АЭРОМОБИЛЬ
AIRMOBILE

Настоящее изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве воздушного транспортного средства.
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, кинематически соединенные 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 наружными 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, М. кл. В62D 57/00, опубл. 15.11.93, Бюл. №41-42 /.
Недостатками известного аналога являются: сложность конструкции движителей вертикального подъема, недостаточная подъемная сила, наличие воздушного потока от вращающихся крыльев и воздействие его на окружающую среду.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией аэромобиля.
Известен также аэромобиль, содержащий корпус с водительским и пассажирским отделениями, внутри которого размещен двигатель, который механически через главный редуктор, передний, задний и бортовые редукторы соединен с движителями вертикального подъема, размещенными снаружи корпуса, общим количеством 12-16 штук, каждый из которых представляет собой вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого в его верхней части установлен осевой нагнетатель со спрямляющим аппаратом, соединенный вертикальным валом с редуктором, размещенным в нижней части, причем передние и задние движители вертикального подъема повернуты внутрь в сторону вертикальной оси, систему путевого управления, представляющую собой два центробежных нагнетателя, механически соединенных с главным редуктором, а пневматически соединенных с бортовыми соплами, управляемые решетки которых кинематически связаны с рулевым приводом, посадочное устройство в форме четырех, убирающихся во внутрь колес, два из которых механически соединены с главным редуктором /Патент США №3276528, кл. 180-119, опубликован 4.10.66/.
Известный аэромобиль по патенту США №3276528, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.
Недостатками известного аэромобиля по патенту США №3276528, принятому за прототип, являются: малая грузоподъемность, большой собственный вес, недостаточная устойчивость в полете, сильное воздействие движителей вертикального подъема на окружающую среду при движении вблизи поверхности суши или моря и при взлете-посадке.
Указанные недостатки обусловлены: низким КПД движителей вертикального подъема и их конструкцией, отсутствием механизмов управления аэромобилем в пространстве, наличием механизмов, применение которых ограничено взлетом и посадкой и не используется в полете.
Задачей настоящего изобретения является повышение технических характеристик аэромобиля.
Технический результат обеспечивается тем, что в аэромобиле, содержащем корпус, имеющий водительское и пассажирское отделения, двигатель, размещенный внутри корпуса в его передней части, движители вертикального подъема, механически соединенные с двигателем, механизмы управления, согласно изобретению вдоль обоих бортов выполнены продольные отсеки с верхними и нижними решетками, в которых размещены одинаковые по конструкции движители вертикального подъема, каждый из которых представляет собой прямоугольный корпус, открытый сверху и снизу, внутри которого на кронштейнах, на некотором расстоянии от его стенок закреплены один над другим, на некотором расстоянии друг от друга два одинаковых подъемных элемента, каждый из которых представляет собой прямоугольный ящик, установленный открытой частью вверх, в верхней части которого установлены на подшипниках горизонтально один возле другого, на одной и той же высоте в нечетном количестве несколько пар пустотелых барабанов цилиндрической формы, продольные оси которых параллельны друг другу, размещенные в паре соосно один за другим, на валу каждого из которых установлена шестерня, а между шестернями барабанов размещены промежуточные шестерни, установленные на осях, закрепленных на ящике, каждая из которых входит в зацепление с двумя шестернями двух рядом стоящих барабанов, причем вал привода связан с валом одной пары барабанов нижнего подъемного элемента, кроме того вал одного из барабанов нижнего подъемного элемента посредством двух конических шестерен, вертикальных валов и двух других конических шестерен соединен с валом одного из барабанов верхнего подъемного элемента, кроме того внутрь прямоугольного ящика обоих подъемных элементов вставлена пористая, упругая и стойкая к истиранию подушка, контактирующая с нижними поверхностями барабанов и дном ящика, причем все барабаны одного подъемного элемента установлены с возможностью вращения в одну и ту же сторону, а расстояние между двумя барабанами не должно превышать 0,3-0,5 мм, причем корпуса всех движителей вертикального подъема посредством гидромоторов могут поворачиваться на некоторый угол в ту и другую стороны вокруг поперечной оси, кроме того тормоза обоих дифференциалов посредством гидромеханизмов связаны с ручкой управления положением корпуса аэромобиля в пространстве, причем гидромоторы передних и задних движителей вертикального подъема посредством гидросистемы соединены с педалями путевого управления, а гидромоторы движителей вертикального подъема, находящихся в средней части, соединены с гидромеханизмом управления прямым и обратным ходом аэромобиля.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 - изображен общий вид аэромобиля;
на фиг.2 - вид на аэромобиль спереди;
на фиг.3 - вид на аэромобиль сверху;
на фиг.4 - вид на аэромобиль сзади;
на фиг.5 - схема привода движителей вертикального подъема;
на фиг.6 - общий вид движителя вертикального подъема;
на фиг.7 - вид на движитель вертикального подъема сверху;
на фиг.8. - вид на движитель вертикального подъема сбоку с частичным разрезом;
на фиг.9 - вид сбоку на верхний и нижний подъемные элементы;
на фиг.10 - вид сверху на верхний подъемный элемент;
на фиг.11 - схема привода барабанов верхнего подъемного элемента;
на фиг.12 - вид сверху на нижний подъемный элемент;
на фиг.13 - схема возникновения подъемной силы на подъемном элементе;
на фиг.14 - устройство двухзального редуктора;
на фиг.15 - устройство трехвального редуктора;
на фиг.16 - устройство двойного конического дифференциала;
на фиг.17 - устройство главного редуктора;
на фиг.18 - схема гидравлической системы управления движением аэромобиля;
на фиг.19 - гидравлическая система путевого управления;
на фиг.20 - гидравлическая система управления аэромобилем в пространстве;
на фиг.21 - устройство гидромотора наклона движителей вертикального подъема;
на фиг.22 - схема движения аэромобиля вперед;
на фиг.23 - схема движения аэромобиля назад;
на фиг.24 - схема снижения аэромобиля;
на фиг.25 - схема набора высоты аэромобилем;
на фиг.26 - схема создания крена на левый борт;
на фиг.27 - схема создания крена на правый борт;
на фиг.28 - схема поворота аэромобиля налево;
на фиг.29 - схема поворота аэромобиля направо.
Аэромобиль содержит корпус 1, имеющий водительское и пассажирское отделения. В задней части имеются: входные двери 2 и лестница 3 для входа внутрь аэромобиля. Корпус имеет левый 4 и правый 5 продольные отсеки, закрытые сверху и снизу решетками 6 для прохода воздуха. В нижней части корпуса закреплено посадочное устройство в форме двух продольных трубчатых лыж 7. В верхней части корпуса находится отсек 8 аварийной системы, в котором размещен парашют (на чертежах не показан). В продольных отсеках корпуса размещены передние 9, задние 10 и средние 11 движители вертикального подъема, которые посредством карданных валов 12, двухвальных 13 и трехвальных 14 редукторов, двойного конического дифференциала продольного наклона 15 с тормозами, работающими в масле, двойного конического дифференциала поперечного наклона 16 с тормозами, работающими в масле, соединены через главный редуктор 17 с двигателем 18, установленным в передней части корпуса и имеющим муфту сцепления 19. Все движители вертикального подъема одинаковы по конструкции и каждый из них содержит прямоугольный корпус 20, открытый сверху и снизу, внутри которого на кронштейнах 21, на некотором расстоянии от стенок корпуса и от друг друга, закреплены один над другим два подъемных элемента 22, одинаковых по конструкции. Каждый из них представляет собой прямоугольный ящик 23, установленный открытой частью вверх. В верхней части прямоугольного ящика установлены на подшипниках горизонтально один возле другого, симметрично на одной линии несколько пар пустотелых барабанов 24 цилиндрической формы в нечетном количестве. Продольные оси барабанов параллельны друг другу. На валу 25 каждого из барабанов установлена шестерня 26. Все шестерни барабанов соединены между собой, входящими с ними в зацепление, промежуточными шестернями 27, установленными на неподвижных, осях, закрепленными на ящике. Вал привода 28 соединен с валом одной пары барабанов. В паре два барабана соединены между собой соосно друг за другом. Нижний подъемный элемент посредством конических шестерен 29, 30, вертикальных валов 31, 32 с соединительной муфтой 33 и двух других конических шестерен 34, 35 соединен с валами барабанов верхнего подъемного элемента. Внутрь прямоугольного ящика подъемного элемента вставлена пористая, упругая, стойкая к истиранию подушка 36, контактирующая с нижними поверхностями барабанов с одной стороны и дном прямоугольного ящика с другой. Все барабаны выполнены из легкого и прочного материала и установлены с возможностью вращения в одну и ту же сторону. Верхние барабаны вращаются в противоположную сторону относительно нижних барабанов. Расстояние между двумя рядом стящими барабанами не должно превышать 0,3-0,5 мм. Каждый из двух и трехвальных редукторов содержит корпус 37, закрытый крышкой 38, на подшипниках которых установлены ведущий 39 и ведомый 40 валы, на которых закреплены и входят в зацепление друг с другом ведущая 41 и ведомая 42 шестерни. На свободных концах валов закреплены фланцы 43. Оба двойных конических дифференциалов одинаковы по конструкции. Каждый из них содержит корпус 44 с ведомой шестерней 45, входящей в зацепление с ведущей шестерней 46, закрепленной на ведущем валу 47. На подшипниках корпуса установлены двойные сателиты 48, малые шестерни которых входят в зацепление с шестернями 49, закрепленными на полуосях 50, а большие шестерни сателитов входят в зацепление с шестернями 51, закрепленными на трубчатых валах 52. На свободных концах трубчатых валов закреплены тормозные барабаны 53, взаимодействующие с тормозами 54. Главный редуктор содержит корпус 55, закрытый крышкой 56, на подшипниках которых установлены ведущий 57, промежуточный вал 58 и ведомые 59 валы, на которых закреплены соответственно ведущая шестерня 60, промежуточные шестерни 61 и ведомые шестерни 62. На свободных концах валов закреплены фланцы 63.
Все движители вертикального подъема установлены с возможностью наклона в продольной плоскости на некоторый угол в ту и другую стороны посредством гидромоторов 64, которые одинаковы по конструкции. Гидромотор содержит корпус 65, закрытый крышкой, имеющий основание 66 для крепления и штуцеры 67. Внутри корпуса установлен ротор 68, имеющий лопасть 69 и выполненный заодно с валом 70, который механически соединен с корпусом движителя вертикального подъема.
Гидравлическая система управления движением аэромобиля содержит масляный бак 71, масляный насос 72, гидравлический кран 73 с ручкой прямого и обратного хода и гидромоторы наклона средних движителей вертикального подъема левого и правого бортов. Все узлы соединены между собой трубопроводами.
Гидравлическая система путевого управления аэромобиля содержит масляный бак 74, масляный насос 75, ножные педали 76, установленные на оси 77 и имеющие рычаг 78, взаимодействующий с золотниками левого 79 и правого 80 гидравлических кранов, которые посредством трубопроводов соединены с гидромоторами передних и задних движителей вертикального подъема левого и правого бортов.
Гидравлическая система управления аэромобилем в пространстве при движении над поверхностью дороги содержит ручку управления 81, которая установлена на валу 82 с возможностью поворота в продольном и поперечном направлениях и имеет полукруглый сектор 83, масляный бак 84, масляный насос 85, два гидравлических крана 86, 87 продольного наклона, взаимодействующие с коленчатым рычагом 88, закрепленном на валу, два гидравлических крана 89, 90 поперечного наклона, взаимодействующие с полукруглым сектором, гидроцилиндры привода тормозов 91, 92 двойного конического дифференциала продольного наклона и гидроцилиндры привода тормозов 93, 94 двойного конического дифференциала поперечного наклона. Все агрегаты гидравлической системы связаны между собой трубопроводами.
1
1
1
Работает аэромобиль следующим образом. После запуска двигателя 18 включается муфта сцепления 19. Вращающийся момент через главный редуктор 17 карданными валами 12 через двойные конические дифференциалы продольного 15 и поперечного 16 наклона, трехвальные 14 и двухвальные 13 редукторы передается на передние 9, задние 10 и средние 11 движители вертикального подъема. Барабаны 24 движителей вертикального подъема приходят во вращение, создавая подъемную силу, которая уравновешивает вес аэромобиля и поднимает его над поверхностью дороги. Подъемная сила на движителях вертикального подъема образуется следующим образом. Когда барабаны 24 движителя вертикального подъема неподвижны, давление атмосферного воздуха на верхние поверхности барабанов и на дно ящика 23 одинаково и подъемной силы не возникает. При вращении вала привода 28 вращающийся момент через 26 и промежуточные шестерни 27 передается на валы 25 и соответственно на барабаны 24, которые вращаются в одном и том же направлении, как показано на фигуре 13 стрелками. Одновременно с этим через конические шестерни 29, 30, вертикальные валы 31, 32 с муфтой 33 и конические шестерни 34, 35 приводятся во вращение и барабаны 24 верхнего подъемного элемента 22. Барабаны верхнего подъемного элемента вращаются в одну сторону, а барабаны нижнего подъемного элемента 22 в противоположную. Массы воздуха, прилипшие к поверхностям барабанов 24 и находящиеся вблизи, движутся от одного барабана к другому. В результате на верхних поверхностях барабанов образуется движущийся пограничный слой воздуха М, передвигащийся со скоростью V. Из аэродинамики известно, что давление воздуха на какую-либо поверхность, по которой движется пограничный слой воздуха, всегда меньше, чем давление на поверхность, на которой воздух неподвижен. Поэтому давление воздуха на наружные поверхности барабанов 24 будет меньше атмосферного, а давление воздуха на наружную поверхность дна ящика 23 будет равно атмосферному, т.е. больше. Отсюда Р меньше Р. Разность этих давлений и будет подъемной силой F. Подушка 36 препятствует обтеканию воздушным потоком нижних поверхностей барабанов 24. В противном случае подъемная сила на верхних поверхностях барабанов уравновешивалась бы подъемной силой на нижних поверхностях барабанов. Прямоугольный корпус 20 препятствует обтеканию наружной поверхности дна ящика 23 при движении аэромобиля и тем самым уменьшению подъемной силы. Путем увеличения или уменьшения частоты вращения барабанов 24 можно изменять величину подъемной силы. Работа всех движителей вертикального подъема одинакова. Как только аэромобиль поднялся над поверхностью дороги, ручка гидравлического крана 73 из нейтрального положения переводится в положение "В". Масло из масляного бака 71 масляным насосом 72 через гидравлический кран 73 по трубопроводам подается в гидромоторы 64 средних движителей вертикального подъема 11 (фиг.18). Лопасти 69 гидромоторов поворачиваются, под действием давления масла, и вместе с роторами 68 и валами 70 поворачивают прямоугольные корпуса 20 средних движителей вертикального подъема 11 вперед в продольной плоскости (фиг.22). В результате подъемная сила F этих движителей вертикального подъема будет действовать под углом к силе веса Р, что приведет к возникновению дополнительных сил F, которые станут перемещать корпус аэромобиля в прямом направлении. Для торможения или движения назад ручка гидравлического крана 73 переводится в положение "Н". Масло из масляного бака 71 масляным насосом 72 через гидравлический кран 73 станет подаваться по трубопроводам в гидромоторы 64 с другой стороны. Лопасти гидромоторов повернутся в противоположные стороны и повернут туда же корпуса 20 средних движителей вертикального подъема 11 в продольной плоскости (фиг.23). Возникшие силы F станут замедлять движение аэромобиля вперед или перемещать его назад.
1
1
Управление аэромобилем по курсу осуществляется ножными педалями 76. При нажатии на правую педаль она поворачивается вокруг оси 77 и рычаг 78 нажимает на золотник гидравлического крана 79. Масло из масляного бака 74 масляным насосом 75 по трубопроводам подается в гидромоторы 64 передних и задних движителей вертикального подъема 9, 10. Лопасти 69 гидромоторов поворачиваются и в продольной плоскости наклоняют передний 9 и задний 10 движители вертикального подъема правого борта назад, а передний 9 и задний 10 движители вертикального подъема левого борта вперед. Возникающие дополнительные силы F разворачивают корпус 1 аэромобиля вправо (фиг.29). При нажатии на левую педаль она поворачивается вокруг оси 77 и рычаг 78 нажимает на золотник гидравлического крана 80. Масло из масляного бака 74 масляным насосом 75 подается по трубопроводам в гидромоторы 64 передних и задних 9, 10 движителей вертикального подъема, которые наклоняют передний и задний движители вертикального подъема левого борта в продольной плоскости назад, а передний и задний движители вертикального подъема правого борта вперед. Возникающие силы F поворачивают корпус 1 аэромобиля влево (фиг.28).
Управление аэромобилем в пространстве при движении над поверхностью дороги осуществляется следующим образом.
Чтобы осуществить набор высоты, необходимо повернуть ручку управления 81 в положение "на себя". Коленчатый рычаг 88 повернется и нажмет на золотник гидравлического крана 86. Масло из масляного бака 84 масляным насосом 85 станет подаваться в гидроцилиндр 92 дифференциала продольного наклона 15. Шток выдвигается, и тормоз 54 нажимает на тормозной барабан 53.
Задняя полуось 50 уменьшает частоту вращения, а передняя полуось 50 увеличивает. В результате частота вращения барабанов 24 двух передних движителей вертикального подъема 9 увеличится, а двух задних движителей вертикального подъема 10 уменьшится. Подъемная сила в передней части корпуса 1 аэромобиля увеличится, а в задней части уменьшится. Корпус аэромобиля повернется вокруг поперечной оси и займет положение, показанное на фигуре 25. Чтобы осуществить снижение аэромобиля, необходимо повернуть ручку управления 81 в положение "от себя". Коленчатый рычаг 88 повернется и нажмет на золотник гидравлического крана 87. Масло из масляного бака 84 масляным насосом 85 станет подаваться в гидроцилиндр 91. Тормоз 54 нажмет на тормозной барабан 53 двойного конического дифференциала 15 продольного наклона. В результате частота вращения барабанов 24 передних движителей вертикального подъема 9 уменьшится, а задних движителей вертикального подъема 10 увеличится. Подъемная сила в передней части корпуса 1 уменьшится, а в задней части возрастет, корпус аэромобиля повернется вокруг поперечной оси и займет положение, показанное на фигуре 24.
Для создания крена на правый борт необходимо ручку управления 81 отклонить вправо. Полукруглый сектор 83 нажмет на золотник гидравлического крана 89 поперечного наклона. Масло из масляного бака 84 масляным насосом 85 станет подаваться в гидроцилиндр 93, и тормоз 54 нажмет на тормозной барабан 53 двойного конического дифференциала поперечного наклона 16. Правая полуось 50 уменьшит частоту вращения, а левая полуось 50 настолько же увеличит. В результате частота вращения барабанов 24 средних движителей вертикального подъема 11 правого борта уменьшится, а барабанов 24 средних движителей вертикального подъема 11 левого борта увеличится. Подъемная сила F правого борта уменьшится, а левого борта возрастет. Корпус аэромобиль повернется вокруг продольной оси и займет положение, показанное на фигуре 27. Для создания крена на левый борт необходимо ручку управления 81 отклонить влево. Полукруглый сектор 83 нажмет на золотник гидравлического крана 90. Масло из масляного бака 84 масляным насосом 85 станет подаваться в гидроцилиндр 94. Тормоз 54 нажмет на тормозной барабан 53 двойного конического дифференциала 16 поперечного наклона. Левая полуось уменьшит частоту вращения, а правая на столько же увеличит. Частота вращения барабанов 24 левых средних движителей вертикального подъема 11 уменьшится, а правых средних движителей вертикального подъема 11 увеличится. Подъемная сила F по левому борту уменьшится, а по правому борту возрастет. Корпус аэромобиля повернется вокруг продольной оси и займет положение, показанное на фигуре 26. Тормоза 54 работают в масле для того, чтобы не происходило полной остановки тормозных барабанов 53, а вместе с ними барабанов 24 движителей вертикального подъема.
После прибытия на место назначения аэромобиль останавливается, обороты двигателя 18 плавно уменьшаются, а вместе с ними плавно уменьшается подъемная сила и аэромобиль опускается на выбранный участок.
При остановке двигателя 18 в полете для приземления используется парашют, находящийся в отсеке 8.
Изобретение позволяет повысить эксплуатационные качества аэромобиля.