ДВИЖИТЕЛЬ ДЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ И ПЛАВУЧИХ АППАРАТОВ

Полезная модель относится к области авиации и судостроения и может быть использована на летательных аппаратах, аппаратах на воздушной подушке, экранопланах, морских и речных судах, в том числе на спортивных пилотируемых или беспилотных аппаратах.
Известен движитель для летательных и плавучих аппаратов, содержащий, по меньшей мере, один винт с лопастями, соединенный с двигателем, размещенным в корпусе, направляющий аппарат, обеспечивающий возможность для подвода воды к лопастям винта в нижней части поверхности, сметаемой винтом, и обеспечивающий возможность для подвода воздуха к лопастям винта в верхней части поверхности, сметаемой винтом (Патент РФ №120074. Движитель для летательных и плавучих аппаратов. МПК В63Н 1/00. Опубликовано: 10.09.2012. Бюл. №25).
Недостатком известного движителя является нарушение его работоспособности при опрокидывании корпуса и, соответственно, при опрокидывании самого аппарата из-за внешних волновых воздействий (например, в сложных метеоусловиях, при большой высоте волны). Что негативно отражается на эффективности движителя и самого аппарата.
Задачей, на решение которой направлено настоящее техническое решение, является повышение эффективности движителя, с обеспечением возможности для его работы в сложных метеоусловиях.
Технический результат заключается в обеспечении эффективной работы движителя в сложных условиях при внешних волновых воздействиях, в том числе при опрокидывании аппарата.
Указанный технический результат достигается тем, что движитель содержит, по меньшей мере, один винт с лопастями, соединенный с двигателем, размещенным в корпусе. Движитель также имеет направляющий аппарат, с возможностью подвода воды к лопастям винта в нижней части поверхности, сметаемой винтом, и с возможностью подвода воздуха к лопастям винта в верхней части поверхности, сметаемой винтом. В направляющем аппарате выполнены каналы, расположенные выше и ниже оси вращения винта, и обеспечивающие возможность для подвода воды к лопастям винта в нижней части поверхности, сметаемой винтом, и обеспечивающий возможность для подвода воздуха к лопастям винта в верхней части поверхности, ометаемой винтом, в том числе при условии, когда корпус опрокинут и повернут на 180 градусов относительно оси вращения винта. Направляющий аппарат оснащен верхним обтекателем и нижним обтекателем, которые соединены с корпусом, а винт размещен между обтекателями, при этом каждый обтекатель содержит киль и днищевые стрингеры.
На фигурах 1-4 для удобства описания заявляемого технического решения представлены дополнительные графические материалы, с вариантом применения движителя на транспортном средстве (аппарате).
На фигуре 1 представлена схема движителя и транспортного средства (аппарата), с продольным разрезом.
На фигуре 2 представлен поперечный разрез движителя и транспортного средства А-А.
На фигуре 3 представлена схема движителя и транспортного средства (аппарата), с продольным разрезом, в положении после опрокидывания на воде.
На фигуре 4 представлен поперечный разрез движителя и транспортного средства Б-Б, в положении после опрокидывания на воде.
Движитель для летательных и плавучих аппаратов, по фигурам 1-4, содержит, по меньшей мере, один винт 1 с лопастями 2, соединенный с двигателем 3, размещенным в корпусе 4. Движитель имеет направляющий аппарат 5, обеспечивающий возможность подвода воды к лопастям 2 винта 1 в нижней части 6 поверхности, сметаемой винтом 1, и с возможностью подвода воздуха к лопастям 2 винта 1 в верхней части 7 поверхности, сметаемой винтом 1. Нижняя часть 6 и верхняя часть 7 формируют саму поверхность, сметаемую винтом 1, и эта поверхность вписана в окружность 8. Как известно, диаметр окружности по границе сметаемой поверхности соответствует диаметру винта. Границе раздела, между нижней частью 6 и верхней частью 7, соответствует нижняя кромка 9 направляющего аппарата 5. Кромка 9 может находиться на уровне 10 по поверхности воды, или над поверхностью 10, в зависимости от режима движения транспортного средства (аппарата).
В направляющем аппарате 5 выполнены каналы 11 и 12, расположенные выше и ниже оси 13 вращения винта 1 (на фигурах 1 и 2), и обеспечивающие возможность для подвода воды к лопастям 2 винта 1 в нижней части 6 поверхности, сметаемой винтом, и обеспечивающий возможность для подвода воздуха к лопастям 2 винта 1 в верхней части 7 поверхности, сметаемой винтом, в том числе при условии, когда корпус 4 опрокинут и повернут на 180 градусов относительно оси 13 вращения винта 1 (на фигурах 3 и 4). Сам аппарат оснащен системой управления, например с применением рулевого механизма 14. Для удобства описания на корпусе 4 показана индикаторная метка 15. Направляющий аппарат 5 оснащен верхним обтекателем 16 и нижним обтекателем 17, которые соединены с корпусом 4, а винт 2 размещен между обтекателями 16 и 17, при этом каждый обтекатель 16 и 17 содержит, соответственно для верхнего и нижнего обтекателей, киль 18 и 19, и днищевые стрингеры 20 и 21.
Движитель работает следующим образом.
Размещенный в корпусе 4 двигатель 3 передает механическую энергию на винт 1. Лопасти 2 винта 1 взаимодействуют с окружающей средой и формируют потоки, в ходе преобразования механической энергии в кинетическую энергию потока воды в нижней части 6, и потока воздуха в верхней части 7 поверхности, сметаемой винтом 1. При таком взаимодействии возникает сила реакции, толкающая винт 1 навстречу потоку воды и потоку воздуха. Сила передается на двигатель 3 и корпус 4, заставляя двигаться весь аппарат в целом.
Граница раздела по кромке 9, между нижней частью 6 и верхней частью 7, ограничивает глубину погружения лопастей 2 под воду, при движении самого аппарата.
Кромка 9 может находиться на уровне 10 по поверхности воды, или над поверхностью 10, в зависимости от режима движения и конструкции транспортного средства (аппарата). Если транспортное средство обладает свойствами летательного аппарата (экраноплана, к примеру), то при увеличении скорости движения винт 1, и лопасти 2 соответственно, выходят из контакта с водой и винт переходит в режим работы обычного воздушного винта. При малой скорости движения аппарата, винт 1 работает в режиме гребного винта с частичным погружением в воду.
Скорость вращения винта 1, или закономерность регулирования частоты вращения винта 1, подбирают в зависимости от требуемого режима движения транспортного средства (аппарата), с учетом предельно допустимых нагрузок для винта 1.
Выполненные испытания моделей подтверждают возможность работы воздушного винта под водой, при полном погружении под воду и при любом частичном погружении в воду, при любых углах входа винта из воздушной среды в водную среду, и в обратном направлении - при выходе работающего винта из-под воды в воздушную среду. В заявляемой полезной модели используется это свойство воздушного винта.
В направляющем аппарате 5 выполнены каналы 11 и 12, расположенные выше и ниже оси 13 вращения винта 1(на фигурах 1 и 2), и обеспечивающие возможность для подвода воды к лопастям 2 винта 1 в нижней части 6 поверхности, сметаемой винтом, и обеспечивающий возможность для подвода воздуха к лопастям 2 винта 1 в верхней части 7 поверхности, сметаемой винтом. При данном расположении корпуса 4 на воде индикаторная метка 15 расположена над поверхностью воды 10, выше оси 13, на фигуре 2.
В сложных метеоусловиях, например при большой высоте волны, может произойти опрокидывание аппарата (транспортного средства) на поверхности воды, тогда корпус 4 опрокинут и повернут на 180 градусов относительно оси 13 вращения винта 1, как показано на фигурах 3 и 4. При данном расположении корпуса 4 на воде индикаторная метка 15 расположена на уровне поверхности воды 10, ниже оси 13, на фигуре 4. Сам аппарат оснащен системой управления, например, с применением рулевого механизма 14, такая система управления может сохранять работоспособности и после опрокидывания корпуса 4. В опрокинутом положении меняется положение каналов 11 и 12. Каналы 11 и 12, уже расположены соответственно ниже и выше оси 13 вращения винта 1, что обусловлено поворотом направляющего аппарата 5 при опрокидывании корпуса 4, что показано на фигуре 4. Описанное исполнение направляющего аппарата 5, и при опрокинутом состоянии корпуса 4, обеспечивает возможность для подвода воды к лопастям 2 винта 1 в нижней части 6 поверхности, сметаемой винтом, и обеспечивает возможность для подвода воздуха к лопастям 2 винта 1 в верхней части 7 поверхности, сметаемой винтом, как показано на фигурах 3 и 4. Известны различные двигатели, способные работать при любом расположении в пространстве (например, авиационные двигатели), и в описании этот вопрос о двигателях не рассматривается. Таким образом, достигается технический результат, обеспечивается эффективная работа движителя в сложных условиях при внешних волновых воздействиях, в том числе при опрокидывании аппарата (транспортного средства). С использованием заявляемого движителя решается задача по повышению эффективности движителя, при его работе в сложных метеоусловиях (или при внешних силовых воздействиях иного рода). Полезная модель может быть использована в технологиях двойного назначения.
Направляющий аппарат 5 оснащен верхним обтекателем 16 и нижним обтекателем 17, которые соединены с корпусом 4, а винт 2 размещен между обтекателями 16 и 17. Обтекатели 16 и 17 защищают от перегрузок винт при неблагоприятных метеоусловиях, независимо от положения движителя, когда обтекатель 16 находится в верхнем положении как на фигурах 1 и 2, или когда обтекатель 16 находится в нижнем положении как на фигурах 3 и 4. При этом каждый обтекатель 16 и 17 содержит, соответственно для верхнего и нижнего обтекателей, киль 18 и 19, и днищевые стрингеры 20 и 21. Два киля 18 и 19, и стрингеры 20 и 21 обеспечивают необходимую жесткость для конструкции движителя, что особенно важно для работы в сложных метеоусловиях, при действии повышенных нагрузок на элементы движителя. Для удобства объяснения принципа работы заявляемого движителя на фигурах 3 и 4 отдельно показано положение движителя в опрокинутом состоянии. При данном расположении корпуса 4 на воде индикаторная метка 15 расположена на уровне поверхности воды 10, ниже оси 13, на фигуре 4, и соответственно элементы конструкции 16, 18 и 20 уже находятся в нижнем положении.
В зависимости от конструкции транспортного средства (аппарата), в предлагаемом движителе можно также использовать известные технические решения: параллельно установленные винты (два и более); либо можно использовать несколько винтов, установленных последовательно на одном валу с различными геометрическими формами и с разными условиями взаимодействия со средой (с водной и с воздушной средой). Движитель может быть использован и в качестве тянущего винта, и в качестве толкающего винта.