Реактивный движитель летательного аппарата

Предлагаемое техническое решение относится к области транспортных средств специального назначения, использующих газожидкостные рабочие вещества, в первую очередь беспилотных летательных аппаратов.
Известно использование беспилотных летательных аппаратов для подачи и распыления различных веществ.
Например, из заявки US 2016082460, Luryto LLC, публикация 2016 г., известен беспилотный летательный аппарат для окраски стен зданий и сооружений, беспилотный летательный аппарат выполнен по схеме квадрокоптера и оснащен штангой с соплом для подачи краски. Управление таким аппаратом осуществляется лопастными винтами, при этом очевидна задача управления с компенсацией реактивной силы, которую создает сопло распыления краски, решаемая за счет использования лопастных винтов.
Из заявки CN 103661946, University Jiangsu, публикация 2014 г., известен беспилотный аппарат для распыления пестицидов, в котором сочетается использование несущего винта и сопл, распыляющих пестициды и одновременно использующихся для управления положением летательного аппарата. Для более рационального расходования пестицидов и растворителя распыляют двухфазное рабочее вещество, которое получают за счет использования лопаток и потока воздуха.
В патенте на полезную модель RU 137542, опубликованном в 2014 г., было предложено гидравлическое реактивное устройство для тушения пожаров, в котором имеется совокупность рабочих и управляющих стволов, подающих одно и то же рабочее вещество. При этом подразумевается, но прямо не указано, что в качестве рабочего вещества может быть воздушно-водная пена. Недостатком такого устройства является отсутствие возможности эффективного использования рабочего вещества, поскольку значительное его количество расходуется вне основного функционального назначения для управления летательным аппаратом.
Таким образом, существует техническая проблема повышения эффективности летательного аппарата, связанная с рациональным расходованием газожидкостного рабочего вещества при обеспечении маневренности и управляемости.
Наиболее близко к решению данной проблемы техническое решение из CN 103661946, в котором для управления летательным аппаратом используют двухфазное рабочее вещество. Однако, в CN 103661946 газожидкостной привод используется в качестве вспомогательного средства управления, в отличие от RU 137542 не до конца выявлены возможности использования рабочего вещества для управления летательным аппаратом.
реактивный движитель
В предлагаемом техническом решении (устройство газожидкостного привода) летательного аппарата позволит обеспечить маневренность и управляемость при оптимальном расходе рабочего вещества по основному функциональному назначению и для создания реактивной тяги.
реактивный движитель
реактивный движитель
смеси в виде пены
смесь в виде пены
соплам
смеси
Предложен подвижного, например, летательного аппарата, предусматривающий подачу газожидкостного рабочего вещества через, по меньшей мере, одно функциональное сопло. В отличие от аналога  включает источник рабочего вещества (газожидкостной ),связанный с сепаратором, разделяющим газожидкостную на легкую фазу и тяжелую фазу, подаваемую к соплу ()реактивной тяги. Под тяжелой и легкой фазами газожидкостной подразумеваются ее фазы, различающиеся содержанием газовой (воздушной) фазы в жидкости. Тяжелая фаза характеризуется меньшим содержанием газовой (воздушной) среды по сравнению с легкой фазой, то есть тяжелая фаза характеризуется большей плотностью по сравнению с легкой фазой. В предельном случае под тяжелой фазой может подразумеваться жидкость, а под легкой - газ. Сепаратор выбран из перечня, включающего, по меньшей мере: центробежный, гравитационный, мембранный сепаратор и может представлять собой турбину с электрогенератором или же механической передачей. Легкую фазу возможно использовать для ориентации в пространстве, гидравлического привода, нагнетания полостей несущих конструкций, аэростатов, рекламных устройств и т.п. Тяжелую фазу, подаваемую к соплу реактивной тяги, возможно использовать для выполнения технологических операций по основному функциональному назначению летательного аппарата.
Устройство газожидкостного привода летательного аппарата дополнительно может быть оснащено, по меньшей мере, одним лопастным несущим винтом с приводом, выбранным из перечня, включающего, по меньшей мере мотор пневмогидравлического привода, электромотор с отбором мощности от электрогенератора, механическую передачу турбины. Также предлагаемое устройство может быть взаимосвязано со средствами автоматического и (или) дистанционного управления подачей газожидкостного рабочего вещества, средствами навигации и позиционирования, может быть оснащено приемопередающим устройством или парашютом. Устройство представляет собой беспилотный летательный аппарат, либо часть летательного аппарата, функциональное назначение которого выбрано из перечня, включающего, по меньшей мере: тушение пожаров, создание водяной противопожарной завесы, полив, увлажнение воздуха, распыление удобрений, биохимическая обработка, дезактивация радиоактивных источников, мойка зданий и сооружений, окраска зданий и сооружений, перемещение рекламных конструкций, зрелищные мероприятия с фонтанами и водопадами.
Предложенное техническое решение поясняется чертежами:
рис. 1 - предложенное устройство в поперечном разрезе;
рис. 2 - пример использования предложенного устройства совместно с несущими винтами, расположенными по схеме квадрокоптера;
рис. 3 - пример использования устройства для тушения пожара и перемещения на воздушной подушке;
рис. 4 - пример использования устройства для зрелищных мероприятий с водопадом и для рекламы;
рис. 5 - пример использования устройства в качестве летающего рекламного щита.
реактивного движителя
Полезность предложенной модели  летательного аппарата может быть пояснена следующим образом.
смеси,
Использование газожидкостной например, водно-воздушной пены различной кратности, применяемой для тушения пожаров, мойки техники, дезактивации радиоактивных и химических веществ и т.п., позволяет оптимизировать различные технологические процессы за счет снижения расхода вещества, уменьшения затрат на его подачу и т.п. В случае использования пены в гидравлическом реактивном двигателе (см. патент на полезную модель RU 137542) становится возможным снизить вес рукава, по которому подается рабочее вещество, за счет низкой плотности последнего, что, в итоге, обеспечит большую высоту подъема устройства, даст возможность работать на высотных объектах, тушить верховые лесные пожары. Для того, чтобы нацелить расход пены на технологически нужды (распыление реагентов, окраска и т.п.) и снизить расход на ориентацию (управление, позиционирование) перемещающегося летательного аппарата, целесообразно разделить сепаратором (центробежным, гравитационным, мембранным и т.п.) газожидкостное рабочее вещество на две фазы, которые, как и было указано выше, различаются плотностью, то есть содержанием в них газа. Тяжелая фаза будет подана к соплу (соплам), создающему реактивную тягу, это же сопло с очевидностью сможет быть использовано и для тушения пожара. Легкая фаза, будет подана к соплу (соплам) управления.
смеси в виде пены
В целом, использование газожидкостной  эффективно с одной стороны за счет совместного действия газовой и жидкой фаз (функциональности), а с другой стороны за счет существенного снижения плотности рабочего вещества и массы аппаратуры, в том числе, трубопроводов, напорных рукавов, по сравнению с аппаратурой, наполненной тяжелой фазой (водой или водой с поверхностно-активными веществами).
реактивного движителя
Применение предлагаемого  (устройства газожидкостного привода) летательного аппарата, также за счет снижения плотности рабочей среды и массы аппаратуры, позволит повысить высоту полета и полезную грузоподъемность. Это, например, позволит использовать летательный аппарат в беспилотном исполнении для обслуживания высотных объектов, также для тушения верховых лесных пожаров.
реактивного движителя
Использование  летательного аппарата может быть пояснено примерами, не исключающими иные варианты исполнения, не противоречащими сущности предложенного технического решения.
Пример 1 (рис. 1, 2)
1…4
5
1…4
1…4
В качестве центробежного сепаратора рабочей вещества (пены) используют турбину. Выход тяжелой фазы соединен с соплами (стволами-мониторами) CM, создающими реактивную подъемную силу и обеспечивающими выполнение основных функций летательного аппарата, например, тушение пожара. Выход легкой фазы сепаратора соединен с соплом управления СМ, которое используется для ориентации летательного аппарата. Сепарация позволит снизить расход основной части рабочего вещества, а также уменьшит нагрузку на исполнительные устройства ИУ, которые управляют соплами СМ, что в итоге улучшит маневренность устройства и снизит расход энергии. Реактивное устройство снабжено электрогенератором (ЭГ), с которым связана турбина, гироскопическими средствами (ГС), парашютной системой (ПС). Также может быть предложен летательный аппарат с приводом лопастных винтов и соответствующим отбором мощности от электрогенератора на электромоторы и (или) расходом легкой фазы на моторы пневмогидравлического привода, и (или) механического отбора мощности от турбины (рис. 2).
Пример 2 (рис. 3)
Предложен летательный аппарат, включающий рукав подачи газожидкостного рабочего вещества в виде пены 1, гидравлическую турбину 2, электрогенератор 3, рабочие стволы 4 и 5, стволы управления и функционального назначения 6, центробежный сепаратор с первой ступенью 7 и второй ступенью 8, выходы тяжелой фазы пены 9 и 10, выход легкой фазы (воздуха) 11, юбку платформы пневмогидравлической подушки 12, барабаны 13, сальниковые муфты барабанов 14, рукав подачи пены 15, распределитель 16, пневматическую несущую конструкцию из полотна 17 и гибких труб 18 и 19, цилиндр пневмогидравлического привода опоры 20. Позицией 21 обозначен огонь верхового и низового пожара. Выход легкой фазы 11 соединен с пневматической несущей конструкцией 17, 18, 19, которая в исходном состоянии намотана на барабаны 13. В рабочем состоянии за счет нагнетания давления легкой фазы (воздуха) несущая конструкция приобретает жесткость и поддерживает рукав подачи тяжелой фазы 15 (пены с небольшим содержанием воздуха) к рабочим стволам 5, стволам управления и функционального назначения 6. Горизонтальные стволы 6 могут использоваться для управления и позиционирования летательного аппарата, а также для пенной мойки вертикальных конструкций, тушения фасадных пожаров, окраски стен и т.д. Вертикальные стволы 5 могут использоваться для подъема устройства и тушения верхового пожара, стволы 4 могут использоваться для подъема устройства на платформе пневмогидравлической подушки 12 и одновременно для тушения низового пожара или мойки мостовых. Опоры 20 могут использоваться для фиксации положения устройства.
Пример 3 (рис. 4).
I
II
III,
IV,
V,
VI,
VII,
VIII,
IX,
X,
XI,
XII.
VIII
IX
XI,
X
XII
II
VI.
VII,
V,
Предложен летательный аппарат для зрелищных мероприятий с водопадом и рекламой, который включает рукав подачи газожидкостной пены , гидравлическую турбину , электрогенератор рабочие стволы ствол управления сепаратор пневматическую надувную конструкцию куполообразной формы бассейн с оборотной жидкостью (водой) насос компрессор генератор пены рукав на катушке Работа данного устройства осуществляется по замкнутому циклу. Вода или вода с пенообразующими добавками из бассейна подается насосом в генератор пены куда компрессором также нагнетается газ или воздух. Пена подается в рукав, который намотан на катушку и поступает в центробежный сепаратор в виде гидравлической турбины  и в мембранный сепаратор Газ из сепараторов частично поступает в пневматическую надувную конструкцию куполообразной формы нагнетает в ней давление, необходимое для удержания устойчивой формы, а частично поступает в ствол управления выходит из него, и возникающая реактивная сила может использоваться для горизонтального позиционирования устройства.
IV,
VII
VIII,
III
VII
VII,
Тяжелая фаза (пена) из сепаратора поступает в рабочие стволы выходит из них, возникающая реактивная сила обеспечивает подъем устройства. Дополнительная подъемная сила возникает, если используется и нагнетается в оболочку газ с плотностью, меньшей плотности воздуха. Пена падает в бассейн который выполняет функцию гравитационного сепаратора, где происходит окончательная дегазация. Гидравлическая турбина приводит в действие электрогенератор , который обеспечивает электропитание подсветки пневматической надувной конструкции куполообразной формы и работу рекламной установки. За счет низкой плотности газожидкостного рабочего вещества достигается малая масса рукава и надувной конструкции, что позволяет поднимать летательный аппарат на значительную высоту, обеспечивает зрелищность водопада и видимость на большом расстоянии. Куполообразная форма несущей конструкции кроме того, защищает внутреннюю рекламную установку от осадков и обеспечивает плавный спуск при прекращении подачи рабочего вещества.
Пример 4 (рис. 5).
В качестве центробежного сепаратора используют турбину. Выход тяжелой фазы соединен со стволами, создающими реактивную подъемную силу. Выход легкой фазы соединен со стволами, обеспечивающими вращение рекламного щита. Регулирование скорости вращения рекламного щита может обеспечиваться за счет изменения кратности пены. Выход электрогенератора (ЭГ) соединен с сетью электропитания рекламного щита, что обеспечивает подсветку. Рекламный щит может быть выполнен в виде фигурной оболочки с газом, имеющим плотность меньше плотности воздуха, для уменьшения скорости снижения при отключении подачи рабочего вещества.