СПОСОБ СОЗДАНИЯ ДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
METHOD FOR PRODUCING THE DRIVING FORCE OF AN AIRCRAFT

Изобретение относится к авиатехнике и может быть применено при создании летательных аппаратов, основанных на диффузионном принципе создания движущей (подъемной) силы [B64C 39/06].
Известен СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ [А.С. Иванов, А.Т. Проказа. "Мир механики и техники", Москва: Просвещение, 1993 г., с.184], в котором крыло асимметричного аэродинамического профиля перемещают в воздушном пространстве под углом атаки к плоскости перемещения.
Недостатком аналога является низкий коэффициент подъемной силы при малых скоростях, обусловленный тем, что для поддержания равновесия между подъемной силой и силой тяжести летательный аппарат должен постоянно двигаться со скоростью, превышающей минимально возможную.
Также из уровня техники известен СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ [RU 2000101530 А, опубл. 10.11.2001 г.], в котором крыло аэродинамического профиля выполняют в форме конусного кольца, усеченная вершина конуса которого направлена вверх, и угол конусности которого соответствует углу атаки. В центральной части крыла создают равномерный радиально в горизонтальном направлении и по высоте крыла воздушный поток с помощью центробежного вентилятора. Недостатком данного аналога является низкий коэффициент подъемной силы при малых скоростях, а также неэффективное использование площади крыла корпуса летательного аппарата.
Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ ДЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА [RU 2406650 C1, опубл. 20.12.2010 г.], в котором крыло выполняют полым в форме кольца, через радиально-щелевое сопло нагнетают воздух в центральную полость крыла, которую разделяют винглетами на обеих стенках, с образованием равных сегментов, при этом радиально-щелевое сопло имеет в разрезе форму конуса или сопла Лаваля, а в каждом сегменте сверху и/или снизу крыла выполняют по не менее чем одной щели, ведущей в сегменты, причем щели выполняют с возможностью перекрытия посредством клапанов, а направление и силу тяги регулируют посредством открытия/закрытия клапанов и регулирования скорости потоков через радиально-щелевое сопло.
Основной технической проблемой прототипа является неэффективное использование площади крыла летательного аппарата для создания подъемной силы, которое обусловлено использованием для создания подъемной силы радиально-щелевых сопел, площадь которых составляет незначительную часть от общей площади крыла летательного аппарата, при этом необходимость создание замкнутых кольцевых воздушных потоков ограничивает использование иных форм корпуса крыла летательного аппарата, чем круглая.
Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом изобретения является более эффективное использование площади летательного аппарата для создания подъемной силы, обеспечение возможности применения любых геометрических форм той части корпуса летательного аппарата, которая предназначена для создания движущей (подъемной) силы.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ создания движущей силы летательного аппарата, характеризующийся тем, что изменяют направление и значение движущей силы посредством регулирования скорости потока газа внутри корпуса, отличающийся тем, что корпус летательного аппарата формируют из непроницаемых боковых стенок, а нижнюю и верхнюю стенки выполняют в виде каркаса, на ячейки которого установлены мембраны, размер отверстия в которых меньше длины свободного пробега молекул газа; внутри корпуса выполняют перегородки в виде отсеков, имеющих сквозные проемы, через которые вентиляторами нагнетают давление воздуха, направляя его поток через мембраны нижней стенки корпуса. В частности, направление и значение движущей силы изменяют посредством регулирования скорости и направления газа, создаваемого вентиляторами.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показан вид конструкции летательного аппарата сбоку, в разрезе.
На Фиг. 2 показан вид летательного аппарата сверху или снизу с увеличенным фрагментом каркаса с мембранами.
На чертеже обозначено: 1 - корпус крыла, 2 - мембраны, 3 - перегородка, 4 - вентиляторы, 5 - нижняя стенка, 6 - верхняя стенка, 7 - каркас.
Осуществление изобретения
Летательный аппарат (ЛА) (см. Фиг. 1, 2), реализующий заявленный способ создания движущей силы в газовой среде, содержит корпус 1 из непроницаемых боковых стенок, а нижнюю и верхнюю стенки выполняют в виде каркаса 7, на ячейки которого установлены мелкие мембраны 2.
Внутри корпуса выполняют перегородки в виде отсеков 3, имеющих сквозные проемы, через которые вентиляторами 4 нагнетают давление воздуха, направляя его поток через мембраны 2 нижней стенки 5 корпуса.
Мембраны 2 выполнены из тонкого материала с небольшими отверстиями, размеры которых малы по сравнению с длиной свободного пробега молекул газа. В соответствии с заявленным изобретением в качестве ЛА может использоваться в т.ч. фюзеляж летательного аппарата, если верхнюю и нижнюю части корпуса фюзеляжа выполнить из мембран 2 таким образом, чтобы внутри корпуса фюзеляжа летательного аппарата под мембранами 2 можно было создавать пониженное или повышенное давление относительно давления окружающего газа.
Согласно молекулярно-кинетической теории газов, давление газа на стенки - это результат ударов множества молекул в стенку. Как об этом пишется [Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.2. ФИЗМАТЛИТ, 2005 г., с.188], взаимодействие молекулы со стенкой можно мысленно разделить на 2 этапа. На первом этапе - молекула тормозится стенкой, останавливается и как бы прилипает к стенке. При этом на стенку действует сила F1. На втором этапе - молекула отталкивается стенкой, ускоряется и отскакивает от стенки. На стенку действует сила F2. Эта сила подобна силе отдачи при выстреле из орудия, где роль снаряда играет отскочившая молекула. На самом деле эти 2 этапа происходят одновременно, и на стенку действует результирующая сила F=F1+F2. Если каким-то образом удалось бы ограничить взаимодействие молекулы со стенкой одним этапом, то тогда молекулы газа оказывали вдвое меньшее давление на стенку. Сделать это можно с использованием мембраны с микроскопическими отверстиями, где толщина мембраны и размер отверстий меньше длины свободного пробега молекул в газе. Такая мембрана позволяет как бы увеличивать или уменьшать внешнее давление, увеличивая или уменьшая внутреннее давление в сосуде. Но это возможно только в том случае, если размер отверстия в мембране меньше длины свободного пробега молекул газа.
Способ создания движущей силы летательного аппарата в газовой среде может быть осуществлен следующим образом.
Перед созданием движущей силы внешнее давление газа соответствует давлению газа в зонах перед нижней 5 и верхней 6 стенках корпуса 1, при этом количество молекул газа, которые проходят через мембраны 2 во внутрь корпуса 1, соответствует количеству молекул газа, которые проходят через мембраны 2 во внешнюю среду.
Для создания движущей силы включают вентиляторы 4, смонтированные в проемах перегородок 3 и направляют потоки газа в нижнюю полость через мембраны нижней стенки 5, тем самым создают в ней избыточное давление, а в верхней полости возле стенки 6 создают область разрежения относительно внешнего давления газа, при этом через отверстия в нижней мембране 2 молекулы газа будут более часто вылетать из объема нижней стенки 5 корпуса 1, чем влетать в него, а через отверстия в верхней стенке 6 мембран 2 молекулы газа будут более часто влетать во внутренний объем верхней части 6 корпуса 1, чем вылетать из него, таким образом с внешней стороны верхней мембраны уменьшится общее количество молекул газа и внешнее давление газа - на верхнюю мембрану, а с внешней стороны нижней мембраны увеличится общее количество молекул газа и внешнее давление газа - на нижнюю мембрану. В результате чего на летательный аппарат будет действовать сила, стремящаяся поднять его вверх.
Для изменения направления действия движущей силы изменяют направление работы вентиляторов 4 и направляют потоки газа в верхнюю полость 6, тем самым создают в ней область повышенного давления, а в нижней полости 5 - область разрежения. В результате чего, на ЛА будет действовать сила, стремящаяся опустить его вниз.
Для изменения значения движущей силы изменяют скорость вращения вентиляторов 4. Таким образом, путем изменения давлений газа на нижнюю стенку 5 и верхнюю стенку 6 изменяют внешнее давление газа на корпус 1 и движущую силу ЛА.
Применение мембран 2 на верхних и нижних стенках крыльев и/или фюзеляжа летательного аппарата позволяет более эффективно использовать площадь летательного аппарата для создания движущей силы, при этом мембраны 2 для обеспечения обмена молекулами газа с внешней средой и создания подъемной силы не ограничены какими-либо геометрическими формами, таким образом использование заявленного изобретения позволяет создавать летательные аппараты с крыльями или без них, а также в виде дисков и других геометрических форм.
Мембраны могут быть выполнены, например, в виде трековых мембран [http://www.fitrem.ru/index.php?action=stat&idstat=3,
http://www.simas.ru/products/neft/filters/membr/membr_9588.html], органических полимерных мембран [http://www.mediana-filter.ru/kh3_4.html], графеновых мембран [http://meganauka.com/technologii/938-grafenovaya-membrana-opresnyaet-vodu.html] или лавсановых наномембран [http://web2edu.ru/shared/post.aspx?PK=bdbbdaa1-874a-4426-98e0-3afc48eec719].
Конструкция летательного аппарата, реализующего описанный способ, позволяет уменьшить габаритные размеры летательного аппарата, сохраняя при этом номинальную движущую (подъемную) подъемную силу.