ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ
AIRCRAFT

Изобретение относится к авиационной технике и может быть применено, в частности, для осуществления полива при тушении пожаров или орошении полей, для транспортировки грузов.
Известна дождевальная установка, содержащая трубопровод, выполненный в виде отдельных ветвей с выходными отверстиями, направленными вниз и горизонтально, регулятор потока жидкости (а.с. СССР №1109088, кл. А01С 25/00, опубл. 23.08.84).
Недостатком этой установки является то, что при внезапном прекращении подачи жидкости в трубопровод из-за какой-либо неисправности, она упадет на землю. Кроме того, установка не может самостоятельно двигаться поступательно в горизонтальном направлении.
Известен многофункциональный высокоманевренный летательный аппарат вертикального взлета и посадки, содержащий жесткий корпус, расположенные по окружности управляемые реактивные двигатели, эластичные убирающиеся емкости для несущего газа, устройства для вантовой подвески грузов (RU 2127693 C1, В64С 29/00, 1999 г.).
Недостатками этого аппарата является: из-за постоянства лобового сопротивления, которым обладает корпус, маневренность аппарата ограничена; для обеспечения оптимального соотношения веса транспортируемого груза и подъемной силы несущего газа эластичных емкостей необходимо иметь комплект таких емкостей разного объема в пунктах погрузки и производить их подбор соответственно грузу, что создает эксплуатационные неудобства и требует определенных трудозатрат; аппарат недостаточно безопасен в полете, так как в случае остановки двигателей или повреждения эластичной емкости, вызывающего утечку из нее несущего газа, аппарат может упасть на землю и разрушиться.
Целью изобретения является повышение безопасности полета и расширение эксплуатационных возможностей аппарата.
Сущность изобретения заключается в том, что летательный аппарат, содержащий расположенные по окружности патрубки с выходными отверстиями для прохода рабочего вещества, регулятор потока рабочего вещества, патрубки с гибкими стенками, комплект устройств, обеспечивающий полет аппарата, содержит подсоединенное к патрубкам с гибкими стенками устройство, имеющее возможность подачи газа, плотность которого при нормальных условиях меньше плотности воздуха, и пружинящие тяги, взаимодействующие с гибкими стенками.
Это позволяет повысить безопасность полета и расширить эксплуатационные возможности аппарата.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 представлен общий вид летательного аппарата; на фиг.2 - то же, вид А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на Фиг.4 - разрез В-В на фиг.2; на фиг.5 - разрез Г-Г на фиг.2; на фиг.6 - разрез Д-Д на фиг.2; на фиг.7 - разрез Е-Е на фиг.1; на фиг.8 - разрез Ж-Ж на фиг.1; на фиг.9 - разрез И-И на фиг.6; на фиг.10 - разрез К-К на фиг.4; на фиг.11 - схема связей между элементами комплекта устройств, обеспечивающего полет аппарата.
Летательный аппарат включает в себя каркас I, на котором размещены отдельные, расположенные по окружности патрубки 2, 3, 4, 5, 6, распределительная камера 7, к которой подсоединены патрубки 2, 3, 4, 5, 6, и комплект устройств 8, обеспечивающий полет аппарата, который подвешен к каркасу 1 на стропах 9. В патрубках 2, 3, 4, 5 выполнены соответствующие выходные отверстия 10, 11, 12, 13, причем, отверстия 10 направлены вниз, отверстия 11 - вверх, отверстия 12, 13 - горизонтально, в одну сторону. Патрубки 6 выполнены с гибкими стенкам и под внутренним избыточным давлением в свободном состоянии имеют конусообразную форму. Стенки патрубков 6 взаимодействуют с гибкими пружинящими тягами 14, выполненными в виде, например, резиновых лент, прикрепленных винтами 15 к ребрам 16 каркаса 1, причем, в нерабочем состоянии стенки патрубков 6 под действием тяг 14 сложены и притянуты к ребрам 16 (изображено штрихпунктирными линиями на фиг.6). Внутри камеры 7 размещены регуляторы потока рабочего вещества, выполненные в виде имеющих возможность вращения стаканов 17, 18. В стенке стакана 17 выполнено два ряда отверстий 19, 20, причем, отверстия 19 расположены в зоне входных отверстий 21 в патрубки 2, а отверстия 20 - в зоне входных отверстий 22 в патрубки 3. При вращении стакана 17 отверстия 21, 22 могут быть полностью или частично совмещены соответствующими отверстиями 19, 20 или могут быть полностью закрыты стенкой стакана 17. В стенке стакана 18 выполнены отверстия 23, 24, расположенные в зоне входных отверстий 25, 26 в соответствующие патрубки 4, 5, причем, отверстия 23, 24 смещены в диаметральной плоскости на некоторый угол относительно отверстий 25, 26. (см. фиг.3). При вращении стакана 18 отверстия 25, 26 могут быть полностью или частично совмещены с отверстиями 23, 24 или могут быть полностью закрыты стенкой стакана 18. В стакане 17 размещен регулятор потока 27 рабочего вещества со сферической поверхностью, расположенный напротив отверстий 19 и 20, частично перекрывая их. Регулятор потока 27 жестко связан с шаровой опорой 28, свободно установленной на гнезде 29. К шаровой опоре 28 снизу прикреплена тяга 30 с грузом 31. В стенке камеры 7 выполнена кольцевая канавка 32, соединенная с входными отверстиями 33 в патрубки 6. Сверху камеры 7 установлены приводы 34, 35 для вращения соответствующих стаканов 17, 18. Привод 34 приводит во вращение стакан 17 через шестерню 36, взаимодействующую с зубьями, выполненными на внутреннем выступе стакана 17. Привод 35 приводит во вращение стакан 18 через шестерню 37, взаимодействующую с зубьями, выполненными на внутреннем выступе стакана 18. Сверху приводы 34, 35 закрыты кожухом 38. Снизу камеры 7 выполнены входные отверстия 39, 40, в которые направляется рабочее вещество от комплекта устройств 8 через соответствующие рукава 41, 42. Отверстие 39 подведено к канавке 32, а отверстие 40 входит во внутреннюю полость камеры 7. Комплект устройств 8 содержит элементы: устройство, имеющее возможность подачи рабочего вещества, например, атмосферного воздуха в патрубки 2, 3, 4, 5 - нагнетатель 43; устройство, имеющее возможность подачи рабочего вещества в патрубки 6 - баллон 44, содержащий сжатое рабочее вещество - несущий газ, плотность которого при нормальных условиях меньше плотности воздуха, например гелий; устройство, имеющее возможность подачи рабочего вещества из патрубков 6 в баллон 44 - насос 45; краны 46-49. Кроме того, комплект устройств 8 содержит источник энергии и другие элементы (на чертежах не показано), обеспечивающие полет установки при ручном или дистанционном управлении.
Летательная установка работает следующим образом.
Работа установки при осуществлении полива.
Закрепляют на установке емкость 50 для поливочной жидкости с помощью стропов 51. Заполняют патрубки 6 гелием, для чего открывают кран 46 и гелий из внешнего накопителя поступает (под давлением, несколько большим атмосферного) через кран 46, рукав 41, отверстие 39, канавку 32 и отверстия 33 в патрубки 6. В процессе заполнения гелием патрубки 6 увеличиваются в объеме, что приводит к появлению направленной вверх увеличивающейся подъемной силы патрубков 6, при этом патрубки 6, стремясь приобрести конусообразную форму, растягивают тяги 14, образуя свободное пространство между собой, и прижимаются тягами 14 к патрубкам 2, которые воспринимают подъемную силу патрубков 6. В то время когда подъемная сила патрубков 6 станет мало отличаться от силы веса установки, закрывают кран 46 и подача гелия из внешнего накопителя в патрубки 6 прекращается. Заполняют емкость 50 поливочной жидкостью, например водой. Добавляют в патрубки 6 гелий из баллона 44, открыв кран 48, через который гелий направляется в рукав 41, а затем через отверстие 39, канавку 32, отверстия 33 попадает в патрубки 6, увеличивая их объем, и, когда подъемная сила патрубков 6 станет мало отличаться от силы веса установки(с водой), закрывают кран 48 и подача гелия из баллона 44 в патрубки 6 прекращается. Поворотом стакана 17 совмещают отверстия 19 с отверстиями 21 и включают в работу нагнетатель 43, который, забрав атмосферный воздух, нагнетает его через рукав 42 и отверстие 40 в камеру 7, откуда воздух поступает через отверстия 19, 21 в патрубки 2, а из них через отверстия 10 выходит наружу, создавая направленные вверх реактивные силы, вследствие чего установка поднимается вверх. После подъема установки на некоторую высоту, поворотом стакана 18 совмещают отверстия 23, 24 с соответствующими отверстиями 25, 26 и часть поданного нагнетателем 43 в камеру 7 воздуха поступает через отверстия 23, 24, 25, 26 в патрубки 4, 5, откуда через отверстия 12, 13 выходит наружу, создавая горизонтальные реактивные силы, направленные в одну сторону. Эти силы, действуя непосредственно на патрубки 4, 5, расположенные по обе стороны от вертикальной оси установки, создают крутящие моменты относительно вертикальной оси установки, направленные в противоположные стороны, причем, если крутящие моменты не равны, то установка будет разворачиваться в сторону большего по величине крутящего момента, а если крутящие моменты равны, то установка будет стремиться двигаться в направлении, противоположном направлению выхода воздуха из отверстий 12, 13 и на установку будет действовать сила, равная сумме реактивных сил, действующих на патрубки 4, 5. Так, если поворачивать стакан 18 по часовой стрелке(по фиг.3), то проход из отверстия 23 в отверстие 25 уменьшается, уменьшается поток воздуха, выходящий из отверстия 12, и уменьшается реактивная сила действия этого потока. В то же время проход из отверстия 24 в отверстие 26 увеличивается, увеличивается поток воздуха, выходящий из отверстия 13, и увеличивается реактивная сила действия этого потока. Это приводит к тому, что крутящий момент, действующий на установку со стороны патрубка 5, становится больше крутящего момента, действующего на установку со стороны патрубка 4, вследствие чего установка будет поворачиваться по часовой стрелке. При повороте стакана 18 против часовой стрелки крутящий момент со стороны патрубка 4 становится больше крутящего момента со стороны патрубка 5 и установка будет поворачиваться против часовой стрелки. Поворачивая стакан 18 и управляя таким образом горизонтальным движением установки, доставляют установку к месту полива. Во время полета установки можно изменять скорость и высоту полета путем изменения при повороте стакана 17 прохода между отверстиями 19 и 21, в результате чего будут меняться выходящие из отверстий 10 потоки воздуха и их реактивные силы, или, повернув стакан 17 и совместив при этом отверстия 20 и 22, через которые воздух попадает в патрубки 3 и выходит наружу из отверстий 11, создавая направленные вниз реактивные силы, путем изменения при повороте стакана 17 прохода между отверстиями 20 и 22, и, следовательно, величины направленных вниз реактивных сил. Изменять величину реактивных сил можно и путем изменения расхода воздуха нагнетателем 43, причем, увеличением направленных вверх реактивных сил можно компенсировать уменьшение подъемной силы патрубков 6 вследствие каких-либо утечек гелия из патрубков 6. После доставки установки к месту полива поворачивают стакан 18 и его стенкой закрывают отверстия 25, 26, в результате чего прекращается выход воздуха из отверстий 12, 13 патрубков 4, 5 и установка останавливается над местом полива. После этого осуществляют полив, давая возможность воде вытекать из емкости 50 с помощью соответствующего затвора в емкости 50. При необходимости осуществления полива в сочетании с горизонтальным движением установки поворачивают стакан 18 и совмещают отверстия 23, 24 с отверстиями 25, 26, а затем, поворачивая стакан 18 и управляя таким образом горизонтальным движением установки, осуществляют полив. В процессе полива количество воды в емкости 50 уменьшается, в связи с чем уменьшается и вес установки, что может привести к увеличению высоты полета установки. Чтобы компенсировать уменьшение веса установки и удерживать ее на прежней высоте, уменьшают подъемную силу патрубков 6, для чего открывают краны 47, 49, включают в работу насос 45, которым откачивают гелий из патрубков 6 через отверстия 33, канавку 32, отверстие 39, рукав 41, кран 47 и закачивают его насосом 45 через кран 49 в баллон 44. В результате этого объем патрубков 6 уменьшается и уменьшается их подъемная сила, при этом тяги 14 подтягивают стенки патрубков 6 к ребрам 16. Кроме того, компенсировать уменьшение веса установки при поливе можно и путем совмещения отверстий 20 и 22 при повороте стакана 17, в результате чего появляются направленные вниз реактивные силы от выходящих из отверстий II потоков воздуха. После опорожнения емкости 50 прекращают работу насоса 45, закрывают краны 47, 49 и установку, в случае необходимости, можно доставить, поворачивая стаканы 17 и 18, к какому-либо водоему, чтобы заполнить емкость 50 водой для последующего полива. После доставки установки к водоему поворачивают стакан 18 и его стенкой, закрыв отверстия 25 и 26, прекращают поступление воздуха от нагнетателя 43 в патрубки 4,5, и установка останавливается над водоемом. Затем, изменяя при повороте стакана 17 проход из отверстий 19 в отверстия 21 или из отверстий 20 в отверстия 22, снижают установку и опускают ее на поверхность водоема, при этом патрубки 6 могут служить в качестве поплавков, удерживающих установку на поверхности водоема. После завершения полива установку можно доставить на исходное место, управляя с помощью стаканов 17, 18 полетом и приземлением установки. После приземления установки прекращают работу нагнетателя 43 и, в случае необходимости, удаляют, открыв кран 46, гелий из патрубков 6 через отверстия 33, канавку 32, отверстие 39, рукав 41, кран 46 во внешний накопитель для хранения, при этом стенки патрубков 6 под действием тяг 14 складываются и притягиваются к ребрам 16. Во время полета на установку могут действовать различные внешние факторы, например порыв ветра, от действия которого установка может наклониться. При наклоне установки отверстия 19,20 смещаются относительно регулятора потока 27, сохраняющего свое положение в пространстве под действием груза 31. Причем, если совмещены отверстия 19 и 21, то на приподнявшейся части установки проходные сечения отверстий 19 уменьшаются и уменьшаются потоки воздуха, поступающие через отверстия 19, 21 в патрубки 2 на этой части установки и выходящие из отверстий 10 этих патрубков, следовательно, уменьшается суммарная, направленная вверх реактивная сила на приподнявшейся стороне установки. В то же время на опустившейся части установки проходные сечения отверстий 19 увеличиваются и увеличиваются потоки воздуха, поступающие в патрубки 2 на этой части установки и выходящие из отверстий 10 этих патрубков, следовательно, увеличивается суммарная, направленная вверх, реактивная сила на опустившейся стороне установки. В результате изменившегося соотношения реактивных сил на приподнявшейся и опустившейся частях установки, действие ветра уравновесится и установка займет соответствующее наклонное положение, но будет продолжать полет и не упадет на землю, а в случае прекращения действия ветра установка займет первоначальное положение. Если же совмещены отверстия 20 и 22, то на приподнявшейся от действия ветра части установки проходные сечения отверстий 20 увеличатся и увеличатся потоки воздуха, поступающие через отверстия 20, 22 в патрубки 3 на этой части установки и выходящие из отверстий 11 этих патрубков, следовательно, увеличится суммарная, направленная вниз, реактивная сила на приподнявшейся части установки. В то же время на опустившейся части установки проходные сечения отверстий 20 уменьшатся и уменьшатся потоки воздуха, поступающие в патрубки 3 на этой части установки и выходящие из отверстий 11 этих патрубков, следовательно, уменьшится суммарная, направленная вниз, реактивная сила на опустившейся части установки. В результате изменившегося соотношения реактивных сил на приподнявшейся и опустившейся частях установки, действие ветра уравновесится и установка займет соответствующее наклонное положение, но будет продолжать полет и не упадет на землю, а в случае прекращения действия ветра установка займет первоначальное положение. В случае аварийной ситуации, когда из-за какой-либо неисправности установки прекращается подача воздуха в патрубки 2 и исчезают направленные вверх реактивные силы, установка, поддерживаемая в полете подъемной силой патрубков 6, может начать снижаться, при этом, в случае необходимости, скорость снижения можно уменьшить, увеличив подъемную силу патрубков 6 путем увеличения их объема, открыв кран 48 и добавив в патрубки 6 гелий из баллона 44, и тем самым можно обеспечить безопасное приземление неисправной установки. Во время полета установки возможно повреждение стенки какого-либо патрубка 6, в связи с чем возможна утечка гелия из патрубков 6 через повреждение в атмосферу. В такой ситуации объем патрубков 6 уменьшается, вследствие чего уменьшается подъемная сила патрубков 6, и установка может начать падать вниз. В то же время с уменьшением объема патрубков 6 тяги 14, сжимаясь, подтягивают стенки патрубков 6 к ребрам 16 и свободное пространство между патрубками 6 уменьшается, а при контакте с ребрами 16 (показано штрихпунктирными линиями на фиг.6) оно исчезает, в связи с чем при падении установки возрастает сила сопротивления встречного потока воздуха, что способствует смягчению приземления установки.
Работа установки при транспортировке грузов.
Работа установки при транспортировке грузов аналогична работе при осуществлении полива.
Заполняют, открыв кран 46, патрубки 6 гелием из внешнего накопителя и, когда подъемная сила патрубков 6 станет мало отличаться от веса установки, закрывают кран 46 и подача гелия из внешнего накопителя в патрубки 6 прекращается. Закрепляют на установке груз (на месте емкости 50) с помощью стропов 51. Добавляют в патрубки 6 гелий из баллона 44, открыв кран 48, и, когда подъемная сила патрубков 6 станет мало отличаться от веса установки (с грузом), закрывают кран 48 и подача гелия из баллона 44 в патрубки 6 прекращается. Поворотом стакана 17 совмещают отверстия 19 с отверстиями 21, включают в работу нагнетатель 43 и установка поднимается вверх. Поворачивая стаканы 17, 18 и управляя таким образом полетом установки и ее приземлением, доставляют установку с грузом в назначенный пункт. После приземления установки прекращают работу нагнетателя 43, откачивают насосом 45, открыв краны 47,49, гелий из патрубков 6 в баллон 44, прекращают работу насоса 45, закрывают краны 47, 49 и снимают груз с установки. Если необходимо снять с установки только часть груза, а остальной груз транспортировать в следующий пункт, то перед снятием части груза уменьшают подъемную силу патрубков 6 на величину, приблизительно равную весу снимаемой части груза, откачав из патрубков 6 соответствующее количество гелия из баллона 44 насосом 45 при открытых кранах 47, 49, после чего прекращают работу насоса 45, закрывают краны 47, 49 и снимают с установки часть груза. Затем поворотом стакана 17 совмещают отверстия 19 с отверстиями 21, включают в работу нагнетатель 43 и установка поднимается вверх. Поворачивая стаканы 17, 18 и управляя таким образом полетом установки и ее приземлением, доставляют установку с остальным грузом в следующий пункт. После приземления установки прекращают работу нагнетателя 43, откачивают оставшуюся часть гелия из патрубков 6 в баллон 44, открыв краны 47, 49 и включив насос 45, затем прекращают работу насоса 45, закрывают краны 47, 49 и снимают с установки остальной груз. После разгрузки установки ее можно возвратить, при необходимости, в начальный пункт, включив в работу нагнетатель 43 и поворачивая стаканы 17, 18. После приземления установки в начальном пункте прекращают работу нагнетателя 43 и, в случае необходимости, удаляют, открыв кран 46, гелий из патрубков 6 во внешний накопитель для хранения, при этом стенки патрубков 6 под действием тяг 14 складываются и притягиваются к ребрам 16. В том случае, когда необходимо транспортировать груз большого веса, то для увеличения грузоподъемности установки с нее могут быть сняты объединенные в один блок баллон 44, насос 45 и краны 47, 48, 49. В этом случае установка работает следующим образом. Закрепляют на установке груз (на месте емкости 50) с помощью стропов 51. Заполняют, открыв кран 46, патрубки 6 гелием из внешнего накопителя и, когда подъемная сила патрубков 6 станет мало отличаться от веса установки (с грузом), закрывают кран 46 и подача гелия из внешнего накопителя в патрубки 6 прекращается. Поворотом стакана 17 совмещают отверстия 19 с отверстиями 21, включают в работу нагнетатель 43 и установка поднимается вверх. Поворачивая стаканы 17, 18 и управляя таким образом полетом установки и ее приземлением, доставляют установку в назначенный пункт. После приземления фиксируют установку на земле, прекращают работу нагнетателя 43 и снимают груз с установки. После разгрузки установки ее можно возвратить, при необходимости, в начальный пункт. Для этого необходимо загрузить установку грузом, имеющим приблизительно такой же вес, что и у предыдущего груза, уравняв таким образом подъемную силу патрубков 6. После этого освобождают установку от фиксации на земле, включают в работу нагнетатель 43 и, поворачивая стаканы 17,18, приземляют установку в начальном пункте. После приземления фиксируют установку на земле, прекращают работу нагнетателя 43, снимают груз с установки и, при необходимости, удаляют, открыв кран 46, гелий из патрубков 6 во внешний накопитель для хранения, при этом стенки патрубков 6 под действием тяг 14 складываются и притягиваются к ребрам 16.
Летательная установка может быть использована и для пассажирских перевозок.
Заявленное изобретение позволяет повысить безопасность полета и расширить эксплуатационные возможности установки.