ГИБРИДНОЕ (ПРЕОБРАЗУЕМОЕ) ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО

Рубрики международной патентной классификации (МПК) полезной модели:
B60F 5/02 - преобразуемые летательные аппараты.
Название полезной модели: «Гибридное (преобразуемое) транспортное средство». Полезная модель относится, к области малой авиации. Полезная модель может быть применена при создании гибридных транспортных средств, способных передвигаться по обычным дорогам как мотоцикл, а в воздушном пространстве как автожир.
Из уровня техники известно, что большинство мотоциклов в настоящий момент используют цепной (либо ременной) привод для передачи крутящего момента от трансмиссии к заднему колесу через систему «звездочек».
Известно также, что в автожирах крутящий момент передается от двигателя к маршевому винту либо непосредственно, либо через понижающий редуктор. При этом, во-первых, для обеспечения достаточной для взлета силы тяги, маршевые винты автожиров должны быть значительных диаметров. Во-вторых, во избежание неустойчивого поведения автожира в воздухе, вектор силы тяги маршевого винта должен проходить через центр масс летательного аппарата либо несколько ниже центра масс. Для решения указанных вопросов в современных автожирах обычно устанавливаются небольшие задние колеса на достаточно высоких штангах-креплениях, при этом колеса разнесены на расстояние, достаточное для обеспечения работы одного большого маршевого винта.
Использование высоких штанг с маленькими колесами и, соответственно, высокий центр тяжести являются причиной весьма неустойчивого поведения автожира при движении по земле. Кроме того, положение маршевого винта позади пилота снижает приток воздуха к маршевому винту, и, следовательно, приводит к потерям мощности. Такое принципиальное решение (один большой маршевый винт и маленькие колеса на высоких штангах) усложняет возможность конструирования и использования гибридов автожир-мотоцикл, способных уверенно передвигаться по земле и в воздушном пространстве.
Известны попытки создания гибридных устройств, способных передвигаться по земле, как мотоцикл, а в воздухе как автожир. Похожим существенным признаком полезной модели и ее аналогов являются лишь то, что все они используют технологии, применяемые в автожирах для осуществления полетов. Например, американской компанией Butterfly, LLC патентовался летающий мотоцикл, названный Super Sky Cycle (информация взята с сайта http://thebutterflyllc.com). Указанная конструкция содержит стандартные для автожиров конструктивные решения (большой маршевый винт, маленькие задние колеса и при этом высокий центр тяжести), что уменьшает устойчивость аппарата при движении по земле.
Маршевый винт в такой конструкции частично заслонен пилотом и двигателем, что приводит к потерям мощности.
Голландской компанией PAL-V также разрабатывается конструкция летающего мотоцикла (информация взята с сайта http://www.pal-v.com). Для того чтобы сохранить устойчивость аппарата в воздухе, не нарушая его устойчивости при движении по земле голландские конструкторы применили достаточно сложные технологии. Во-первых, это раскладной маршевый винт. Во-вторых, технология, позволяющая при движении по земле производить наклон корпуса аппарата в направлении радиуса окружности поворота.
Решения, использованные конструкторами PAL-V для создания гибридного аппарата представляются сложными, дорогостоящими и не полными. Указанные решения позволяют обеспечить удовлетворительную устойчивость аппарата при движении по земле, однако дорогостоящи, и вопрос потерь мощности вследствие недостаточного притока воздуха к маршевому винту не решен. Для создания гибридного транспортного средства необходимо также унифицировать устройства управления аппаратом на земле и в воздухе. Известно, что для изменения направления движения мотоцикла в настоящее время используется V-образный руль. Рулевая стойка прикреплена непосредственно к вилке переднего колеса, а также соединена с помощью подшипника (подшипников) с рамой мотоцикла. При этом поворот руля означает поворот переднего колеса мотоцикла в нужную сторону и, соответственно изменение направления движения.
Известно также, что для изменения направления движения автожира необходимо не только управление ротором, осуществляемое ручкой управления ротора путем наклона ее в нужную сторону, но также, во избежание «скольжения», необходимо выровнять корпус аппарата по направлению движения. Такое выравнивание корпуса достигается нажатием на ножные педали, которые приводят в движение вертикальное оперение автожира.
Нижняя часть ручки управления ротором обычно соединена с двумя рулевыми рейками. Наклоны ручки управления ротором вперед-назад вызывают соответствующие продольные перемещения одной рулевой рейки относительно другой. Наклоны ручки управления ротором вправо-влево вызывают соответствующие поперечные перемещения одной рулевой рейки относительно другой. Рулевые рейки соединены шарнирами с вертикальными штангами, которые, в свою очередь, соединены с головкой ротора. Таким образом, наклоны ручки вызывают изменения углов плоскости вращения ротора и, соответственно, направления движения аппарата.
В свою очередь, для того, чтобы выровнять положение корпуса автожира относительно направления его движения необходимо изменять угол наклона руля направления. В современных автожирах изменение угла руля направления происходит посредством нажатия на правую либо левую педаль, которые соединены тросиками с рейками руля направления. Если педали не нажаты, специальные пружины возвращают руль направления в нейтральное положение. Увеличение либо уменьшение оборотов двигателя происходит посредством перемещения рычага управления двигателем (РУД).
Таким образом, для управления автожиром человеку необходимо задействовать две руки (одна рука меняет положение ручки управления ротора, другая рука меняет положение РУДа) и две ноги (для управления рулем направления). Управление движением мотоцикла часто целиком осуществляется с помощью руля и расположенных на нем переключателей (газ, сцепление, тормоз). Известны попытки создания гибридных устройств, способных передвигаться по земле, как мотоцикл, а в воздухе как автожир.
Например, Super Sky Cycle содержит стандартные для управления автожиром конструктивные решения (кроме руля мотоцикла в конструкции присутствует ручка управления ротором, педали для управления рулем направления), что приводит к неудобству управления аппаратом.
Задачей создания данной полезной модели было проектирование аппарата, позволяющего оптимально сочетать возможность устойчивого движения аппарата на земле (при снятии ротора и удобном его размещении) и в воздухе с наименьшими затратами средств и времени. Результатом использования данной полезной модели станет появление мобильно перестраиваемого аппарата, позволяющего преобразовывать привод и системы управления аппарата в режимы наземного и полетного использования. При этом аппарат не будет требовать аэродромного хранения, а может размещаться в обычном гараже или даже на автомобильной стоянке.
Для решения поставленной задачи необходимо сделать следующие существенные решения:
- разработать принципиальную схему мобильно перестраиваемой гибридной силовой установки;
- разработать принципиальную схему гибридного управления транспортным средством.
- разработать принципиальную схему компоновки гибридного транспортного средства для движения по земле и в воздухе;
Таким образом, сущностью полезной модели является применение силовой установки гибридного транспортного средства, устройства для управления гибридным транспортным средством и компоновки, описываемым ниже. Гибридное транспортное средство может быть, в принципе, создано внесением изменений в силовую установку мотоцикла и добавлением элементов автожира, таких как мачта ротора, и ротор, при этом своеобразным рулем направления может, в принципе являться переднее колесо. Однако, для устойчивого движения гибридного транспортного средства в воздухе должны быть соблюдены, как минимум, еще и следующие условия компоновки: вектор силы тяги (1) должен проходить через центр масс аппарата либо ниже центра масс, моменты силы тяжести передней и задней части (относительно центра масс) аппарата должны быть равны, точка крепления ротора должна находиться строго над центром масс аппарата. В компоновку мотоцикла должны быть внесены следующие изменения (см. фиг. 1). Центр масс аппарата должен располагаться внутри топливного бака (2) аппарата чтобы изменения количества топлива не изменяло равновесия аппарата. Двигатель, в зависимости от его массы, должен располагаться либо непосредственно под центром масс, либо на той же высоте, но несколько спереди (чтобы момент силы тяжести передней части аппарата был равен моменту силы тяжести задней части аппарата с ЭВП и массивным задним колесом). Сиденье члена экипажа (3) должно находиться прямо над центром масс аппарата (сиденье также может являться одновременно топливным баком), а ось вертикального вращения ротора должна проходить через центром масс аппарата. Кроме того, целесообразно предусмотреть багажно-балансировочный отсек (7) в передней части аппарата.
Для того, чтобы аппарат устойчиво передвигался в наземном режиме необходимо обеспечить удобное складывание таких полетных принадлежностей как ротор (4) и горизонтальный стабилизатор. Для ротора предусмотрена специальная полость под креслом пилота. Таким образом, в сложенном виде ротор располагается наискось, один конец ротора находится вблизи нижней части переднего колеса (5) аппарата и проходит через багажно-балансировочный отсек (7), далее, линия ротора может проходить рядом с топливным баком, который, выполнен таким образом, что делает возможным беспрепятственное размещение ротора. Например, бак может быть выполнен в виде буквы «П» либо в виде своеобразного полого кольца и т.д.. Далее, линия ротора проходит над задним колесом (6), и другой конец ротора торчит позади мотоцикла на достаточной для безопасного движения высоте.
На фиг. 2 отражена принципиальная схема конструкции горизонтального стабилизатора. Горизонтальный стабилизатор аппарата состоит из трех частей: центральной (1), правой и левой (2). Правая и левая части горизонтального стабилизатора имеют плоские выступы на торцах, которые вставляются в щель центральной части стабилизатора. На торцах выступов могут находиться магниты (3), благодаря которым правая часть стабилизатора крепко прижимается к левой части внутри горизонтальной части стабилизатора. Крепление левой части стабилизатора к правой части внутри центральной части может осуществляться также и другими способами, например, с помощью специальных скоб, которые могут устанавливаться в верхней части центрального стабилизатора и проходить через центральную часть стабилизатора и выступы правой и левой части горизонтального стабилизатора. Стабилизатор испытывает только поперечные нагрузки, поэтому такие способы крепления достаточны. Снятые левая и правая части горизонтального стабилизатора могут крепиться в специальных проволочных рамках-карманах справа и слева от заднего колеса. Мачта ротора гибридного транспортного средства может складываться, но может быть и не складной, она состоит из правой и левой силовых частей, между которыми возможно просовывать ротор, для складывания его под сиденье и движения аппарата в наземном режиме. Складывание мачты ротора может быть достигнуто наличием двух больших горизонтальных шарниров в середине правой и левой частей аппарата. Фиксация мачты в сложенном либо разложенном состоянии может достигаться фиксацией горизонтальных шарниров, например, с помощью установления специальных шпилек либо болтов в горизонтальные отверстия в шарнирах мачты.
Для возможности использования силовой установки аппарата как в режиме мотоцикла так и в режиме автожира необходимо произвести следующие изменения в принципиальную конструкцию мотоцикла. На валу, который проходит через ось заднего колеса (далее - «вал заднего колеса»), устанавливается звездочка (далее - «звездочка закольцованного пропеллера»). Величина звездочки, количество зубцов подбирается таким образом, чтобы частота вращения соответствовала полетной частоте вращения закольцованного пропеллера. В оба ответвления вилки, на которой крепится заднее колесо с помощью упомянутого вала, встраивается по подшипнику. Теперь вал заднего колеса проходит через три подшипника: два на концах вилки по обе стороны заднего колеса и один в самом колесе. При необходимости переключения силовой установки в полетный режим происходит переключение цепи (либо ремня) с одной звездочки (находящейся на внешней части подшипника заднего колеса) на другую (находящуюся на валу заднего колеса). По обе стороны заднего колеса к ответвлениям вилки (через шарнирное крепление) и подшипникам, установленным в концах вилки, крепятся элементы воздушного привода (ЭВП).
ЭВП состоит из:
- гильзы стойки балансировочного шасси, из которой может выдвигаться и закрепляться стойка балансировочного шасси, гильза крепится одним концом с помощью шарнира к вилке заднего колеса, и боковой поверхностью к угловому редуктору закольцованного пропеллера,
- гильзы вала закольцованного пропеллера, внутри которой на подшипнике крепится вал закольцованного пропеллера (вал закольцованного пропеллера может соединяться через карданный вал с валом заднего колеса),
- углового редуктора (можно использовать также ШРУС или карданный вал), который соединен с валом закольцованного пропеллера и самим закольцованным пропеллером,
- закольцованного пропеллера, который связан с угловым редуктором;
При прикреплении торца гильзы вала закольцованного пропеллера к внешней стороне вилки вал закольцованного пропеллера непосредственно либо через небольшой карданный вал соединяется с валом заднего колеса. Диаметр заднего колеса должен быть больше диаметра закольцованных пропеллеров, для того, чтобы закольцованные пропеллеры не мешали передвижению аппарата по земле. Современные технологии изготовления колец, когда ширина кольца находится в специальном соотношении с диаметром пропеллера (обычно это один к четырем) и зазор между внутренними стенками кольца и краями лопастей составляет несколько миллиметров, увеличивают силу тяги до 30% по сравнению с маршевым винтом такого же диаметра и веса, но без кольца. Использование закольцованных пропеллеров позволяет получать качественно иные веса и размеры аппаратов. Движение цепи (либо ремня) создает вращение уже не заднего колеса мотоцикла, а двух закольцованных пропеллеров, вставших по обе стороны от заднего колеса в перпендикулярной ему плоскости. Вращение закольцованных пропеллеров происходят в противоположных направлениях благодаря угловым редукторам. Диаметр обоих закольцованных пропеллеров будет меньше чем диаметр одного маршевого винта, который потребовался бы для обеспечения полета аппарата такой же массы. Значит, центр тяжести аппарата может быть понижен на величину уменьшения радиуса маршевого винта. Следовательно, аппарат будет устойчивее аналогов при движении по земле, при этом устойчивость при движении в воздушном пространстве также возрастет.
При движении аппарата по земле без намерения совершить полет вал закольцованного пропеллера отсоединяется от оси заднего колеса и складывается, прижимаясь к бортам мотоцикла. ЭВП также может сниматься вообще. Ротор при движении в наземном режиме также снят с мачты и может крепиться под сиденьем аппарата.
Полученный аппарат обладает более высоким задним колесом, чем обычный мотоцикл, но силовая установка аппарата позволяет производить переключения из наземного режима в полетный режим и обратно. При движении по земле в режиме мотоцикла (когда ротор автожира снят) такой аппарат будет устойчивее, чем ближайшие аналоги (PAL-V и Super Sky Cycle), так как имеет устойчивую схему обычного мотоцикла. При движении в воздухе аппарат будет устойчивее, не только чем PAL-V, Super Sky Cycle, но даже чем обычный автожир, за счет наличия двух закольцованных пропеллеров, вращающихся во встречных направлениях (отсутствуют реактивные моменты при резком сбросе скорости либо резком ускорении, поворот носа аппарата встречным потоком воздуха при наличии двух работающих закольцованных пропеллеров осуществить сложнее). Для возможности использования системы управления аппаратом как в режиме мотоцикла так и в режиме автожира необходимо произвести следующие изменения в конструкцию мотоцикла.
Рулевая стойка состоит из двух частей. Нижняя часть рулевой стойки имеет цилиндрическую форму, нижним торцом она крепится к вилке переднего колеса, на другом торце крепится ШРУС, который соединяет нижнюю рулевую стойку и верхнюю рулевую стойку. На поверхности нижней рулевой стойки, у ее нижнего основания, сделано отверстие для крепления шпилькой гильзы переключателя управления. Нижняя рулевая стойка вставляется в трубку круглого сечения, которая соединена с балкой рамы мотоцикла. Внутри трубки находится подшипник, позволяющий делать свободные повороты нижней рулевой стойки вокруг своей оси. Верхняя рулевая стойка также имеет цилиндрическую форму, однако, меньшего сечения. Верхний торец верхней рулевой стойки прикреплен непосредственно к рулю. На оси верхней рулевой стойки, вблизи верхнего и нижнего торцов закреплены два подшипника, размер сечения которых равен размеру сечения нижней рулевой стойки. К внешнему краю каждого из подшипников прикреплены горизонтальными шарнирами направляющие рейки. Другими концами направляющие рейки соединены с помощью горизонтальных шарниров с ручкой управления ротором. Верхняя рулевая стойка имеет отверстие, в которое может вставляться шпилька, на которую может опираться торец гильзы переключателя управления для фиксации верхнего положения гильзы. Гильза переключателя управления представляет собой цилиндрическую трубку, которая способна перемещаться вверх-вниз вдоль осей рулевых стоек. При этом, в верхнем положении гильза переключателя управления достаточно плотно прилегает к поверхностям обоих подшипников. В нижнем положении гильза переключателя управления плотно прилегает к поверхности нижней рулевой стойки. При этом поверхность гильзы имеет в нижней части отверстие, которое может быть совмещено с отверстием в нижней рулевой стойке и гильза может быть зафиксирована в этом положении шпилькой. Гильза переключателя управления имеет вертикальную щель для того, чтобы через эту щель могли проходить направляющие рейки, соединяющие внешние стороны подшипников и ручку управления ротором посредством горизонтальных шарниров. Ручка управления ротором имеет стандартное для автожиров крепление с рейками управления ротором. Таким образом, когда гильза переключателя управления находится в верхнем положении, наклоны руля в любом направлении приводят к соответствующим наклонам ручки управления ротором. На нижней части нижней рулевой стойки крепятся направляющие хвостового оперения, представляющие собой два небольших штыря. К их краям крепятся тросики хвостового оперения, которые могут крепиться к штырям управления осью. Штыри управления прикреплены к оси управления рулями, на которой закреплены две звездочки для управления правым и левым рулями направления. В кольца пропеллеров вставлен вращающийся на подшипниках вал руля направления, к которому крепятся полукруглые крышки колец. Одна из крышек жестко прикреплена к валу руля направления, другая крышка может свободно вращаться на валу и крепиться с другой крышкой, при этом плоскости крышек соприкасаются. На верхней части вала руля направления установлена звездочка вала направления. Каждая из звездочек, находящаяся на оси управления связана цепью со звездочкой соответствующего вала руля направления. Таким образом, поворот руля мотоцикла вызывает горизонтальные перемещения направляющих хвостового оперения, эти перемещения передаются с помощью тросиков хвостового оперения штырям управления осью, вызывая ее вращение. Вращение оси происходит одновременно с вращением звездочек, расположенных на ней. Вращение от звездочек, расположенных на оси передается с помощью цепей на звездочки левого и правого валов рулей направления и, соответственно на валы рулей направления. Вращение валов рулей направления вызывает повороты левого и правого рулей направления (представляющих из себя сложенные и скрепленные крышки закольцованных пропеллеров). Таким образом, поворот руля вокруг оси вызовет поворот плоскости переднего колеса и изменения направления рулей направления.
Управление аппаратом на земле (когда гильза переключателя управления зафиксирована в нижнем положении) сводится к поворотам руля вокруг оси. В этом положении гильза переключателя управления не позволяет совершать наклоны руля. Управление аппаратом в воздухе, либо в режимах «взлет» или «посадка» (когда гильза переключателя управления зафиксирована в верхнем положении) сводится к поворотам руля вокруг оси и наклонам руля в любую сторону. В этом положении гильза переключателя управления позволяет не только делать повороты руля вокруг оси, но и его наклоны в любую сторону. РУД при таком управлении может быть заменен, применяемой на мотоциклах, рукояткой регулировки газа.
Расчеты показывают примерные отношения полетной массы, силы тяги и мощности двигателя (См. таблицу 1, информация с сайта http://www.prostor.webzone.ru).
Двигатель
Мощность (л.с.)
Примеры реально достигнутой статической тяги (кгс)
Полетная масса автожира (кг)
Hirth 33
22
70
140
РМЗ 640 «Буран»
35
110
220
РМЗ 500 «Тайга»
45
140
280
Rotax 582
64
160
320
Rotax 912
80
200
400
Rotax 912 ULS
100
230
460
Subaru EJ 25
150
280
560
Известно, что легкие модели мотоциклов (кроссовые внедорожные мотоциклы) с мощностью двигателя 50 л.с. (достаточной для полета автожира полетной массой 300 кг) весят около 90 кг. Для расчета массы одноместного гибридного аппарата к указанной массе мотоцикла необходимо прибавить массу ротора (около 17 кг), массу двух закольцованных пропеллеров с балансировочными шасси (около 10 кг), увеличение масса заднего колеса, если использовать карбон, практически не изменится, массу горизонтального стабилизатора (около 5 кг) и массу мачты ротора (около 7 кг), массу гибкого привода раскрутки ротора (2 кг). В итоге масса одноместного гибридного аппарата (мотоцикл-автожир) без пилота не должна превысить 133 кг.
Для целей расчетов необходимо руководствоваться следующим соотношением сил тяги и диаметров колец (согласно информации, предоставленной компанией ТрекАэро - разработчиком закольцованных пропеллеров лично автору, см. таблицу 2):
Одноместный мотоцикл
Двухместный мотоцикл
Статическая тяга, кг
133
132
132
253
259
Внутренний диаметр кольца, мм
550
600
750
750
Внешний диаметр кольца, мм
634
692
865
865
Ширина кольца, мм
153
167
208
208
Количество лопастей пропеллера
4
3
2
4
Скорость пропеллера, рпм
7200
6600
5300
5300
Двигатель, модель
XR50, Аиксро
Симонини Виктор 1
Симонини Мини 3
Симонини Виктор 2
Ротакс 912 ULS
Мощность двигателя, л.с.
50
44
36
92
95
Масса кольца, кг
1,45
1,75
2,70
2,70
2,70
Масса пропеллера с хабом, кг
3,41
2,95
2,50
4,15
4,25
Масса двигателя, кг
31,8
31,7
20,0
51,7
56,9
Комбинированная масса, кг
26,5
41,1
30,3
65,4
70,7
С помощью данной таблицы можно примерно определить диаметр заднего колеса, он должен быть таким, чтобы закольцованный пропеллер не касался земли при движении аппарата в наземном режиме, а именно, где-то на 15 см больше, чем
кольцо закольцованного пропеллера. Из этих же таблиц можно примерно определить мощность двигателя, который необходим для одноместного и двухместного аппаратов. Например, при размере заднего колеса одноместного аппарата 105 см и массе аппарата 130 кг для взлета аппарата (с пилотом) понадобится двигатель всего лишь в 36 лошадиных сил. Это означает, что расход топлива будет составлять всего 3 литра в час. При таком расходе и емкости топливного бака в 35 литров одноместный аппарат теоретически может преодолевать расстояния более 1300 км.
Предварительные расчеты показывают, что возможно даже создать ультра-легкий летательный аппарат с массой до 115 кг, для использования которого, согласно законодательству ряда стран, нет необходимости в получении пилотских лицензий и процедур регистрации. Соотношение весов основных частей аппарата позволяет сделать такой вывод. Применение роторных двигателей Ванкеля немецкой компании Аиксро (Aixro) наряду с использованием колес, закольцованных пропеллеров и частей рамы, выполненных из карбона, позволит сконструировать такой аппарат. Так, двигатель XR50 при массе всего 17 кг обладает мощностью около 50 л.с., кроме того, он гораздо меньше вибрирует по сравнению с обычными поршневыми двигателями. По информации, предоставленной автору по запросу, южноафриканской компанией БлэкСтоунТек (BlackStoneTek, BST), диск заднего колеса из карбона, изготовленный компанией, диаметром 70 см (достаточный размер для одноместного аппарата), будет иметь массу не более 4 кг. Масса двух закольцованных пропеллеров по информации, предоставленной по запросу североамериканской компанией ТрекАэро (TrekAero) составит менее 10 кг.
Техническим результатом применения разработанной компоновки, силовой установки и устройства управления гибридного транспортного средства будет являться создание такого гибридного транспортного средства, которое сможет устойчиво передвигаться как по земле, так и в воздухе, будет экономичнее, легче и проще в управлении, чем его ближайшие аналоги.
К описанию прилагаются восемь фигур, отражающих существенные признаки полезной модели.
На фиг. 1 показана принципиальная схема компоновки гибридного транспортного средства.
На фиг. 2 показана принципиальная схема механизма горизонтального стабилизатора гибридного транспортного средства.
На фиг. 3 и 4 показана принципиальная схема силовой установки гибридного транспортного средства (защищенная патентом автора на полезную модель №133470). Для удобства иллюстрации на схеме показаны не закольцованные пропеллеры.
На фиг. 5 показана принципиальная схема устройства для управления гибридным транспортным средством (в соответствии с ранее поданной заявкой автора на получение патента на полезную модель №2013144942).
На фиг. 6 показана принципиальная схема управления рулями направлений.
На фиг. 7 (рисунок) показано гибридное транспортное средство без ЭВП. Его внешний вид отличается от обычного мотоцикла большим задним колесом и наличием дополнительной звездочки на валу заднего колеса.
На фиг. 8 (рисунок) изображено гибридное транспортное средство с установленным, но сложенным для движения по дороге ЭВП, а также с помещенным под сиденье ротором.
На фиг. 9 (рисунок) изображено гибридное транспортное средство с установленным, но приведенным в полетное состояние ЭВП, а также с установленным для полета ротором и горизонтальным стабилизатором.
Полезная модель может быть материализовано применением компоновки гибридного транспортного средства, описанной выше путем такого крепления частей гибридного транспортного средства на раме, которое соответствует компоновке, а также применением в нем устройств силовой установки и устройства управления, описываемыми ниже.
Силовая установка гибридного (преобразуемого) транспортного средства может быть материализована следующим образом.
Устройство силовой установки содержит (см. фиг. 3 и 4):
1 Металлическую (или металлическую, армированную карбоном) вилку заднего колеса с длинными ответвлениями. Вилка охватила заднее колесо с обеих сторон своими ответвлениями. Через концы каждого ответвления вилки и через ось заднего колеса прошел стальной вал заднего колеса.
2 Заднее колесо диаметра, превышающего диаметр кольца закольцованного пропеллера, из легкого сплава, карбона или усиленного карбоном сплава. Заднее колесо прикреплено к вилке с помощью стального вала заднего колеса и трех подшипников. Один подшипник установлен на оси заднего колеса, а два других вмонтированы в концы каждого ответвления вилки.
3 Звездочку заднего колеса, которая жестко установлена на внешней стороне подшипника заднего колеса. Через эту звездочку заднее колесо получает вращательный момент от цепи либо ремня, тянущегося от трансмиссии.
4 Звездочку закольцованного пропеллера, которая также жестко установлена на валу заднего колеса. При перемещении цепи со звездочки заднего колеса на звездочку закольцованного пропеллера вращательный момент передается уже на закольцованные пропеллеры через систему связанных элементов: вал заднего колеса - карданный вал - вал закольцованного пропеллера - угловой редуктор.
5 Подшипников вилки заднего колеса. Они позволяют свободно вращаться валу заднего колеса, а значит передавать вращение от звездочки закольцованного пропеллера к закольцованным пропеллерам через упомянутую выше систему: вал заднего колеса - карданный вал - вал закольцованного пропеллера -угловой редуктор.
6 Металлического вала заднего колеса цилиндрической формы. Вал заднего колеса может иметь прямоугольные пазы на торцах, позволяющие пристыковывать к ним небольшие стальные карданные валы (если они используются, имеющие соответствующие выступы), соединенные с валами закольцованных пропеллеров.
7 Металлической цепи (либо ремня) передающих вращение от трансмиссии к какой-либо из звездочек. При движении в наземном режиме цепь передает вращение звездочке заднего колеса. При движении в воздухе, в режимах «взлет» и «посадка» цепь передает вращение звездочке закольцованных пропеллеров. Перестановка цепи с одной звездочки на другую может осуществляться посредством переключателя, реализованного на гоночных велосипедах (переключатель не отражен на прилагаемых рисунках).
8 Подшипника заднего колеса, который установлен в оси заднего колеса.
К каждому ответвлению вилки заднего колеса, в двух местах с помощью шарнирного крепления (которое может жестко фиксироваться) прикреплена система деталей, называемая в данном описании элемент воздушного привода (ЭВП).
9 Верхнее крепление ЭВП. Допускает жесткую фиксацию ЭВП к ответвлению вилки заднего колеса в ее верхней части.
10 Закольцованные пропеллеры из композитных материалов. Диаметр кольца подбирается в зависимости от веса аппарата и, соответственно, необходимой силы тяги.
11 Небольшой стальной карданный вал (может, но не обязательно должен, использоваться в конструкции) может быть жестко прикреплен одним из торцов к валу закольцованного пропеллера. Другой конец вала закольцованного пропеллера имеет прямоугольный выступ, позволяющий осуществлять стыковку с валом заднего колеса (который имеет прямоугольные пазы на торцах). Таким образом, вращательный момент беспрепятственно передается от вала заднего колеса на вал закольцованного пропеллера, даже в ситуации, когда оси обоих валов находятся под некоторым углом.
12 Подшипник вала закольцованного пропеллера установлен внутри гильзы вала закольцованного пропеллера и соединяет гильзу и вал закольцованного пропеллера, позволяя валу закольцованного пропеллера беспрепятственно осуществлять вращение.
13 Металлический вал закольцованного пропеллера. Вал закольцованного пропеллера имеет форму простого цилиндра и позволяет передавать вращение от вала заднего колеса на угловой редуктор, который передает вращение закольцованного пропеллера. Вал закольцованного пропеллера крепится, с одной стороны, подшипником вала закольцованного пропеллера, с другой стороны к угловому редуктору.
14 Металлический угловой редуктор. Своим кожухом жестко прикреплен, к гильзе вала закольцованного пропеллера, торцом - гильзе стойки балансировочного шасси. Вал закольцованного пропеллера жестко соединен с одной из конических шестеренок внутри углового редуктора, в то время как другая коническая шестеренка жестко соединена с осью закольцованного пропеллера. Так, вращение валов закольцованных пропеллеров передается на закольцованные пропеллеры.
15 Металлическая стойка балансировочного шасси. Имеет цилиндрическую форму. К ней прикреплено балансировочное шасси. Стойка может убираться в гильзу и жестко фиксироваться как в убранном, так и в разложенном состоянии с помощью отверстий в стойке и гильзе и небольших стальных штырей либо винтов и гаек.
16 Металлическая гильза стойки балансировочного шасси. Имеет форму полого цилиндра с отверстиями для крепления стойки балансировочного шасси. Внутри гильзы может располагаться стойка балансировочного шасси, когда балансировочное шасси убрано для эксплуатации аппарата в наземном режиме. Верхним торцом гильза стойки балансировочного шасси крепится к верхнему креплению ЭВП. К внешней стороне гильзы стойки балансировочного шасси жестко прикреплен угловой редуктор.
17 Балансировочное шасси. Служат для балансировки аппарата в режимах «взлет», «посадка». Предотвращают касание кольцами закольцованных пропеллеров поверхности земли. Для использования в качестве балансировочного шасси вполне могут подойти колеса от небольших дачных тачек для перевозки земли. Не воспринимают нагрузку аппарата, а служат балансировке аппарата в указанных выше режимах.
18 Металлическая гильза вала закольцованного пропеллера. Представляет собой трубку круглого сечения. Одним из торцов прикреплена к ответвлению вилки заднего колеса с помощью шарнирного крепления, допускающего жесткую фиксацию (на фигурах не показано). Внутри указанной гильзы с помощью подшипника закреплен вал закольцованного пропеллера, передающий вращение от вала колеса к угловому редуктору. Другой торец гильзы вала закольцованного пропеллера жестко прикреплен к угловому редуктору.
19 Металлическое скользящее крепление. Может представлять собой трубку круглого либо прямоугольного сечения (в зависимости от сечения рамы мотоцикла). Трубка одета на раму мотоцикла и может перемещаться вдоль нее и фиксироваться в двух положениях на раме (в положении, когда ЭВП сложен вдоль борта мотоцикла для движения в наземном режиме и положения, когда закольцованные пропеллеры ЭВП установлены в плоскости, перпендикулярной плоскости заднего колеса). Фиксация может производиться с помощью установки небольшого штыря в отверстия на скользящем креплении и раме мотоцикла. Скользяще крепление соединено со штангой рамы с помощью небольшого стального шарового шарнира. Скользящее крепление может также реализовываться иным способом, например, в виде простого цилиндра, движущегося в пазу рамы либо иной горизонтальной части мотоцикла.
20 Металлическая штанга рамы может быть любого профиля, однако достаточно прочной. Она служит для фиксации ЭВП в двух положениях: полетном, когда закольцованные пропеллеры расположены в плоскости, перпендикулярной плоскости заднего колеса и наземном, когда ЭВП и закольцованные пропеллеры располагаются вдоль корпуса аппарата. Штанга рамы соединена одним концом со скользящим креплением, другим концом с шарнирным креплением на гильзе стойки шасси.
21 Металлическое шарнирное крепление на гильзе стойки шасси соединило штангу рамы и гильзу стойки шасси.
22 Композитные кольца закольцованных пропеллеров присоединены к валу закольцованного пропеллера, могут также присоединяться и к гильзам стоек балансировочных шасси. Внутри них осуществляют вращения пропеллеры.
При эксплуатации аппарата в наземном режиме цепь (7) установлена переключателем на звездочку (3) заднего колеса. Теперь крутящий момент передается от трансмиссии через цепь и звездочку заднего колеса на заднее колесо. Скользящее крепление (19) перемещено вдоль горизонтального элемента мотоцикла и установлено в самом крайнем положении (максимально близко к переднему колесу) и зафиксировано в этом положении. При этом ЭВП и закольцованные пропеллеры заняли положение вдоль бортов мотоцикла. Стойки балансировочных шасси (15) убраны в гильзы (16) и зафиксированы. Силовая установка аппарата готова к движению в наземном режиме мотоцикла. Большое заднее колесо (2) при пониженном центре тяжести (понижение достигнуто уменьшением диаметра закольцованных пропеллеров (10)) обеспечивает устойчивое движение аппарата в режиме мотоцикла.
При эксплуатации аппарата в режиме автожира цепь (7) установлена переключателем на звездочку (4) закольцованного пропеллера. Скользящее крепление (19) перемещено вдоль горизонтального элемента мотоцикла и установлено в самом крайнем положении (максимально близко к заднему колесу) и зафиксировано в этом положении. При этом ЭВП и закольцованные пропеллеры заняли положение перпендикулярно заднему колесу. Наконечники карданных валов (11) вставлены в пазы вала заднего колеса (6). Стойки балансировочных шасси (15) выдвинуты из гильз (16) и зафиксированы. Теперь крутящий момент передается от трансмиссии через цепь (7), звездочку закольцованного пропеллера (4), вал заднего колеса (6), валы закольцованных пропеллеров (13) и угловые редукторы (14) на закольцованные пропеллеры (10). Силовая установка аппарата готова к движению в воздушном режиме автожира. Так как угловые редукторы (14) расположены в противоположных направлениях, вращение закольцованных пропеллеров (10) осуществляется во встречных направлениях. Это позволяет компенсировать реактивные моменты закольцованных пропеллеров при резком увеличении оборотов двигателя либо их резком снижении. Значит, аппарат в этих ситуациях не разворачивает в воздухе в направлениях, поперечных движению. Низкое расположение векторов тяги закольцованных пропеллеров (за счет уменьшенного диаметра каждого из двух закольцованных пропеллеров (10), по сравнению с ситуацией, когда использовался бы один большой маршевый винт, обеспечивает продольную устойчивость аппарата при движении в воздухе - аппарат не раскачивается в полете вверх-вниз относительно своего центра тяжести).
Устройство управления гибридным транспортным средством может быть материализовано следующим образом. Устройство содержит (см. фиг. 5 и 6):
1. Металлический V-образный руль, который прикреплен к верхнему торцу верхней стойки управления.
2. Металлическая гильза переключателя управления имеет форму цилиндрической трубки. В трубке просверлено отверстие для фиксации трубки шпилькой к нижней стойке управления. В трубке имеется вертикальная щель, сквозь которую должны проходить горизонтальные шарниры направляющих реек.
3. Металлические подшипники переключателя управления закреплены на оси верхней стойки управления. Диаметр подшипников чуть меньше внутреннего диаметра гильзы переключателя управления и гильза переключателя управления может перемещаться вдоль оси верхней стойки управления. К внешней поверхности подшипников прикреплены с помощью горизонтальных шарниров направляющие рейки.
4. Металлические направляющие рейки имеют форму тонких вытянутых цилиндров. Они прикреплены одними концами с помощью горизонтальных шарниров к внешним сторонам подшипников, установленных на оси верхней рулевой стойки, а другими концами с помощью горизонтальных шарниров к ручке управления ротором.
5. Металлическая верхняя рулевая стойка имеет цилиндрическую форму. К верхнему торцу этой стойки прикреплен руль, нижний торец соединен с ШРУСом. На оси верхней рулевой стойки располагаются два подшипника переключателя управления. Верхняя рулевая стойка имеет отверстие над местом соединения с ШРУСом для установки шпилькой (шпильки нет на схеме) верхнего положения гильзы переключателя управления.
6. Металлическая ручка управления ротором имеет цилиндрическую форму, крепится нижней частью к рейкам управления ротором. К боковой стороне ручки управления ротором с помощью горизонтальных шарниров прикреплены направляющие рейки.
7. ШРУС нижней рулевой стойки соединяет верхнюю и нижнюю рулевые стойки, которые прикреплены к нему торцами. Диаметр ШРУСа чуть меньше внутреннего диаметра гильзы переключателя управления.
8. Металлическая нижняя рулевая стойка имеет цилиндрическую форму. Нижний ее торец соединен с вилкой переднего колеса, на боковых поверхностях у нижнего торца прикреплены направляющие руля направления. Диаметр нижней рулевой стойки чуть меньше внутреннего диаметра гильзы переключателя управления и при перемещении гильзы на эту рулевую стойку она достаточно плотно прилегает к ней. Верхний торец нижней рулевой стойки соединен с ШРУСом нижней рулевой стойки.
9. Металлические рейки управления ротором имеют цилиндрическую форму, соединены шарнирами с ручкой управления ротором. В то же время нижняя рейка соединена шарниром с балкой рамы. Таким образом, рейки могут перемещаться относительно друг друга в продольных и поперечных плоскостях.
10. Металлическая балка рамы имеет цилиндрическую форму, является частью конструкции рамы аппарата. К ее переднему торцу крепится стальная трубка с вмонтированным подшипником рулевого управления.
11. Металлический подшипник рулевого управления вмонтирован в стальную трубку, которой заканчивается балка рамы. К внутренней части подшипника присоединена нижняя рулевая стойка, которая может свободно вращаться вокруг своей оси.
12. Металлическая вилка переднего колеса соединена с торцом нижней рулевой стойки, которая передает ей вращение. Нижними частями своих ответвлений вилка соединена с осью переднего колеса, которая проходит через подшипник переднего колеса.
13. Переднее колесо аппарата. Может быть выполнено как легкое колесо мотоцикла или мопеда и иметь спицы и обод. В случае, когда в гибридном аппарате переднее колесо выполняет также роль руля направления в воздухе, вместо спиц обод колеса соединен с подшипником с помощью сплошной (или полусплошной) пластины из легкого материала.
14. Направляющие хвостового оперения представляют собой стальные штырьки, одним из своих концов прикреплены к боковым сторонам нижней рулевой стойки. На противоположных торцах стальных штырьков закреплены концы тросиков хвостового оперения.
15. Металлические тросики хвостового оперения прикреплены одними концами к торцам направляющих хвостового оперения, а другими концами соединены с направляющими руля направления (не показаны на схеме).
16. Металлические штыри управления осью крепятся на оси, соединены с направляющими хвостового оперения с помощью тросиков хвостового оперения.
17. Металлическая ось представляет из себя вал тонкого сечения, на котором жестко закреплены: штыри управления осью, звездочка правого руля направления и звездочка левого руля направления.
18. Металлические звездочки правого и левого рулей направления закреплены на оси, на них надеваются цепи, связывающие их, соответственно, с левой и правой звездочками валов рулей направления.
19. Металлические цепи звездочек соединяют соответствующие звездочки рулей направления и звездочки валов рулей направления.
20. Металлические звездочки левого и правого валов рулей направления закреплены соответственно на осях левого и правого валов рулей направления, соединены с помощью цепей, соответственно, со звездочками правого и левого рулей направления таким образом, что поворот звездочки руля направления вызывает поворот звездочки вала руля направления.
21. Металлические левый и правый валы рулей направления пронизывают вертикально по диаметру задние части колец закольцованных пропеллеров и закреплены в кольцах с помощью подшипников, либо могут крепиться с помощью подшипников на петлях, прикрепленных к задним частям колец закольцованных пропеллеров. На оси валов рулей направления, над кольцами закольцованных пропеллеров крепятся звездочки валов рулей направления. К внешней поверхности валов рулей направления крепятся крышки закольцованных пропеллеров, таким образом, что одна из крышек может свободно вращаться на валу, а другая жестко с ним соединена.
22. Крышки закольцованных пропеллеров изготовлены из композитных материалов. Геометрически представляют половинки круга. Присоединены прямыми сторонами к валам рулей направления. Одна из крышек присоединена жестко, другая может свободно вращаться вокруг вала. Крышки могут соединяться с помощью магнитов, расположенных на закругленных поверхностях, либо с помощью иных креплений. Соединенные вместе крышки каждого из закольцованных пропеллеров представляют из себя правый или левый рули направления.
При эксплуатации аппарата в наземном режиме гильза переключателя управления (2) установлена в нижнее положение - обхватывает нижнюю рулевую стойку (8). Нижний подшипник переключателя управления (3) оказывается прижатым к внутренней верхней части гильзы переключателя управления (2), другой конец гильзы прикреплен через отверстие шпилькой к нижней рулевой стойке (8) Теперь крутящий момент от руля (1) передается через верхнюю рулевую стойку (5), ШРУС (7), нижнюю рулевую стойку (8), вилку переднего колеса (12) на переднее колесо (13), вызывая его поворот в нужном направлении. Когда гильза переключателя управления (2) находится в нижнем положении она не позволяет осуществлять наклоны руля (1), так как плотно охватывает нижний подшипник переключателя управления (3) и нижнюю рулевую стойку (8). Как только гильза переключателя управления (2) перемещена в верхнее положение и установлена поверх шпильки, помещенной в отверстие нижнего края верхней рулевой стойки (5), наклоны руля (1) становятся возможными, так как гильза переключателя управления (2) не фиксирует одновременно положения подшипника переключателя управления (3) и нижней рулевой стойки (8), а охватывает только два подшипника. Наклоны руля (1) передаются через направляющие рейки (4) ручке управления ротором (6), а через нее на рейки управления ротором (9). При этом возможны и повороты руля (1) вокруг оси, которые, во-первых, осуществляют повороты переднего колеса (13), которое может выполнять роль руля направления, во вторых, повороты руля (1) вызывают перемещения направляющих хвостового оперения (14), которые посредством тросиков хвостового оперения (15) вызывают перемещения штырей управления осью (16) и, соответственно, вращение оси (17). Вращение оси (17) передается находящимся на ней звездочкам правого и левого рулей направления (18), а от них вращение передается с помощью цепи (19) на звездочки левого и правого валов рулей направления (20) и, соответственно, на валы рулей направления (21), представляющие из себя сложенные крышки закольцованных пропеллеров (22).
Таким образом, полезная модель «Гибридное (преобразуемое) транспортное средство» позволяет создать аппарат, который способен передвигаться по земле как обычный мотоцикл, допускает хранение в обычных гаражах и на автостоянках, в случае необходимости, может осуществлять взлет и полет на значительные расстояния.