НАЗЕМНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО, ОБОРУДОВАННОЕ СИСТЕМОЙ ТЯГИ ОТ ВНУТРЕННЕГО ВОЗДУШНОГО ПОТОКА
GROUND VEHICLE WITH THRUST SYSTEM DRIVEN BY INNER AIRFLOW

Настоящее изобретение касается наземного транспортного средства, оборудованного системой создания тяги от внутреннего воздушного потока.
Известны наземные транспортные средства, приводимые в движение силовой установкой, содержащей двигатель внутреннего сгорания и винт. Принцип работы такой системы тяги основан на использовании всасываемого воздуха для приведения в движение транспортного средства.
В документе FR500436 описана система тяги, основанная на использовании внешнего воздушного потока, в которой силовая установка содержит двигатель и наружный винт. Транспортные средства, оборудованные такой системой тяги, внешне похожи на самолет без крыльев. По сравнению с классическими транспортными средствами, эти транспортные средства на воздушной тяге имеют следующие технические преимущества: простота и легкость кинематической цепи, производительность движителя, простота вождения за счет упрощения кинематической цепи, которая не содержит коробки передач и сцепления, а только привод акселератора и тормоза. Кроме того, другим техническим преимуществом такого наземного транспортного средства на воздушной тяге является подвижность и устойчивость транспортного средства при любом состоянии сцепления колес с землей.
Однако наружный винт силовой установки является относительно громоздким, шумным и малоэстетичным элементом, который к тому же представляет собой источник опасности для других участников движения. Кроме того, такая силовая система характеризуется очень низким КПД на малой скорости и на склонах, что делает транспортное средство малопригодным для эксплуатации в городе и в горной местности.
Не так давно были проведены исследования с целью замены внешнего воздушного потока, создаваемого наружным винтом, внутренним воздушным потоком относительно транспортного средства. В документе FR 2432422 описано транспортное средство, содержащее только один винт, установленный в передней части транспортного средства и позволяющий всасывать наружный воздух, и компрессор для всасываемого воздуха, а также две воздушные трубы для удаления сжатого воздуха. Такая конфигурация является компромиссом между предыдущим решением с наружным винтом, повернутым к дороге, описанным в документе FR500436, и решением с внутренним потоком в двух воздушных трубах, удаляющих воздух тяги наружу. Однако эта система тяги не позволяет легко интегрировать винт в кузов транспортного средства. По этой причине оно не представляет интереса с точки зрения габаритов, безопасности и эстетики. Кроме того, конфигурация тяговой системы, предложенная в этом документе, не является оптимальной с точки зрения использования всасываемого воздуха, поскольку тяга не является прямой, воздух от винта не выходит напрямую в две трубы, смежные с цилиндром, что приводит к потере напора и к явлению завихрения воздуха.
Таким образом, задача, которую рассматривает и решает настоящее изобретение, состоит в реализации наземного транспортного средства, оборудованного системой тяги от внутреннего воздушного потока, которая не только позволяет за счет своей производительности обеспечивать движение транспортного средства только за счет усилий тяги, создаваемых воздушным потоком, но также параллельно не создает проблем в плане эстетики, внешних габаритов и шума.
Для решения этой задачи предлагается наземное транспортное средство, оборудованное системой тяги от внутреннего воздушного потока, при этом упомянутое транспортное средство содержит кузов и кабину, при этом упомянутое транспортное средство содержит плоскость, находящуюся по существу посередине упомянутого транспортного средства и перпендикулярную к продольной оси транспортного средства, разделяющую кузов на переднюю часть и заднюю часть относительно направления движения (F) транспортного средства, отличающееся тем, что упомянутая система тяги содержит:
- воздухозаборники, расположенные по поверхностях передней части кузова;
- при этом упомянутые воздухозаборники соединены, по меньшей мере, с одной силовой установкой при помощи, по меньшей мере, одного контура всасывания воздуха для всасывания воздуха, проходящего по стенкам,
- при этом упомянутая, по меньшей мере, одна силовая установка соединена, по меньшей мере, с одним выпускным воздушным отверстием при помощи, по меньшей мере, одного воздушного контура, при этом всасываемый воздух ускоряется и выбрасывается при помощи упомянутой, по меньшей мере, одной силовой установки наружу через упомянутое, по меньшей мере, одно выпускное отверстие с возможностью создания усилия тяги для перемещения транспортного средства.
Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, одно выпускное отверстие было выполнено в виде набора щелей на поверхностях конца задней части или вблизи конца задней части кузова.
Под поверхностями вблизи конца задней части следует понимать поверхности боковых панелей, панелей пола и крыши задней части кузова.
Предпочтительно также, чтобы конец задней части дополнительно содержал по существу вертикальный участок, образующий корму транспортного средства, а упомянутое, по меньшей мере, одно выпускное отверстие было выполнено в виде горизонтальной щели на поверхности упомянутой кормы.
Предпочтительно также, чтобы кузов имел аэродинамическую форму для создания по существу ламинарного воздушного потока.
Предпочтительно также, чтобы, по меньшей мере, одна силовая установка содержала двигатель, связанный с воздушными компрессорными средствами.
Как правило, двигатель является тепловым двигателем внутреннего сгорания, он может быть электрическим или пневматическим двигателем. Воздушные компрессорные средства могут представлять собой винт в обтекателе, вентилятор или любой тип компрессора.
Предпочтительно, чтобы транспортное средство дополнительно содержало, по меньшей мере, одну подвижную аэродинамическую створку, выполненную на задней части кузова, и приводное устройство, выполненное с возможностью перемещения упомянутой створки между нерабочим положением, в котором створка закрыта, и активным положением, в котором створка открыта.
Предпочтительно также, чтобы транспортное средство содержало две створки, расположенные симметрично по обе стороны от продольной оси транспортного средства.
Предпочтительно также, чтобы транспортное средство было оборудовано двумя приводными устройствами, выполненными с возможностью асимметричного или одновременного приведения в действие двух створок.
Предпочтительно также, чтобы транспортное средство дополнительно содержало электрическую приводную систему для приведения в действие колесных пар, при этом упомянутая система тяги от внутреннего воздушного потока и упомянутая электрическая приводная система были соединены с системой управления, позволяющей селективно активировать электрическую приводную систему или систему тяги от внутреннего воздушного потока или одновременно обе системы, чтобы транспортное средство могло работать соответственно в режиме тяги от электрического привода, в режиме тяги от внутреннего воздушного потока или в гибридном режиме.
Под гибридным режимом следует понимать режим работы, комбинирующий режим тяги от электрического привода и режим тяги от внутреннего воздушного потока.
Электрическая приводная система предназначена для выполнения следующих задач: движение в переднем и заднем направлениях на малой скорости, ускорение до порога скорости, при которой система тяги от внутреннего воздушного потока может работать в оптимальном режиме, движение в городе или на крутом склоне. Таким образом, область скоростей распространяется на два независимых рабочих режима, которые, тем не менее, можно комбинировать.
За счет этого можно адаптировать силовую установку, то есть двигатель и воздушные компрессорные средства, для работы только в одном режиме, соответствующем максимальному КПД.
Настоящее изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания, представленного в качестве неограничительного примера осуществления, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает схематичный вид сверху наземного транспортного средства в соответствии с настоящим изобретением с показом расположения системы тяги от внутреннего воздушного потока.
Фиг.2 - схематичный вид в продольном разрезе транспортного средства в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.3А и 3В - схематичный вид во фронтальной проекции задней части, образующей корму транспортного средства, и схематичный вид выпускной воздушной щели.
Фиг.4 и 5 - схематичный вид воздушных потоков вокруг транспортного средства.
Фиг.6 - схематичный вид сбоку в разрезе створки, перемещаемой из закрытого положения в открытое положение.
На фиг.1 и на фиг. 2 показано соответственно сверху и сбоку наземное транспортное средство 10 в соответствии с настоящим изобретением.
Транспортное средство 10 содержит кузов 11, образующий стенку, охватывающую кабину 12, в которой находится водительское место. Транспортное средство 10 содержит плоскость 17, расположенную по существу посередине транспортного средства и перпендикулярно к продольной оси 18 транспортного средства, и эта плоскость ограничивает переднюю часть 16 и заднюю часть 14 кузова транспортного средства.
Как правило, кузов 11 содержит по существу один горизонтальный участок, ограничивающий крышу 7 транспортного средства, другой по существу горизонтальный участок, ограничивающий пол 8 транспортного средства, и боковые панели 9 (фиг.2). В задней части транспортного средства участки соединены вертикальным участком, образующим корму транспортного средства.
В данном случае форма кузова представлена только в качестве примера. Предпочтительно кузов имеет аэродинамическую форму, которую можно сопоставить с перевернутым крылом и которая образована развертывающимися поверхностями.
Таким образом, учитывая эту геометрию кузова, когда транспортное средство движется вперед в направлении F, воздух, проходящий по стенкам различных участков транспортного средства, образует ламинарный фронтальный аэродинамический воздушный поток (Е1 + Е2) (фиг.4 и фиг.5). Благодаря этому такая форма воздушного потока вдоль стенок кузова 11 позволяет избегать срыва, который может создавать аэродинамическое сопротивление транспортного средства и, следовательно, нарушать его динамическую устойчивость и мешать его проникновению в воздух.
Предпочтительно, чтобы боковые панели 9 были выполнены в виде плоской или профилированной пластины, на которой крепят пластину выпуклой формы, выполняющую аэродинамическую функцию.
Для создания усилия тяги с целью перемещения транспортного средства в направлении F передняя часть 16 кузова содержит воздухозаборники 1, расположенные на наружной стенке. Эти воздухозаборники 1 соединены с одной или несколькими силовыми установками 2 через контур 3 всасывания воздуха. Таким образом, масса воздуха, захватываемая воздухозаборниками 1, соответственно распределенными на стенке кузова, за счет эффекта Коанды проходит в каналы 3 всасывания воздуха под действием силовой установки. Эти воздухозаборники создают зоны разрежения в передней части кузова.
Силовая установка 2, показанная на фиг.1, установлена в обтекателе, расположенном внутри кузова. Эта силовая установка соединена также с выпускными воздушными отверстиями 5, находящимися в задней части кузова, через выпускной контур 4. Таким образом, всасываемый воздух проходит через двигатель и выбрасывается на большой скорости силовой установкой назад через выпускные отверстия 5, создавая силу тяги для перемещения транспортного средства 10.
Предпочтительно силовую установку устанавливают внутри транспортного средства в его средней части, что позволяет устранить проблему помех для элементов, находящихся снаружи транспортного средства, а также проблему габарита и эстетики.
Предпочтительно зоны разрежения, создаваемые при впуске воздуха в силовую установку, и зоны давления воздуха, создаваемые воздушной реактивной струей силовой установки, располагают на кузове таким образом, чтобы повысить коэффициент проникновения в воздух. За счет этого все усилия, создаваемые зонами давления и разрежения воздуха, участвуют в обеспечении тяги для движения транспортного средства.
Транспортное средство может содержать одну или несколько силовых установок.
Эти силовые установки, установленные на одном наземном транспортном средстве, работают независимо друг от друга, что позволяет регулировать мощность тяги в зависимости от потребностей эксплуатации.
Кроме того, наличие нескольких силовых установок позволяет использовать установки меньшего размера, что упрощает их монтаж. В случае неисправности система тяги является более надежной, чем только с одной силовой установкой. Одну или несколько силовых установок можно снять с транспортного средства для обслуживания или ремонта, при этом транспортное средство можно продолжать временно эксплуатировать при более низкой мощности.
Силовую установку 2 устанавливают на транспортном средстве с возможностью ее демонтажа. Ее монтаж на транспортном средстве, а также ее демонтаж предпочтительно может осуществлять один человек без использования инструментов. Ее устанавливают на двух направляющих с упором в один конец направляющей, а на противоположном конце направляющей заворачиваемая вручную гайка препятствует ее выходу. После этого ее вручную подключают к источнику энергии для обеспечения ее работы, а также к устройству управления мощностью.
На фиг.1 проиллюстрирован предпочтительный вариант осуществления изобретения, в котором задняя часть 14 дополнительно содержит по существу вертикальный участок, образующий корму транспортного средства. В этом случае выпускные отверстия 5 выполняют в виде горизонтальной щели по всей ширине транспортного средства, выпускное сечение которой равно площади вертикального участка.
На фиг.3А во фронтальной проекции показана задняя часть кузова, образующая корму, на которой выполнена горизонтальная щель, а на фиг.3В для наглядности щель показана отдельно.
На фиг.4 и 5 показаны воздушные потоки, проходящие вокруг кузова.
Предпочтительно тяговый поток (Е3) в зоне кормы позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление, создаваемое верхней поверхностью транспортного средства, за счет эффекта Коанды и устранить срыв воздушного потока на горизонтальных поверхностях, таких как крыша 7 (Е1) и пол 8 (Е2), и на вертикальных поверхностях боковых панелей 9 (Е4). Таким образом, результирующий воздушный поток (Е1 + Е2 + Е3 + Е4) сохраняют ламинарный режим, участвуя в создании усилия тяги.
Сопротивление от завихрения существует в задней и боковой части транспортного средства, когда встречаются и смешиваются воздушные потоки при давлении (Е1) и разрежении (Е4). Можно предусмотреть форму боковых панелей 9, комбинированную с трапециевидной формой щели вблизи панелей, для устранения этого сопротивления от завихрения, поскольку потоки (Е1) и (Е4) в этих зонах имеют одно направление и по существу одинаковую скорость.
Согласно не показанному на чертежах варианту осуществления, в котором кузов транспортного средства не содержит поверхности кормы, выпускные отверстия 5 выполнены в виде набора щелей на поверхностях боковых панелей 9, пола 8 и крыши 7 задней части 14 кузова. В этом случае панель имеет форму отверстия, выбираемую таким образом, чтобы воздушные потоки смежных поверхностей могли максимально использовать эффект Коанды.
Согласно другому варианту, щели на поверхностях крыши 7, пола 8 и боковых панелей 9 могут быть выполнены дополнительно к предпочтительному варианту, в котором корма содержит горизонтальную щель 5.
Согласно наиболее предпочтительному варианту выполнения, транспортное средство содержит аэродинамические створки 6, выполненные в задней части 14 кузова транспортного средства. Эти створки предназначены для реверсирования воздушного потока на выходе силовой установки с целью его отклонения в переднем направлении транспортного средства, что создает аэродинамическое сопротивление и, следовательно, силу торможения, называемую «обратной тягой», которая способствует замедлению движения транспортного средства.
На фиг.5 проиллюстрирован вариант осуществления изобретения, в котором транспортное средство содержит две створки 6, расположенные симметрично по обе стороны от продольной оси 18.
На фиг.6 более детально представлен принцип работы такой створки, которая выполнена в толще кузова. В нерабочем положении створка закрыта, то есть расположена в продолжении стенки кузова. В активном положении она открыта, то есть часть 601 створки проходит наружу кузова, а другая часть 602 створки проходит внутрь кузова в направлении, по существу перпендикулярном к продольной оси 18 транспортного средства. Таким образом, когда створка открыта, часть 602, проходящая внутрь, перекрывает воздушный поток на выходе силовой установки. Воздушный поток оказывается заблокированным и удаляется за пределы кузова через отверстие, образованное при открывании створки. Часть 601 створки, выходящая наружу, позволяет направлять воздушный поток в сторону передней части транспортного средства. Это отклонение воздушного потока показано на фиг.6 стрелками.
Под аэродинамической створкой следует понимать створку, наружная часть которой имеет такую форму, при которой в закрытом положении ее наружная стенка обеспечивает аэродинамическую непрерывность со смежными стенками кузова.
Для осуществления этого перемещения между нерабочим положением и активным положением створку выполняют с возможностью поворота на кузове, при этом поворотная ось 19 находится по существу посередине створки 6.
Транспортное средство дополнительно содержит приводное устройство (на фиг.6 не показано), связанное с каждой створкой, такое как силовой цилиндр, позволяющий управлять открыванием и закрыванием створки. Эти устройства позволяют приводить в действие обе створки одновременно во время фазы торможения для замедления движения транспортного средства.
Предпочтительно эти устройства выполнены также с возможностью асимметричного приведения в действие двух створок, что позволяет создавать разворачивающий момент и способствовать повороту транспортного средства. Для осуществления поворота транспортное средство оборудовано также рулевым колесом, действующим непосредственно на управляемые колеса. Можно предусмотреть создание разворачивающего момента двумя силовыми установками, не расположенными в линию, что способствует повороту транспортного средства. Эти три действия можно применять параллельно или раздельно по желанию водителя, что позволяет контролировать устойчивость транспортного средства в зависимости от состояния дороги.
Чтобы охватить все области скоростей, наземное транспортное средство оборудуют также электрической приводной системой для колес 15, которая дополняет систему тяги от внутреннего воздушного потока. Эти две системы соединены с системой управления, находящейся, например, в водительской кабине и позволяющей водителю селективно активировать электрическую приводную систему или систему тяги или обе системы одновременно, чтобы транспортное средство могло работать соответственно в режиме тяги от электрического привода, в режиме тяги от внутреннего воздушного потока или в гибридном режиме в зависимости от потребностей.
Далее более подробно представлен пример работы гибридной приводной группы в соответствии с настоящим изобретением в разных фазах перемещения транспортного средства.
В фазе трогания с места на плоской поверхности или на склоне водитель активирует электрическую приводную систему, которая остается в рабочем режиме, пока транспортное средство не достигнет порога скорости, при котором силовая установка или силовые установки могут работать в режиме максимального КПД.
В фазе движения на высокой скорости водитель деактивирует электрическую приводную систему и оставляет работать только систему тяги от внутреннего воздушного потока.
В фазе торможения водитель активирует створки 6 для их установки в положение реверса тяги с целью улучшения гашения скорости транспортного средства, и при торможении транспортного средства электрический двигатель работает в режиме генератора.
Как и в случае классических гибридных транспортных средств, электрический двигатель соединен с системой накопления энергии, такой как батареи для накопления электрической энергии, отбираемой при торможении.
Наземное транспортное средство в соответствии с настоящим изобретением позволяет осуществлять более простое и менее дорогостоящее производство по сравнению с классическим транспортным средством за счет отсутствия коробки передач и сцепления, а также за счет небольшого количества необходимых запасных частей по сравнению с классическим транспортным средством.