ВОЗДУШНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ УСТРОЙСТВО
AIR TRANSPORT MEANS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к воздушному транспортному устройству, содержащему конструкцию и вращающийся элемент, снабженный, по меньшей мере, одной лопастью и выполненный с возможностью вращения относительно конструкции вокруг оси вращения.
Воздушное транспортное устройство выполнено таким образом, чтобы с помощью вращающегося элемента создавать аэродинамическую силу. Устройство по изобретению само по себе или будучи соединенным с грузом может работать как летательный аппарат.
В контексте последующего описания под термином «летательный аппарат» имеется в виду аппарат, способный перемещаться в слое земной атмосферы. Сам по себе летательный аппарат тяжелее воздуха, но его подъемная сила обеспечивается аэродинамической силой, и эта подъемная сила создается одной или несколькими лопастями.
Уровень техники
Устройство по изобретению, само по себе или будучи соединенным с грузом, может летать подобно вертолету. По сравнению с классическими самолетами с неподвижными крыльями вертолеты обладают значительными преимуществами. Вертолет может совершать полет, оставаясь неподвижным. Это означает, что вертолет может зависать неподвижно во время полета. Это позволяет ему добираться до мест, недоступных для летательного аппарата с жестким оперением, который почти всегда должен использовать взлетно-посадочную полосу.
Однако по сравнению с самолетами вертолет имеет более сложную конструкцию. Кроме того, классический вертолет оснащен главным ротором, ось которого ориентирована по существу вертикально. Этот ротор обеспечивает подъемную силу и одновременно управление высотой и тангажем и бортовым креном вертолета.
В том случае, когда в вертолете используется главный ротор, его вращение обеспечивается двигателем. Это действие передает момент на конструкцию вертолета. Для компенсации этого момента для вертолета необходим второй ротор, который обычно называют «хвостовым ротором» или «ротором контр-момента». Ось второго ротора ориентирована по существу горизонтально. Этот второй ротор предотвращает повороты вертолета вокруг себя во время вращения главного ротора и обеспечивает управление на виражах.
Из уровня техники известно множество решений, направленных на упрощение относительно сложной конструкции с главным ротором и хвостовым ротором. Первое решение было предложено русским конструктором Камовым. Носящие имя конструктора вертолеты используют два ротора создания подъемной силы, вращающиеся в противоположных направлениях.
Второе предложенное решение заключается в использовании двух роторов подъемной силы, спаренных в тандем. Один ротор расположен за другим. Два ротора вращаются в противоположных направлениях. Эта система была разработана американцем Фрэнком Пясецки.
Другой вертолет, который может функционировать без хвостового ротора, продается под маркой «К-Мах». Он оснащен двумя главными роторами. Два ротора установлены на кабине вертолета с образованием угла между ними, позволяющего нейтрализовать создаваемый первым ротором момент за счет использования второго ротора.
Решения уровня техники показали, что можно совершать полеты на вертолете без хвостового ротора, который установлен на его задней части для компенсации момента, создаваемого главным ротором.
Однако значительный недостаток известных решений уровня техники заключается в том, что конструкции остаются относительно сложными, а следовательно, и дорогостоящими.
Раскрытие изобретения
С учетом изложенных предпосылок задачей изобретения является создание воздушного транспортного устройства, которое может совершать полеты как само по себе, так и будучи прикрепленным к грузу, таким же образом, как традиционный вертолет, но обладает по сравнению с ним относительно легкой и простой конструкцией.
Согласно изобретению воздушное транспортное устройство содержит конструкцию и вращающийся элемент, снабженный по меньшей мере одной лопастью и выполненный с возможностью вращения относительно конструкции вокруг оси вращения, при этом устройство снабжено средствами приведения во вращение вращающегося элемента относительно конструкции, причем указанные средства содержат газогенератор и газопровод, выполненный с возможностью направления газа к отверстию на расстоянии от оси вращения для приведения во вращение вращающегося элемента за счет эжекции газа из отверстия, отличающийся тем, что устройство снабжено, по меньшей мере, одной консолью двигателя, которая проходит в направлении по существу перпендикулярно оси вращения, а газопровод расположен внутри консоли двигателя для направления газа к отверстию в консоли двигателя на расстоянии от оси вращения, при этом выход генератора, предназначенный для распределения генерируемых генератором газов, и консоль двигателя образуют часть вращающегося элемента и выполнены с возможностью вращения вокруг оси вращения относительно конструкции для эжекции выходных газов генератора непосредственно в консоль двигателя.
В данном тексте использован термин «выход генератора». Под этим термином имеется в виду элемент, который предназначен для распределения газов, генерируемых генератором.
Согласно этому примеру сделано разделение между лопастями, используемыми для создания аэродинамической поверхности и за счет этого создания подъемной силы устройства по изобретению, и консолями двигателя, которые используются для эжекции газа на расстоянии от оси вращения вращающегося элемента.
Первое преимущество решения заключается в том, что тепло выбрасываемого генератором газа удерживается на расстоянии от лопастей. Это означает, что конструктор имеет полную свободу при конструировании лопастей без необходимости использовать материал, способный выдерживать высокую температуру. Кроме того, при наличии консолей двигателя они могут быть жестко соединены с вращающимся элементом. Для управления подъемной силой угол атаки лопастей сделан регулируемым. Это означает, что лопасти установлены на вращающемся элементе с возможностью их вращения относительно конструкции. Консоли двигателя не требуются для изменения угла атаки.
Следует отметить, что в данном тексте используется термин «консоли двигателя». Под этим понятием имеются в виду трубопроводы, выполненные с возможностью передачи генерируемого генератором газа в направлении отверстия для его эжекции. Такая консоль двигателя может быть выполнена из любого жаростойкого материала, такого как нержавеющая сталь.
Согласно предпочтительному примеру осуществления газогенератор расположен внутри устройства, а его центральная ось концентрична оси вращения вращающегося элемента.
В результате этого решения вращающийся элемент приводится в действие струей газа, выталкиваемого из отверстия на конце газопровода. Эта газовая струя создается за счет воздушного потока, генерируемого и направляемого внутри самого вращающегося элемента. Это означает, что создание этой газовой струи не вызывает создания суммарного момента, который должен быть скомпенсирован с помощью дополнительного ротора. Кроме того, выход газогенератора вращается относительно конструкции. Преимущество решения заключается в том, что в устройстве по изобретению не требуется сложных соединений для направления воздушного потока от генератора как неподвижной части устройства к вращающемуся элементу.
В результате конструкция устройства по изобретению может быть относительно простой и, следовательно, экономичной.
Благодаря относительной простоте и экономичности системы устройство по изобретению может использоваться для транспортировки из одного пункта в другой и автоматическим образом любых грузов, таких как гуманитарные грузы, средства первой помощи, продовольствие, вода для борьбы с пожарами, припасы, поисковые системы и т.д.
Устройство по изобретению особенно пригодно для сельскохозяйственных работ, например для рассеивания удобрений на площади.
Кроме того, устройство по изобретению может взлетать и приземляться вертикально, а это означает, что оно может использоваться на непроходимых или враждебных территориях. Огромное преимущество конструкции устройства по изобретению состоит в том, что в нем нет никаких тяжелых, сложных и дорогостоящих компонентов, из которых обычно состоят вертолеты. Это означает, что больше нет необходимости в таких компонентах как тормозы для главного и хвостового роторов, ротор контр-момента на кабине и другие.
Согласно изобретению в устройстве может использоваться зубчатый редуктор.
Следует отметить, что в уровне техники известен вертолет, продаваемый под маркой «DJINN». Он оснащен воздушным винтом, имеющим, по меньшей мере, две лопасти, снабженные на концах отверстиями, которые позволяют выпускать воздушную струю. Однако создание воздушного потока в этом вертолете «DJINN» осуществляется в неподвижной части машины. Это означает, что требуются сложные соединения для пропуска воздушного потока от генератора к концам винтовых лопастей вертолета.
Согласно предпочтительному примеру осуществления вращающийся элемент снабжен, по меньшей мере, одной консолью двигателя, которая проходит в направлении по существу перпендикулярно оси вращения, а газопровод расположен внутри консоли двигателя для направления газа к отверстию в консоли двигателя на расстоянии от оси вращения.
В предпочтительном примере осуществления консоль двигателя выполнена профилированной для участия в подъемной силе, создаваемой вращающимся элементом. Консоли двигателя, имеющие аэродинамический профиль, могут способствовать созданию несущей способности.
В предпочтительном примере выполнения вращающийся элемент соединен с конструкцией с помощью карданного соединения. Эффект этого решения заключается в устранении кориолисовых сил.
В альтернативном варианте возможно соединение лопастей с вращающимся элементом с помощью шарнира равных угловых скоростей.
Согласно предпочтительному примеру осуществления конструкция выполнена с возможностью крепления устройства на грузе. Такой груз может представлять собой кабину, которая в комбинации с устройством по изобретению может походить на традиционный вертолет.
Альтернативным образом устройство по изобретению может быть укреплено на грузах любого вида. В качестве примеров этими грузами могут быть:
- контейнеры,
- сухопутные или морские транспортные средства,
- строительные материалы,
- запас воды в том случае, когда устройство по изобретению предназначено для использования при борьбе с пожарами.
Следует понимать, что устройство по изобретению может использоваться для перемещения множества других грузов.
Согласно предпочтительному примеру осуществления устройство оснащено системой дистанционного управления для дистанционного управления подъемной силой, создаваемой вращающимся элементом. Следует отметить, что возможна также работа устройства по изобретению автономным образом. В этом случае устройство управляется, например, с помощью компьютеризованной системы управления. Это решение означает, что устройство по изобретению может использоваться без присутствия в нем человека.
В своем втором аспекте изобретение относится к летательному аппарату, снабженному воздушным транспортным устройством по изобретению.
Краткое описание чертежей
Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны примеры осуществления изобретения и его преимущества. На чертежах:
фиг.1 изображает классический вертолет в соответствии с уровнем техники,
фиг.2 изображает вертолет «К-Мах»,
фиг.3 изображает воздушное транспортное устройство по изобретению,
фиг.4 подробно изображает установку газогенератора в воздушном транспортном устройстве в первом примере осуществления,
фиг.5 изображает воздушное транспортное устройство во втором примере осуществления,
фиг.6 изображает соединение между газогенератором и консолью двигателя устройства по фиг.5,
фиг.7 изображает воздушное транспортное устройство по фиг.3, укрепленное на грузе,
фиг.8 изображает воздушное транспортное устройство по фиг.3, укрепленное на автомобиле,
фиг.9 изображает жесткую конструкцию, оснащенную несколькими воздушными транспортными устройствами по изобретению,
фиг.10 изображает комплект конструкций, снабженных несколькими воздушными транспортными устройствами по изобретению и соединенный с баллоном с гелием,
фиг.11 изображает воздушное транспортное устройство в третьем примере осуществления,
фиг.12 изображает вертолет, оснащенный воздушным транспортным устройством по изобретению во втором примере осуществления, и
фиг.13 схематично изображает разбивочную сетку территории с размещением на ней воздушного транспортного устройства по изобретению, которое может использоваться в операциях при борьбе с лесными пожарами.
Осуществление изобретения
Фиг.1 изображает классический вертолет в соответствии с уровнем техники. Вертолет 1, оснащенный главным ротором 2, снабжен дополнительным хвостовым ротором 3 в задней части. Главный ротор 2 создает на вертолете суммарный момент А. Для вертолета 1 необходим второй ротор 3 для создания момента в направлении В для нейтрализации суммарного момента А главного ротора.
Для главного ротора 2 и хвостового ротора 3 необходимы тяжелые и сложные элементы, такие как тормоз, трансмиссия, корпус и другие. Это означает, что конструкция вертолета уровня техники с главным ротором 2 и хвостовым ротором 3 требует высоких затрат.
На фиг.2 показан вертолет типа «К-Мах». Вертолет 10 оснащен главным ротором 11 и вторым ротором 12. Роторы 11 и 12 установлены таким образом, что образуют между собой угол. Ротор 11 создает суммарный момент А, нейтрализуемый моментом В, создаваемым ротором 12.
На фиг.3 показано воздушное транспортное устройство 30 согласно первому примеру осуществления изобретения. Воздушное транспортное устройство 30 содержит конструкцию 31 для крепления устройства 30 на опоре, такой как груз. Эта конструкция 31 снабжена крепежными элементами 32, позволяющими соединять воздушное транспортное устройство 30 с грузом.
Кроме того, сама конструкция 31 снабжена элементом 33, позволяющим устанавливать тяговый привод воздушного транспортного устройства 30, такой как газогенератор (см. фиг.4). Конструкция 31 выполнена таким образом, что образует неподвижный элемент воздушного транспортного устройства 30 по изобретению.
Далее, воздушное транспортное устройство 30 по фиг.3 содержит вращающийся элемент 34. Он выполнен таким образом, чтобы вращаться относительно конструкции 31 вокруг оси вращения. Вращающийся элемент 34 содержит газораспределительное устройство 35. Это газораспределительное устройство 35 непосредственно связано с газогенератором, который находится внутри элемента 33.
Две консоли 36 двигателя укреплены непосредственно на газораспределительном устройстве 35. Каждая из них снабжена на своем конце отверстием 37 для эжекции газа в направлении по существу перпендикулярно продольной оси консоли 36 двигателя.
Консоли 36 двигателя используются для создания расстояния между осью вращения вращающегося элемента 34 и отверстиями 37 эжекции газа. Вращающийся элемент 34 содержит также лопасти 38. Каждая лопасть 38 установлена на вращающемся элементе 34 таким образом, чтобы обеспечивать возможность изменения угла атаки лопасти 38. Лопасти 38 имеют симметричный или асимметричный профиль и при вращении работают по тому же принципу, что крылья самолета. Вращающийся элемент 34 вращается с постоянной угловой скоростью, а изменение угла атаки лопастей 38, то есть угла между хордой крыла лопастей 38 и ветром, вызывает изменение положение воздушного транспортного устройства. Для подъема воздушного транспортного устройства 30 при постоянной скорости угол атаки лопастей увеличивают. И наоборот, для снижения угол атаки лопастей 38 уменьшают.
Конструкция воздушного транспортного устройства 30 по фиг.3 демонстрирует, что с его помощью можно создавать посредством лопастей 38 подъемную силу без передачи реактивного момента на конструкцию 31. Поэтому воздушное транспортное устройство 30 может быть укреплено непосредственно на опоре, такой как груз, и может совершать полет без необходимости использования средств компенсации момента.
Таким образом, воздушное транспортное устройство 30 по фиг.3 может использоваться в качестве относительно простого, а следовательно, и экономичного средства перемещения.
Для того чтобы лучше контролировать силы, создаваемые воздушным транспортным устройством 30, и для управления им во время полета, весь комплект, состоящий из реактивного двигателя, газораспределительного устройства 35, консолей 36 двигателя и лопастей 38, может быть установлен на карданном соединении. Это означает возможность регулирования положения вращающегося элемента 34 относительно конструкции 31 без создания кориолисовых сил. В альтернативном варианте комплект лопастей 38 может быть установлен на шарнире равных угловых скоростей.
На фиг.4 некоторые элементы устройства 30 по фиг.3 показаны более подробно. Позицией 40 обозначен схематично представленный газогенератор. Он создает воздушный поток, который используется для приведения во вращение элемента 34 относительно конструкции 31. Газогенератор окружен соединением 43 для крепления газогенератора в элементе 33 конструкции 31. Генерируемый газогенератором 40 газ нагнетается в направлении газораспределительного устройства 35. Как было описано со ссылкой на фиг.3, это газораспределительное устройство 35 является частью вращающегося элемента 34.
Конструкция с газораспределительным устройством 35, которое составляет часть вращающегося элемента 34, обеспечивает возможность прохода воздуха к консолям 36 двигателя по направлению к отверстиям 37 без необходимости в сложных и дорогих соединениях.
Устройство 30 по фиг.3 и 4 демонстрирует, что реактивный двигатель расположен по существу вертикально концентрично опоре лопастей 38. Нагнетаемые газы поступают непосредственно в консоли 36 двигателя.
Следует отметить, что в предпочтительном примере осуществления консоли 36 двигателя также спрофилированы таким образом, чтобы создавать дополнительную аэродинамическую поверхность для участия в создании подъемной силы этими консолями 36 двигателя.
В конструкции по фиг.4 воздухозаборник 41 находится в нижней части газогенератора 40. В предпочтительном примере осуществления другой воздухозаборник расположен у основания или вдоль стенки вращающегося корпуса или вращающейся опоры. Устройство снабжено ковшами или лопатками, позволяющими ориентировать воздух вдоль опоры двигателя. Истечение воздуха происходит вокруг горячих газов, что позволяет охлаждать их и снижать шумовую нагрузку. Воздух, ориентированный таким образом между реактивным двигателем и вращающейся опорой, может охлаждать газы примерно до 300-400 градусов. Это означает, что все компоненты, по которым транспортируется газ, меньше подвергаются воздействию тепла газа.
На фиг.5 воздушное транспортное устройство 300 показано во втором примере осуществления. Воздушное транспортное устройство 300 содержит конструкцию 31, позволяющую крепить ее на опоре, такой как груз. Эта конструкция 31 снабжена крепежными элементами 32, как в примере осуществления по фиг.3.
Воздушное транспортное устройство 300 содержит газогенератор 33, выполненный таким образом, что оси опоры и газогенератора совпадают. Воздушное транспортное устройство 300 по фиг.5 содержит первую и вторую лопасти 38. Кроме того, оно содержит первую и вторую консоли 36 двигателя.
Соединение между газогенератором 33 и консолями 36 двигателя показано более подробно на фиг.6. Фиг.6 представляет расположение газораспределительного устройства 35 с первым элементом 350 и вторым элементом 351, каждый из которых образует соединение между газогенератором 33 и консолью 36 двигателя. В целях наглядности на фиг.6 показана только одна консоль 36.
Фиг.6 демонстрирует, что конструкция устройства 300 обеспечивает простое и надежное соединение, позволяющее передавать газы от выхода газогенератора 33 к консоли 36 двигателя.
На фиг.7 воздушное транспортное устройство по фиг.3 и 4 показано укрепленным на грузе 50. Само собой разумеется, что воздушное транспортное устройство 30, показанное на фиг.7-10, может быть заменено на воздушное транспортное устройство 300 по фиг.5 и 6. Образованный устройством 30 и грузом 50 модуль может летать. Имеется множество неограниченных возможностей крепления груза 50 на устройстве 30. Грузы могут быть любых типов, это могут быть контейнеры, сухопутные или морские транспортные средства и другие грузы. Обеспечивается возможность перемещать грузы 50 на многие километры со значительным диапазоном высот полета.
Теоретически можно установить устройство 30 по фиг.3 и 4 на транспортном средстве. Эта потенциальная возможность использования показана на фиг.8.
На фиг.8 показан автомобиль 60, оснащенный устройством 30 по фиг.3. Соединения между устройством 30 и автомобилем 60 могут быть относительно простыми и недорогими.
Следует понимать, что одно из огромных преимуществ устройства 30 по изобретению является его модульный характер. На фиг.9 показана жесткая конструкция 70, соединенная с первым и вторым модулями 30 по фиг.3.
Показанная на фиг.9 конструкция демонстрирует возможности использования жесткой конструкции и нескольких модулей 30 для увеличения подъемной силы, обеспечиваемой устройством. Под такой конструкцией 70 может быть расположен поднимаемый груз 50. Другая возможность использования жесткой конструкции 70 и нескольких воздушных транспортных устройств по изобретению показана на фиг.10. На фиг.10 показаны четыре воздушных транспортных устройства 30 по изобретению, установленных на конструкции 80. Конструкция по фиг.10 может использоваться для чрезвычайно тяжелых грузов 50. Для компенсации массы груза 50 баллон 81 с гелием установлен на конструкции 80. Факт использования баллона 81 с гелием означает, что потребление топлива, необходимого для полета комплекта, может быть снижено. Кроме того, увеличивается максимальный вес, который может быть поднят.
Воздушное транспортное устройство 320 в третьем примере осуществления показано на фиг.11. Как показано на чертеже, воздушное транспортное устройство 320 содержит конструкцию 31 для крепления устройства 320 на опоре, такой как груз. Вращающаяся часть, которая вращается относительно этой конструкции, содержит первую и вторую лопасти 38. Кроме того, вращающаяся часть содержит первую и вторую консоли 360, 361 двигателя. На фиг.11 консоль 360 двигателя соединена со вторым газогенератором 331. Два газогенератора 330 и 331 встроены во вращающуюся часть воздушного транспортного устройства 320. Это означает, что поток газа от газогенераторов 330 и 331 может подаваться непосредственно на вход консолей 360 и 361 двигателя. Таким образом, соединения между газогенератором 330 и консолью 360 двигателя и между газогенератором 331 и консолью 361 двигателя являются прямыми, простыми и надежными.
В том случае, когда два газогенератора 330 и 331 встроены во вращающуюся часть воздушного транспортного устройства 320, топливный бак для газогенераторов может быть также встроен во вращающуюся часть воздушного транспортного устройства 320. Это означает, что топливный бак вращается вместе с двумя газогенераторами и консолями двигателя, с которыми соединены эти газогенераторы.
В четвертом примере выполнения воздушного транспортного устройства по изобретению газогенераторы расположены непосредственно внутри или выполнены заодно с лопастями. Такое устройство, используемое для вертолета, показано на фиг.12. Вертолет 90 содержит кабину 91, оснащенную воздушным транспортным устройством 30' по изобретению. Устройство 30' содержит первую и вторую лопасти 38'. Внутри лопастей 38' находится газогенератор 40'. Лопасти 38' снабжены отверстиями 37' на своих концах.
В показанной на фиг.12 конструкции газогенераторы 40' образуют одно целое с лопастями 38'. Это означает, что они вращаются вместе с лопастями 38' вокруг оси вращения. Воздушный поток создается лопастями 38'. В этом конструктивном исполнении воздушное транспортное устройство 30' не нуждается в сложных соединениях для передачи генерируемого газогенераторами 40' газа к соответствующим пунктам 37' назначения.
На фиг.12 показан вертолет 90, содержащий две лопасти 38'. Система по фиг.12 является модульной; другими словами, если требуется более значительная подъемная сила, количество лопастей 38' может быть увеличено. Система может быть оснащена лопастями в количестве от четырех до шести.
Устройства 30 и 30' по изобретению в комбинации с грузом может использоваться в различных целях. Одна из них заключается в использовании этого устройства без персонала. Это означает, что устройства 30 и 30' по изобретению могут управляться дистанционно. Альтернативно устройства 30 и 30' по изобретению могут быть подсоединены к системе управления для предварительного программирования и выполнения заданий автономным образом. В таком случае при необходимости вмешательства устройства 30 и 30' идентифицируются датчиками. Датчики посылают сигналы в систему управления, которая автоматически предпринимает управление устройствами для обеспечения необходимого вмешательства в управление устройствами 30 и 30'.
Один из возможных примеров использования устройств 30 и 30' показан на фиг.13. На фиг.13 схематично показана часть территории, которая включает в себя наземную базу 101. На этой базе устройства 30 и 30' по изобретению подготавливают к использованию.
Если поступает сигнал о пожаре вблизи этой базы, устройства 30 и 30' по изобретению направляются с помощью дистанционного управления или автоматизированным путем на место 102 пожара. Устройства 30 и 30' по изобретению снабжены, например, первым запасом воды, позволяющим начать борьбу с пожаром. Дистанционное управление устройствами 30 и 30' по изобретению может быть настроено на «автоматический режим» без вмешательства человека. Это означает, что возможно очень быстрое реагирование после первого сигнала с незамедлительным включением вертолета в действие. После первого сброса воды устройства 30 и 30' по изобретению могут направляться к станции вблизи базы, следуя по пути 103, прибывать к новому пункту 104 забора воды и заправляться водой для нового сброса.
В том случае, когда снабжение в пункте 104 забора воды исчерпано, устройства 30 и 30' по изобретению могут следовать по пути 105 к новому пункту 106 забора воды и продолжать выполнение задания.
Устройства 30 и 30' по изобретению могут выполнять все эти развороты с помощью дистанционного управления или автоматизированным образом. Так, например, они могут незамедлительно приводиться в действие в пределах первого получаса после возникновения пожара. После этого периода времени их могут сменить самолеты для борьбы с лесными пожарами и пожарные.
Важно отметить, что показанное на фиг.13 использование устройств 30 и 30' по изобретению для борьбы с пожаром демонстрирует лишь одну из различных возможностей использования этого устройства.