АЭРОМОБИЛЬ
AEROCAR

Настоящее изобретение относится к области воздушного транспорта.
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, механически соединенных 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 наружнвми 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, кл. B62D 57/00, опубл. 15.11.93. бюл. №41-42.
Недостатками известного аэромобиля являются: сложность изготовления движителей вертикального подъема, недостаточная подъемная сила.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией аэромобиля.
Известен также аэромобиль, содержащий корпус, двигатель, движители вертикального подъема и механизмы управления. Движители вертикального подъема размещены по левому и правому бортам в отсеках корпуса и каждый из них содержит цилиндрический корпус с шейками для крепления. В средней части внутри корпуса движителя вертикального подъема установлен редуктор, ведущий вал которого вставлен в отверстие одной из шеек. Ведомый вал редуктора установлен вертикально в подшипниках корпуса движителя вертикального подъема. На ведомом валу закреплены отдельно друг от друга верхняя и нижняя группы дисков, каждый из которых имеет гладкую верхнюю поверхность. Нижняя поверхность имеет глухие каналы круглого или квадратного сечения. Каналы размещены по концентрическим окружностям в четном количестве в каждой из них. 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, кл. В64С 39/00, 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: сложность изготовления движителей вертикального подъема и систем управления ими, низкий КПД, небольшая скорость движения.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией аэромобиля.
Задачей настоящего изобретения является повышение технических характеристик аэромобиля.
Технический результат обеспечивается тем, что в аэромобиле, содержащем корпус с продольными отсеками, закрытыми сверху, снизу и сбоку решетками для прохода воздуха, имеющий водительское и пассажирское отделения, двигатель с муфтой сцепления, размещенный внутри корпуса в его передней части, через главный редуктор механически связан с движителями вертикального подъема, одинаковых по конструкции, каждый из которых имеет цилиндрический корпус с шейками для крепления, внутри которого размещен редуктор, ведущий вал которого пропущен через отверстие в одной из шеек, а ведомые валы установлены вертикально и их свободные концы закреплены в подшипниках цилиндрического корпуса, движители продольного перемещения, приводимые в движение от главного редуктора через зубчатый вариатор, выполненные в форме воздушных винтов изменяемого шага, установленных в кольцах, воздушные рули, установленные в потоке воздушных винтов, систему путевого управления и систему управления устойчивостью движения в пространстве, посадочное устройство, механизмы управления, согласно изобретению каждый из дисков движителей вертикального подъема верхней и нижней групп выполнен из двух взаимозаменяемых дисков - верхнего и нижнего, болтами соединенных между собой своими торцевыми поверхностями, на верхней торцевой поверхности верхнего диска и на нижней торцевой поверхности нижнего диска выполнены остроконечные радиальные зубья, сужающиеся к центру вращения и расширяющиеся от центра вращения, причем зубья на торцевой поверхности верхнего диска отклонены в противоположную сторону от направления вращения, а зубья на нижней торцевой поверхности нижнего диска отклонены в направлении вращения, причем наружная поверхность каждого зуба выполнена в форме гиперболической кривой, начальная точка которой лежит на торцевой поверхности диска, а внутренняя поверхность каждого зуба - вогнутая и представляет собой часть окружности, соединяющей вершину зуба и торцевую поверхность диска, причем вершина зуба верхнего диска находится над начальной точкой гиперболической поверхности предыдущего зуба, а вершина предыдущего зуба нижнего диска находится под начальной точкой гиперболической поверхности последующего зуба, при этом между зубьями верхнего диска образованы поверхности низкого давления воздуха, а между зубьями нижнего диска образованы поверхности высокого давления воздуха.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фигуре 1 изображен общий вид аэромобиля;
на фигуре 2 - вид на аэромобиль сверху;
на фигуре 3 - продольный разрез аэромобиля;
на фигуре 4 - устройство главного редуктора в разрезе;
на фигуре 5 - схема силовой передачи аэромобиля;
на фигуре 6 - устройство двойного конического дифференциала;
на фигуре 7 - общий вид движителя вертикального подъема;
на фигуре 8 - вид сверху на движитель вертикального подъема;
на фигуре 9 - продольный разрез движителя вертикального подъема;
на фигуре 10 - устройство редуктора движителя вертикального подъема;
на фигуре 11 - общий вид диска движителя вертикального подъема;
на фигуре 12 - вид сверху на диск движителя вертикального подъема;
на фигуре 13 - общий вид зубьев на диске движителя вертикального подъема;
на фигуре 14 - схема возникновеня подъемной силы на диске движителя вертикального подъема;
на фигуре 15 - устройство трехвального редуктора;
на фигуре 16 - общий вид зубчатого вариатора;
на фигуре 17 - продольный разрез зубчатого вариатора;
на фигуре 18 - устройство конической шестерни зубчатого вариатора и ведущей цилиндрической шестерни;
на фигуре 19 - гидравлическая система управления зубчатым вариатором;
на фигуре 20 - схема путевого управления аэромобилем;
на фигуре 21 - схема управления аэромобилем в пространстве;
на фигуре 22 - схема набора высоты аэромобилем;
на фигуре 23 - схема снижения аэромобиля;
на фигуре 24 - схема наклона аэромобиля на левый борт;
на фигуре 25 - схема наклона аэромобиля на правый борт.
1
2
3
4
5
6
Аэромобиль содержит корпус 1, имеющий водительское и пассажирское отделения, боковые продольные отсеки 2, закрытые сверху, снизу и сбоку решетками 3, в которых размещены движители вертикального подъема 4, 5, 6, 7, 8, 9. Снизу к корпусу 1 приварены трубчатые каркасы посадочного устройства 10. Двигатель 11 с муфтой сцепления 12 карданным валом 13 соединен с главным редуктором 14, который карданными валами 15, 16 соединен с двойными коническими дифференциалами поперечного 17 и продольного 18 наклона. Полуоси двойного конического дифференциала поперечного наклона 17 карданными валами 19, 20 соединены со средними движителями вертикального подъема 5 и 8. Полуоси двойного конического дифференциала продольного наклона 18 карданными валами 21, 22 через передний 23 и задний 24 редукторы карданными валами 25, 26, 27, 28 соединены с передними 4, 7 и задними 6, 9 движителями вертикального подъема. Главный редуктор 14 также карданными валами 29, 30 через зубчатый вариатор 31 соединен с маршевыми движителями 32, выполненными в форме воздушных винтов изменяемого шага, помещенных в кольца 33 и приводимых в движение от редуктора 34. Главный редуктор 14 содержит корпус 35, закрытый крышкой 36, в подшипниках которого закреплен ведущий вал 37 с закрепленной на нем ведущей шестерней 38, входящей в зацепление с ведомыми шестернями 39, 40, закрепленных на ведомых валах 41, 42, с первой из которых входит в зацепление шестерня привода воздушных винтов 43, закрепленная на ведомом валу 44. Оба двойных конических дифференциала 17, 18 имеют одинаковое устройство и каждый из них содержит наружный корпус 45, закрытый крышками 46, 47. Внутренний корпус 48 имеет ведомую шестерню 49, которая входит в зацепление с ведущей шестерней 50, закрепленной на ведущем валу 51. В подшипниках внутреннего корпуса 48 установлены два сателлита 52, 53, большие шестерни которых входят в зацепление с шестернями 54, 55, закрепленными на трубчатых валах 56, 57, на свободных концах которых закреплены тормозные барабаны 58, 59, взаимодействующие с тормозами 60, 61, работающими в масле. Малые шестерни сателлитов 52, 53 входят в зацепление с шестернями 62, 63, закрепленных на полуосях 64, 65. Передний 23 и задний 24 трехвальные редукторы и редуктор 34 привода воздушных винтов одинаковы по конструкции и каждый из них содержит корпус 66, закрытый крышкой 67, в подшипнике которого закреплен ведущий вал 68 с ведущей шестерней 69, входящей в зацепление с ведомыми шестернями 70, 71, закрепленными на ведомых валах 72, 73. На концах валов закреплены фланцы. Зубчатый вариатор 31 привода воздушных винтов имеет корпус 74, закрытый крышкой 75. Внутри корпуса на подшипниках установлен ведомый вал 76 с конической ведомой шестерней 77, которая имеет зубья 77а, параллельные друг другу, рзные по длине, одинаковые по ширине и расстоянию между ними, каждый из которых выполнен под углом к продольной вертикальной плоскости, проходящей через центр вращения ведомой конической шестерни и зависящий от ее длины и соотношения наименьшего и наибольшего диаметров, входящая в постоянное зацепление с цилиндрической ведущей шестерней 78, установленной на ведущем валу, состоящем из двух частей: внутреннего вала 79 и наружного вала 80, связанных между собой шарниром равной угловой скорости 81. Цилиндрическая ведущая шестерня 78 установлена с возможностью перемещения по внутреннему ведущему валу 79 вдоль ведомой конической шестерни 77 посредством вилки 82, вставленной в проточку 83, закрепленной на пластине 84, установленной в направляющих 85 и имеющей зубчатую рейку 86, входящую в зацепление с зубчатым сектором 87. Ведомая коническая шестерня 77 условно разделена на несколько продольных частей L L, L, L, L, L вертикальными поперечными плоскостями (фиг. 18), длина каждого из которых равна ширине L ведущей цилиндрической шестерне 78. В каждой последующей части от меньшего диаметра к большему количество зубьев возрастает, а соотношение ширины ведущей цилиндрической шестерни к длине ведомой конической шестерне равно 1:10. Управление зубчатым вариатором осуществляется двумя гидравлическими кранами 88 и 89, имеющими ручки управления 90, 91, входящими в гидравлическую систему, содержащую исполнительный гидроцилиндр одностороннего действия 92 с пружиной 93 и упором 94, который штоком 95 соединен с поршнем 96 и полукруглым зубчатым сектором 87, масляный насос 97 с редукционным клапаном 98, приводимым в движение от ведущего вала, прикрепленный посредством кронштейна 99 к стенке корпуса 74, масляный бак 100, связанные друг с другом трубопроводами.
1
Движители вертикального подъема одинаковые по конструкции и каждый из них содержит вертикальный цилиндрический корпус 101, к наружной поверхности которого привернуты шейки 102 для крепления. Внутри корпуса 101, в его средней части, установлен редуктор 103, закрепленный на кронштейнах 104, имеющий корпус 105, закрытый крышкой 106, ведущий вал 107, на котором закреплена ведущая шестерня 108, входящая в зацепление с ведомыми шестернями 109 и 110, закрепленными на верхнем 111 и нижнем 112 ведомых вертикальных валах, свободные концы которых закреплены в подшипниках 113, прикрепленных кронштейнами 114 к корпусу 101. На верхнем 111 и нижнем 112 вертикальных ведомых валах установлены верхние 115 и нижние 116 группы дисков. Каждый из дисков верхней и нижней групп выполнен из двух взаимозаменяемых дисков - верхнего 117 и нижнего 118, болтами соединенных между собой своими торцевыми поверхностями. На верхней и нижней наружных поверхностях дисков 117 и 118 выполнены остроконечные радиальные зубья 119, сужающиеся к центру вращения и расширяющиеся от центра вращения. Зубья 119 на верхней поверхности верхнего диска 117 отклонены в противоположную сторону от направления вращения диска, а зубья 119 на нижней поверхности нижнего диска 118 отклонены в направлении вращения диска. Наружная поверхность каждого зуба 119 выполнена в форме выпуклой гиперболической кривой, начальная точка которой лежит на торцевой поверхности диска, а внутренняя поверхность каждого зуба - вогнутая и представляет собой часть окружности, соединяющей вершину зуба и торцевую поверхность диска. Вершина зуба верхнего диска находится над начальной точкой гиперболической кривой предыдущего зуба, а вершина предыдущего зуба нижнего диска находится под начальной точкой гиперболической поверхности последующего зуба. Между зубьями верхнего диска 117 образованы поверхности низкого давления воздуха 120, а между зубьями нижнего диска 118 образованы поверхности высокого давления воздуха 121, одинаковые по размерам L=L (фиг. 13). Система управления аэромобилем в пространстве содержит ручку управления 122, закрепленную шарнирно на валу 123 с возможностью движения в продольном и поперечном направлениях, установленным в подшипниках и имеющим рычаг 124, взаимодействующего с золотниками гидравлических кранов 125 и 126 продольного наклона, которые посредством трубопроводов гидравлически соединены с гидроцилиндрами 127а и 128а привода тормозов двойного конического дифференциала 18 продольного наклона корпуса аэромобиля. На нижнем конце ручки управления 122 имеется полукруглый сектор 127, взаимодействующий с золотниками гидравлических кранов 128, 129, которые гидравлически соединены с гидроцилиндрами 130, 131 привода тормозов двойного конического дифференциала 17 поперечного наклона корпуса аэромобиля. Все гидравлические краны и гидроцилиндры соединены с масляным баком 132, масляным насосом 133 с редукционным клапаном 134. Насос 133 приводится в движение электродвигателем, не показанном на чертеже.
Система путевого управления аэромобилем содержит ножные педали 135, установленные на оси 136, соединенные с рычагом 137, который взаимодействует с золотниками гидравлических кранов 138 и 139, которые гидравлически соединены с масляным насосом 140, масляным баком 141 и гидравлическим цилиндром 142, шток которого кинематически связан с воздушными рулями 143.
Работа аэромобиля.
После запуска и прогрева двигателя 11 и проверки работы всех систем аэромобиль готов к движению. Для этого включается муфта сцепления 12 и увеличивается подача топлива в двигатель 11, который начинает увеличивать обороты. Вращающийся момент через муфту сцепления 12, карданный вал 13, ведущий вал 37 главного редуктора 14, ведущую шестерню 38 передается на ведомые шестерни 39, 40, 43, а с них карданными валами 15, 16 на двойные конические дифференциалы 17, 18 поперечного и продольного наклона корпуса аэромобиля, приведя их полуоси 64, 65 во вращение, а через зубчатый вариатор 31 карданными валами 29, 30 и редуктор 34 на воздушные винты изменяемого шага. Полуоси двойного конического дифференциала 17 поперечного наклона через карданные валы 19, 20 приводят в движение средние движители вертикального подъема 5, 8, а полуоси 64, 65 двойного конического дифференциала продольного наклона 18 карданными валами 21, 22, редукторы 23, 24, карданные валы 25, 26, 27, 28 приводят в движение передние 4, 7 и задние 6, 9 движители вертикального подъема. Все движители вертикального подъема 4, 5, 6, 7, 8, 9 работают одинаково. При вращении ведущего вала 107 редуктора 103 вращается ведущая коническая шестерня 108, которая через ведомые конические шестерни 109 и 110 приводит во вращение верхний 111 и нижний 112 ведомые вертикальные валы, а вместе с ними верхние 115 и нижние 116 группы дисков в противоположные стороны. Во время вращения каждого диска, на фигуре 14 показано стрелкой, воздушный поток воздуха V обтекает гиперболические поверхности зубьев 119 на верхнем диске 117 и создает на них силы разрежения F, уменьшая давление воздуха. Воздушный поток воздуха V, движущийся над зубьями 119 верхнего диска 117, заставляет воздух, находящийся между зубьями 119 двигаться вверх и соединяться вместе с ним (на фигуре 14 показано пунктирными стрелками). В результате возникает сила разрежения Fр на участках низкого давления 120 верхних дисков 117. Воздушный поток V, обтекающий нижние диски 118, попадает в пространство между радиальными зубьями 119, задерживается там и производит давление на поверхности высокого давления 121 с силой Fд. (там же, фиг. 14 0). В результате силы F, Fр, Fд складываются и образуют общую подъемную силу Fп, величина которой может изменяться в ту или иную сторону путем изменения частоты вращения вала двигателя 11. По мере увеличения частоты вращения дисков 117, 118 подъемная сила движителей вертикального подъема 4, 5, 6, 7, 8, 9 увеличивается и, как только ее величина превысит вес аэромобиля, корпус 1 отрывается от поверхности дороги и поднимается вверх на некоторую высоту. После подъема на необходимую высоту рукоятками 90 и 91 зубчатого вариатора 31 (о нем см. патент РФ №2610235, 2017) устанавливается частота вращения воздушных винов маршевых движителей 32 и аэромобиль начинает движение вперед. Движение назад и торможение осуществляется созданием обратной тяги путем поворота лопастей воздушных винтов на необходимый угол. Управление аэромобилем в пространстве осуществляется посредством ручки управления 122. Для набора высоты ручку управления 122 необходимо передвинуть в положение "на себя". В этом случае вместе с ней поворачивается и рычаг 124, который нажимает на золотник гидравлического крана 125. Масло из масляного бака 132 насосом 133 подается в гидроцилиндр 128, шток которого с поршнем передвинется вперед, сжимая пружину, тормоз 61 нажмет на тормозной барабан 59 двойного конического дифференциала 18. Задняя полуось этого дифференциала уменьшит частоту вращения, а передняя полуось увеличит на такую же величину. Частота вращения групп дисков 115 и 116 задних движителей вертикального подъема 6,9 уменьшится, а частота вращения групп дисков 115, 116 передних движителей вертикального подъема 4, 7 увеличится. Подъемная сила Fп в носовой части аэромобиля увеличится, а в кормовой части уменьшится и аэромобиль станет производить набор высоты, как показано на фигуре 22. При перемещении ручки управления 122 в положение "от себя" рычаг 124 поворачивается в противоположную сторону и нажимает на золотник гидравлического крана 126. Масло из масляного бака 132 масляным насосом 133 станет подаваться в гидроцилиндр 127. Поршень с штоком, сжимая пружину выдвигаются вперед и тормоз 60 нажимает на тормозной барабан 58 продольного конического дифференциала 18. Частота вращения групп дисков 115, 116 передних движителей вертикального подъема 4, 7 уменьшится, а групп дисков 115, 116 задних движителей вертикального подъема 6, 9 увеличится. Подъемная сила Fп в носовой части аэромобиля уменьшится, а в кормовой части увеличится, корпус аэромобиля повернется вокруг поперечной оси против часовой стрелки и займет положение, показанное на фигуре 23. При перемещении ручки управления 122 в положение "вправо", она поворачивается вокруг оси и своим полукуглым сектором 127 нажимает на золотник гидравлического крана 128. Масло из масляного бака 132 масляным насосом 133 станет подаваться в гидроцилиндр 131. Поршень с штоком, сжимая пружину, выдвигаются и тормоз 60 поперечного конического дифференциала 17 нажимает на правый тормозной барабан 58. Правая полуось дифференциала 17 уменьшит частоту вращения, а левая полуось на столько же увеличит. Частота вращения групп дисков 115, 116 среднего правого движителя вертикального подъема 8 уменьшится, а левого движителя вертикального подъема 5 увеличится. Подъемная сила Fп правого борта уменьшится, а левого борта увеличится и корпус аэромобиля повернется вокруг продольной оси и сделает крен вправо (фиг. 25). При отклонении ручки управления 122 в положение "влево" полукруглый сектор 127 повернется вправо и нажмет на золотник гидравлического крана 129. Масло из масляного бака 132 масляным насосом 133 станет подаваться в гидроцилиндр 130, поршень и шток которого выдвигаются и тормоз 61 нажимает на левый тормозной барабан 59 двойного конического дифференциала 17 поперечного управления, левая полуось которого уменьшит частоту вращения, а правая полуось увеличит на такую же величину. Частота вращения групп дисков 115, 116 среднего движителя вертикального подъема 5 левого борта уменьшится, а частота вращения групп дисков 115, 116 среднего движителя вертикального подъема 8 правого борта увеличится. Подъемная сила Fп левого борта уменьшится, а правого борта возрастет. Корпус 1 аэромобиля повернется вокруг продольной оси и сделает крен на левый борт (фиг. 24). После выполнения маневра ручка управления 122 переводится в нейтральное положение. Применение двойных конических дифференциалов 17, 18 с тормозами, работающими в масле, исключает полную остановку полуосей 64, 65 и, соответственно, потерю подъемной силы Fп каким-либо движителем вертикального подъема. Зубчатый вариатор 31 (коробка скоростей) обеспечивает регулирование частоты вращения воздушных винтов изменяемого шага и скорость движжения аэромобиля. (О коробке скоростей см. Патент РФ №2610235, 2017). Воздушные винты обеспечивают также торможение и движение задним ходом. Путевое управление аэромобилем осуществляется воздушными рулями 143 посредством ножных педалей 135. При нажатии на правую педаль рычаг 137, поворачиваясь на оси 136, нажимает на золотник гидравлического крана 139. Масло из масляного бака 141 масляным насосом 140 подается в правую полость гидроцилиндра 142. Поршень (на фиг. 20 показан пунктирм) смещается влево и посредством штока, соединенного шарнирно с рычагами отклоняет воздушные рули 143 вправо. Аэромобиль поворачивает направо. При нажатии на левую педаль рычаг 137 отклоняется вправо и нажимает на золотник гидравлического крана 138. Масло из масляного бака 141 масляным насосом 140 подается в левую полость гидроцилиндра 142, Поршень с штоком смещаются вправо и поворачивают воздушные рули 143 влево. Аэромобиль поворачивает влево.
После прибытия в пункт назначения выбирается место для посадки. Постепенно снижаются обороты двигателя 11, уменьшается подъемная сила Fп движителей вертикального подъема 4, 5, 6, 7, 8, 9, а перед этим лопасти маршевых движителей устанавливаются в нейтральное положение и аэромобиль приземляется на посадочное устройство 10, после чего двигатель 11 останавливается.
Достигается повышение эксплуатационных характеристик аэромобиля.
(О гиперболической кривой см. И.И. Артоболевский, Механизмы в современной технике, т. 2, М., "Наука", главная редакция физико-математической литературы, 1979, с. 122, №1023, кривая р-р, начальная точка L на поверхности А-х).