 5 образуют рабочую зону вращающего устройства. Рабочая зона вращающего устройства может иметь различную форму тела вращения. Например, она может быть выполнена в виде поверхности цилиндра, усеченной сферы и т.п. В корпусе 3 может быть обустроен накопитель 9, где содержится рабочее тело 6. Распределительное устройство 4 посредством подающего устройства 7 и трубопровода 8
обеспечивает подачу определенного количества рабочего тела во входную область 10 вращающего устройства 1, образованную каналами 11.
Направление подачи рабочего тела определяется направляющим элементом 12. Направление подачи может изменяться посредством изменения и фиксации положения направляющего элемента 12 при вращении распределительного устройства вокруг оси 2.
При вращении вращающего устройства с угловой скоростью ω, рабочее тело перемещается в рабочую зону вращающего устройства и взаимодействует с внутренней поверхностью воспринимающего устройства 5. Достигнув этой поверхности, рабочее тело оказывает на нее определенное силовое воздействие f в каждом из каналов 11, где находится рабочее тело, сохраняемое на протяжении времени контакта с внутренней поверхностью воспринимающего устройства 5. В данном случае силовое воздействие будет осуществляться на протяжении дуги АВ. Пройдя воспринимающее устройство, рабочее тело возвращается в накопитель 9, откуда вновь подается во входную область 10 вращающего устройства 1.
Таким образом, процесс перемещения рабочего тела может происходить по замкнутому циклу. В результате такого воздействия, векторно суммируя силы давления f рабочего тела по каждому каналу, получим результирующую силу F, направленную в указанную на фиг.1 сторону. Эта сила F оказывается приложенной к корпусу и не уравновешена никакими другими внутренними силами.
В общем случае, величина действующей силы F будет пропорциональна квадрату частоты вращения вращающего устройства 1, его диаметру и массе вращаемого рабочего тела. Значит, наиболее приемлемым способом регулирования скорости перемещения корпуса является возможность регулирования частоты вращения вращающего устройства 1 и массы, подаваемого в единицу времени, рабочего тела.
На фиг.2 представлена схема устройства, позволяющая изменять направление действия движущей силы. Для этого воспринимающее устройство 13 может быть выполнено, например, в виде отдельного устройства, закрепленного в корпусе 3 на оси 2 с возможностью поворота вокруг нее в различном направлении V, при этом, сохраняются условия сопряжения вращающего устройства 1 и внутренней поверхности 14 воспринимающего устройства 13. С целью изменения направления действия движущей силы, необходимо изменить положение воспринимающего устройства 13 относительно оси 2 и некоторым образом зафиксировать его. В этом случае распределительное устройство 15 должно перемещаться вместе с воспринимающим устройством 13, чтобы не изменять их взаимного положения. Тогда, с изменением углового положения воспринимающего устройства 13, соответствующим образом изменяется направление действия результирующей силы. Поскольку воспринимающее устройство 13 связано с корпусом 3 посредством оси 2, то изменяется направление перемещения корпуса. Функции подающего устройства 7 и рабочего тела 6 сохраняются.
Необходимо отметить, что вследствие ограниченных размеров воспринимающего устройства 13, рабочее тело будет выходить из зоны взаимодействия, обладая достаточно большой кинетической энергией. Эту энергию можно использовать, например, для привода колеса 16, обеспечивающего вращение исполнительного устройства, например, генератора электрического тока и т.п., который должен сохранять свое положение относительно воспринимающего устройства 13, т.е. в данном варианте исполнительное и распределительное устройство взаимосвязаны с воспринимающим устройством. Дополнительно для регулирования движущей силы в этом варианте, возможно изменять (на фиг.2 не показано) положение распределительного устройства 15 относительно воспринимающего устройства 13, что позволит изменять количество задействованных каналов, т.е. изменять массу одновременно вращающегося рабочего тела, и, следовательно, величину движущей силы.
1
Также направление и величину движущей силы можно изменять и при помощи устройства, схема которого показана на фиг.3. Если в корпусе 3 с вращающим устройством 1, размещенным на оси 2, на той же оси установить распределительное устройство 4, снабженное направляющим элементом 12, с возможностью его поворота вокруг оси 2 в направлении V, то появляется новая возможность управления величиной и направлением действия движущей силы. Если зону взаимодействия рабочего тела с воспринимающим устройством условно разбить на сектора 17-24, и направить посредством направляющего элемента 12 рабочее тело в канал, расположенный в секторе 17, то, при вращении вращающего устройства 1 в направлении часовой стрелки, в работе будут задействованы все каналы с 17 по 24 сектор. Такое положение соответствует максимальной силе F, направленной вертикально вверх. Повернув направляющий элемент 12 по часовой стрелке так, чтобы рабочее тело подавалось, например, в канал сектора 20, мы оставляем в работе лишь каналы, расположенные в секторах 20-24. Уменьшая количество задействованных каналов, т.е. количество рабочего тела, мы уменьшаем величину движущей силы до F и изменяем ее направление, которое в данном случае может совпадать с положением сектора 22. Если при этом посредством подающего устройства 7 изменять количество рабочего тела, подаваемого в единицу времени, то будет дополнительно изменяться величина движущей силы.
Далее, если закрутить рабочее колесо 1 против часовой стрелки, а направляющий элемент 12 направить на сектор 24, то получим полноценную движущую силу, направленную вертикально вверх, поскольку будут задействованы все каналы с 24 по 17.
Однако, переместив направляющий элемент 12 на сектор 21, мы получим смещение результирующей силы F2, например, в сектор 19. Таким образом, оказывается возможным посредством изменения положения направляющего элемента 12 распределительного устройства 4 и изменением направления вращения рабочего колеса 1, а также регулированием количества рабочего
тела, подаваемого в единицу времени в заданном направлении, легко управлять не только величиной движущей силы, но и ее направлением.
Распределительное устройство может быть выполнено в виде емкости с отверстиями, расположенной на оси (см. фиг.4). Если по периметру распределительного устройства 25 расположить несколько отверстий 26 и снабдить их клапанами 27, то, открывая одно из отверстий 26, можно задавать направление действия движущей силы.
На фиг.5 представлено вращающее устройство, выполненное в виде колеса с боковыми стенками 28 и со спиральными каналами 29, расположенными между ними. Такая форма каналов наиболее эффективна, хотя и не обеспечивает возможности изменения направления вращения вращающего устройства. В данном случае из распределительного устройства 30 рабочее тело подают во входную область 31 и по каналам перемещают в рабочую зону. Такую конструкцию целесообразно использовать в устройствах, представленных на фиг.6 и фиг.7.
При использовании таких устройств (фиг.6) появляются более широкие возможности, поскольку в корпусе 32 размещено, как минимум, два механизма управления, которые объединены в один функциональный узел, при этом их вращающие устройства 33 и 34 установлены на осях 35 и 36 с возможностью вращения в противоположные стороны, что снижает влияние неуравновешенных сил реакции. При этом каждое вращающее устройство снабжено своим воспринимающим устройством 41 и 42, своим распределительным устройством 37 и 38 с подающими устройствами 39, 40.
Воспринимающие устройства 41 и 42 в данном случае выполнены в виде внутренней поверхности корпуса, хотя могут использоваться и другие конструкции. Принцип действия такого устройства не отличается от описанных выше, однако, подобное размещение вращающих устройств позволяет лучшим образом использовать энергию потоков рабочего тела, выходящих из зоны взаимодействия с воспринимающим устройством и контактирующих с другими поверхностями. Направляя потоки Т1 и Т2 навстречу друг другу, создают условия для значительного снижения их отрицательного влияния при сохранении всех описанных выше преимуществ предлагаемого решения. Улавливая эти потоки улавливающими устройствами 43 и 44, выгодно поток с одного колеса направлять в распределительное устройство второго и наоборот. В этом варианте подающие устройства 39 и 40 могут использоваться для запуска устройства, а выходы 45, 46 улавливающих устройств 43 и 44, связанные с распределительными устройствами 37 и 38 - в рабочем режиме. В этом случае, рабочее тело, не участвующее в рабочем цикле, содержится в накопителе 47, расположенном в нижней части корпуса.
При использовании большого количества функциональных узлов - механизмов управления, целесообразно рабочее тело содержать в накопителе, расположенном в зоне выхода потоков из рабочей зоны, например, как показано на фиг.7. Такие потоки могут улавливаться общей для всех функциональных узлов ловушкой 48, имеющей отверстия 49 и 50 и
сообщающейся посредством отверстия 51 с накопителем 52, служащим для сбора рабочего тела и обеспечения возможности регулирования его количества, например, посредством дополнительной подачи рабочего тела из какого-либо резервуара (на фиг.7 не показан). По соединительным каналам 53 и 54 рабочее тело поступает в распределительные устройства 55, 56.
В большинстве случаев, все управляющие или управляемые устройства, такие как распределительные устройства, направляющие элементы и ловушки, описанные выше, в различных вариантах могут быть объединены в единую функциональную систему, включающую привод вращающего устройства, которая может управляться от программируемого устройства, определяющего моменты включения или поворота, например распределительных или воспринимающих устройств и т.п., определяя тем самым направление и величину движущей силы. Очевидно, что всякие плавные регулировки могут осуществляться непосредственно в рабочем цикле, как-то изменение скорости вращения, количества подаваемого рабочего тела и т.п. Столь же очевидно, что выбор направления вращения вращающего устройства должен осуществляться предварительно, т.е. перед запуском вращающего устройства.
Таким образом, используя несимметричное действие центробежных сил со стороны рабочего тела на воспринимающее устройство, можно получать движущую силу различной величины и направления, что позволяет обеспечить широкие возможности по перемещению различных объектов, например, транспортных средств, в любой среде. Увеличение количества функциональных устройств-механизмов управления, например, как показано на фиг.8 а) и 8 б), когда попарно установленные вращающие устройства 57 могут работать от одного накопителя 58, обеспечивает возможность получения и изменения движущей силы в любом пространственном направлении, а также позволяет сделать механизм более эффективным.