Летающий автомобиль
FLYING CAR

Изобретение относится к конструкции летающих автомобилей с вертикальным взлетом и посадкой.
Известны конструкции летающих автомобилей с вертикальным взлетом и посадкой.
Недостаток известных конструкций состоит в сложности разворачивания крыльев с винтами в рабочее положение для обеспечения взлета и полета автомобиля, что невозможно в стесненных условиях, в необходимости создания подъемной силы с использованием различного рода вращающихся винтов, в необходимости складывания крыльев с винтами после приземления. Для приземления необходимо иметь посадочную полосу, поскольку отсутствует возможность маневрирования над предполагаемым местом посадки при вертикальном положении осей несущих винтов. Отсутствует возможность двигаться задним ходом и боком. Нет надежной системы спасения при отказе двигателя в воздухе.
Цель изобретения - создание автомобиля вертикального взлета и посадки без использования подъемной силы вращающимися частями, обладающего возможностью двигаться в воздухе в нужном направлении, в том числе задним ходом и боком, обеспечивающего безопасный спуск при отказе силовой установки, в том числе и на воду, передвижение по воде в заданном направлении.
Поставленная цель достигается тем, что используют летающий автомобиль, представленный на Фиг. 1
Летающий автомобиль имеет все атрибуты обычного наземного автомобиля, с добавлением органов управления взлетом, маневрированием в воздухе, поступательным движением в воздухе и посадкой. Для обеспечения вертикального взлета, полета в нужном направлении, вертикальной посадки, движения задним ходом и боком в корпусе автомобиля установлен компрессор - 1, интеркуллер - 2, расположенные в звукоизолированном отсеке с возможностью привода их от электродвигателей, питаемых от электрогенератора (электрогенераторов) автомобиля; и емкости со сжатым воздухом - 3 (на фиг. 1 показаны пунктиром). Сверху автомобиля расположено полое замкнутое грузоподъемное крыло - 4, выполненное с возможностью телескопического (с возможностью управляемого изменения длины) соединения с корпусом автомобиля телескопическими стойками - 4а. Внутри элементы крыла укреплены нервюрами (на фиг. 1 не показаны) для обеспечения сохранения формы крыла при накачке его сжатым воздухом. Компрессор соединен с интеркуллером и с полостью грузоподъемного крыла напорным воздуховодом - 5 (показана только его наружная часть). Емкости со сжатым воздухом - 3 соединены с напорным воздуховодом - 5 аварийным клапаном (на Фиг. 1 не показан). Вверху грузоподъемного крыла - 4 расположен кольцевой конфузор - 6, выполненный с возможностью его управляемого открытия и закрытия. В нижней части грузоподъемного крыла - 4 спереди, сзади и по бокам расположены конфузоры - 7, выполненные с возможностью их управляемого открытия и закрытия. Боковые конфузоры выполнены с возможностью поворота на определенный угол относительно вертикальных осей.
В задней части автомобиля находится закрытый кожухом воздушный винт - 8, работающий от двигателя автомобиля. Под днищем автомобиля расположен контейнер - 9 (показан пунктиром) с находящейся в нем надувной подушкой безопасности, принимающей после наполнения сжатым воздухом форму надувной лодки. Надувная лодка выполнена с возможностью подачи сжатого воздуха под днище для создания воздушной подушки при взлете летающего автомобиля с воды. На крыше автомобиля может располагаться багажник - 10 (показан пунктиром).
Летающий автомобиль функционирует следующим образом. Для вертикального взлета грузоподъемное крыло - 4 приподнимают над крышей автомобиля телескопическими стойками - 4а. Включается компрессор – 1, подающий сжатый воздух по воздуховоду - 5 в интеркуллер - 2 для охлаждения воздуха, и далее по воздуховоду - 5 в полость грузоподъемного крыла - 4. При этом все конфузоры закрыты. После заполнения замкнутой полости грузоподъемного крыла - 4 сжатым воздухом открывается кольцевой конфузор - 6 и происходит обдув верхней плоскости грузоподъемного крыла - 4 сжатым воздухом, имеющим скорость, большую, чем скорость воздуха под нижней плоскостью грузоподъемного крыла - 4. Это обеспечивает понижение давления воздуха над верхней плоскостью грузоподъемного крыла - 4 по сравнению с давлением воздуха под нижней плоскостью грузоподъемного крыла - 4. По физическому закону Бернулли это приводит к возникновению подъемной силы у грузоподъемного крыла - 4 и у соединенного с крылом автомобиля. При выходе из кольцевого конфузора - 6 сжатый воздух «прилипает» к верхней плоскости грузоподъемного крыла - 4: «эффект Коанда», чем обеспечивается его ламинарное течение. При выходе сжатого воздуха из кольцевого конфузора - 6 на него, и через него на автомобиль, начинает действовать реактивная сила, направленная вверх. Под действием подъемной и реактивных сил автомобиль взлетает вертикально. Регулированием величины раскрытия кольцевого конфузора - 6 обеспечивается регулирование скорости выходящего воздуха, а следовательно, и величины подъемной силы, для остановки подъема автомобиля и фиксации его на нужной высоте. Работой боковых конфузоров - 7 автомобиль разворачивается в нужном направлении, после чего включается в работу воздушный винт – 8, и летающий автомобиль движется поступательно в заданном направлении. При этом встречный поток воздуха, обтекая выпуклый профиль автомобиля сверху, имеет скорость, большую, чем поток воздуха снизу, обтекающий плоскую нижнюю поверхность автомобиля. Это определяет возникновение подъемной силы, аналогичной подъемной силе крыла самолета, что позволяет уменьшить расход сжатого воздуха через конфузор - 6. При приближении к месту посадки, воздушный винт - 8 останавливается и работой переднего конфузора - 7 обеспечивается торможение автомобиля в воздухе за счет реактивной силы, направленной против направления поступательного движения. Согласованной работой конфузоров – 7, работающих как двигатели малой тяги, обеспечивается точное наведение летающего автомобиля на площадку приземления. Управлением работой конфузора - 6 обеспечивается вертикальная посадка летающего автомобиля. При необходимости более мягкой посадки, например при транспортировке больного или приводнения летающего автомобиля, подается сжатый воздух в подушку безопасности, принимающей форму надувной лодки, и автомобиль мягко садится на землю или на воду. При движении по воде используется воздушный винт - 8 и конфузоры - 7.
При аварийной ситуации в воздухе, - отказ системы подачи сжатого воздуха в грузоподъемное крыло - 4 или по другой причине переключается аварийный клапан (возможно его переключение и вручную) и подается сжатый воздух в грузоподъемное крыло - 4 из баллонов со сжатым воздухом - 3, что и обеспечивает безопасное снижение и приземление (приводнение) летающего автомобиля.
Преимущество данной конструкции летающего автомобиля заключается в вертикальной посадке без посадочной полосы, возможности точного позиционирования перед вертикальной посадкой, отсутствии сложных кинематических узлов, винтов для создания подъемной силы, простоте управления, возможности использования для его изготовления стандартных агрегатов. Основные преимущества состоят в возможности работы в стесненных условиях, например в городских условиях, в горах, для спасения людей из горящих высотных зданий за счет спуска на ограниченные по размерам площадки и вертикального взлета с них, в возможности посадки на воду и взлета с воды для спасения людей. Не исключено и применение в военных целях для доставки военнослужащих к месту назначения вместо десантирования на парашютах, вывоза раненных.
Расчет подъемной силы летающего автомобиля
Для плоскости, расположенной горизонтально, или горизонтального воздушного потока уравнение Бернулли выглядит так
2
pV/2+P=CONST
Из него видно, что чем выше скорость воздушного потока, тем меньше давление, и наоборот.
В уравнении: p(po) - плотность воздуха P (pressure) - давление в точке пространства, в которой расположен центр массы элемента воздуха, V - скорость воздуха в потоке.
Первое (левое) слагаемое уравнения Бернулли - кинематическая энергия потока, или динамическое давление. Его создает движение воздуха. В авиации его также называют скоростным напором.
Второе слагаемое P - это статистическое давление, которое оказывают друг на друга соседние слои воздуха.
Форма обтекаемой воздухом поверхности (крыла) летательного аппарата как бы отделяет поток воздуха от нижней части. Скорость воздушного потока в верхней части крыла больше, чем в нижней. Значит и давление над верхней частью крыла меньше, чем под нижней. За счет разности этих давлений и возникает подъемная сила крыла.
Очевидно, что левая и правая части уравнения Бернулли имеют размерность давления.
При скорости V=0, первое (левое) слагаемое уравнения равно нулю и P=const.
2
При нормальном атмосферном давлении (в пределах до высоты 1000 метров) P=1,033 кг/см. С увеличением скорости V, давление P на плоскость обдуваемую воздухом уменьшается.
3
При скорости V=30 м/сек и p(po)=1,293 кг/м - табличная величина
Динамическое давление составит:
2
2
2
1,293*(30)/2=581,85 кг/м=0,582 т/м
Атмосферное давление на квадратный метр
4
1,033*10=10,33 т/м
Давление на крыло площадью 1 м, обдуваемое воздухом со скоростью 30 м/с. Уменьшится на величину динамического давления и составит
2
1,033-0,582=9,748 т/м.
При площади крыла 5 м давление на нижнюю плоскость, не обдуваемую воздухом
10,33*5=51,65 т.
Давление на верхнюю плоскость крыла, обдуваемую воздухом
9,748*5=48,74 т.
Разность давлений - подъемная сила
51,65-48,74=2,91 т.
При скорости V=35 v/с. Динамическое давление составит
2
2
2
1,293(35)/2=791,96 кг/м=0,792 т/м.
При площади крыла 5 м давление на нижнюю плоскость прежнее - 51,65 т/м.
Давление на 1 кв.метр верхней плоскости крыла будет меньше на величину динамического давления
2
10,33-0,792=9,538 т/м.
Давление на 5 м составит
2
9,538*5=47,69 т/м.
Разность давлений - подъемная сила
51,65-47,69=3,96 т.
Вывод. Подбор параметров площади крыла и скорости обдува его воздухом позволяет рассчитать необходимую величину подъемной силы.