КАРУСЕЛЬНЫЙ АЭРОАППАРАТ
CAROUSEL AERO-DEVICE

Карусельный аэроаппарат, содержащий воздушно-винтовые движители с тягой вверх-вниз, может использоваться на гибких и жестких подвесках с грузом-противовесом в устройствах индустрии развлечения.
Известны пассажирские кабины для развлечения на подвесках, в которых участники аттракционов поднимаются вверх по дуге, винтовой траектории, по вертикали и опускаются вниз на исходное положение за счет силового изменения длины подвески из канатов, а используемые аэродинамические элементы при этом не являются движителями. Такие пассажирские кабины рассматриваются в качестве аналогов, как имеющие отдельные существенные элементы предлагаемого устройства, одновременно с аппаратами, в которых используются аэродинамические движители.
По патенту Великобритании СВ 395672 от 12.10.1931 года аппарат для развлечения выполнен в форме полуоткрытого моторного самолета, в передней части которого помещен электродвигатель с пропеллером. Его фюзеляж скреплен с концом каната, который переброшен вверху через блок, шкив с электроприводом, и на его другом конце подвешен груз-противовес. Фюзеляж дополнительно связан шарнирно со стойкой двумя штангами. Участники аттракциона, пользуясь рычагами, перемещают самолет по вертикальной дуге путем прокрутки каната шкивом, изменяют положение его крыльев, а поток воздуха от работающего пропеллера обдувает их. Таким способом у них создается иллюзия реального полета. Недостаток аппарата состоит в том, что его аэродинамические элементы не обеспечивают перемещение по высоте, ни один из них не выполняет функции движителя.
В устройстве по патенту US 2304341 от 08.12.1942 г. «Карусель» пассажирская кабина имеет форму полуоткрытого двуместного самолета, с крыльями и хвостовым оперением. Ее подвеска выполнена из двух канатов, концы которых скреплены между собой перекладиной и с кольцами, которые с внутренней стороны имеют ролики и охватывают фюзеляж в передней и тыльной частях. Аттракционный самолет снабжен рулевым устройством. Электропривод вращает верхнюю часть башни вместе с самолетами, подвешенными на канатах. В это время механизмы уменьшают длину канатов, самолеты с пассажирами по винтовой траектории набирают высоту, а при удлинении канатов идет их спуск. Встречный поток воздуха действует на аэродинамические элементы. Экипаж, пользуясь рулем, управляет положением крыльев, которые преобразуют силу воздушного потока в наклоны корпуса влево или вправо. По второму варианту самолет подвешен на оси к середине перекладины. Рулем, изменяя положение вертикальной плоскости хвостового оперения, аппарат может совершать повороты в обе стороны на некоторый угол вокруг вертикальной оси.
Недостаток этого аналога состоит в том, что его аэродинамические элементы лишь изменяют ориентацию пассажирской кабины и не обеспечивают ее перемещение по спирали вверх и вниз.
Наиболее близким аналогом к предложенному устройству «Карусельный аэроаппарат» является пассажирская кабина с воздушно-винтовым движителем, которую содержит конструкция изобретения «Вертолетный аттракцион» по патенту Украины 91295 от 16.02.2009 г., и она принимается за прототип.
Пассажирская кабина-прототип содержит корпус, воздушный винт с вертикальной осью и приводы. Все эти устройства связаны между собой. На ее верхнем перекрытии в центре установлен вертикально полый вал с воздушным винтом на его верхнем конце, кинематически связанный с электродвигателем, размещенным на перекрытии, и мускульным приводом, расположенным на полу. Кабина подвешена посредством штифта, пропущенного через полый вал, жестко скрепляя корпус кабины с перекладиной, которая соединена с концами канатов подвески. Канаты переброшены через блоки на навесной опоре, закрепленной на башне, и на их концах подвешен груз-противовес. Эту своеобразную систему весов приводят в равновесие. Кабину с пассажирами, оказавшуюся в искусственной невесомости, посредством воздушно-винтового движителя перемещают по вертикальной траектории вверх и вниз. Управление аэроаппаратом осуществляется пультом из кабины.
Карусельный аэроаппарат, снабженный воздушно-винтовым движителем, одновременно с этим достоинством имеет и существенный недостаток. Воздушный винт, ось вращения которого совмещена с вертикальной линией центра тяжести аэроаппарата, создает реактивный вращательный момент. Это ведет к закручиванию на некоторый угол аэроаппарата. С увеличением тяги воздушного винта нарастает сила закручивания, которая может привести к скручиванию канатов и осложнить полет.
Задача изобретения - компенсировать влияние реактивного крутящего момента воздушного винта с вертикальной осью на конструкцию карусельного аэроаппарата.
Поставленная задача решается следующим образом. В аэроаппарат, содержащий пассажирскую кабину, воздушный винт с вертикальной осью и привод, связанные между собой, дополнительно в конструкцию включены один или больше аналогичных воздушных винтов, и все они вынесены за вертикальную линию, проходящую через центр тяжести аппарата, и каждый связан, в частности, с электроприводом. В маломестных аэроаппаратах возможно применение мускульного привода. Узлы, являющиеся существенными признаками изобретения, скреплены арматурой в единую систему.
На верхней части корпуса аэроаппарата размещена конструкция в форме траверсы, крыла самолета или балки для выноса и размещения воздушных винтов за пределами вертикальной линии центра тяжести и элементов подвески. При использовании траверсы на каждом ее конце закреплен электродвигатель с воздушным винтом. Может быть применено две и больше траверс, расположенных крестообразно. В каждой паре воздушные винты вращаются в разные стороны.
Аэроаппарат функционирует следующим образом. Воздушный винт, который вращается влево, гонит струю воздуха вниз и создает реактивный момент вращения вправо. Воздушный винт, вращающийся вправо, гонит струю воздуха вниз и создает реактивный момент вращения влево. Моменты противоположные реактивных сил компенсируются и аппарат не получает вращательного движения. Струи воздуха создают общую силу тяги, вектор которой направлен вверх по вертикальной линии центра тяжести, и аэроаппарат движется вверх без закручивания подвески из канатов. Для осуществления движения вниз работу воздушных винтов переводят на реверс.
Во время реверса воздушные винты гонят струю воздуха вверх и создают тягу, действующую на аппарат вниз. При этом воздушные винты, вращаясь в обратную сторону, соответственно и векторы их реактивных моментов, изменились на противоположные. Однако это сути не меняет, противоположные реактивные силы воздушных винтов компенсируются. Аэроаппарат совершает движение вниз без закручивания канатов.
На основании вышеизложенного следует, что поставленная задача - компенсировать влияние реактивного крутящего момента воздушного винта с вертикальной осью на конструкцию карусельного аэроаппарата - решена посредством размещения его и аналогичного второго воздушного винта на конструкции симметрично первому за пределами вертикальной линии центра тяжести аппарата, придав им вращение в разные стороны. Решение этой задачи позволяет создавать многовинтовые аэроаппараты, с более простым подведением к ним вращательного движения, упрощено соединение с подвеской.
По второму варианту карусельный аэроаппарат выполнен из отдельных модулей, несущего и пассажирского, которые снабжены узлом оперативной расстыковки и стыковки, образующим единую систему. Для выполнения этих операций, например, конструкция несущего модуля содержит полый вал с электроприводом и на его нижнем конце закрепляется корпус пассажирского модуля с возможностью их совместного кругового вращения. Одновременно со стыковкой через полость вала в нижний модуль пропускается кабель к пульту управления. Для стыковки пассажирского модуля без последующего вращения применяют сцепные элементы из колец и крюков.
Модульная конструкция позволяет иметь набор несущих воздушных модулей с разным количеством воздушных винтов, различной мощности. К их отдельному виду по запросу отдыхающих можно пристыковывать соответствующие пассажирские модули. Так, для стыковки с массивным пассажирским модулем тарельчатой формы, напоминающей фантастическое НЛО, следует использовать многовинтовой несущий модуль, выполненный на базе скрещенных траверс. Для пассажирского модуля в форме фюзеляжа самолета или лодки лучше подходит несущий модуль, выполненный на базе крыла самолета. Модульная конструкция карусельных аэроаппаратов открывает дополнительные возможности для обеспечения отдыхающих более привлекательными видами развлечения.
На чертежах, поясняющих сущность изобретения, изображены:
На Фиг.1 - вид сбоку на карусельный аэроаппарат.
На Фиг.2 - вид сверху на карусельный аэроаппарат с крылом самолета.
На Фиг.3 - вид сверху на многовинтовой аэроаппарат.
На Фиг.4 - модульный вариант аэроаппарата.
Карусельный аэроаппарат (Фиг.1) содержит пассажирскую кабину 1, воздушные винты 2 с вертикальной осью за пределами вертикальной линии, проходящей через центр тяжести аэроаппарата, электропривод с электродвигателями 3. Для размещения воздушных винтов применена конструкция в виде траверсы 4, закрепленной симметрично на верхней стенке пассажирской кабины 1, и на каждом ее конце закреплен электродвигатель 3 с воздушным винтом 2. По середине траверсы 4 размещена коробка электроуправления 5, связанная кабелем 6 с источником электроэнергии, электродвигателями 3 и пультом управления, расположенным в пассажирской кабине 1. Кабина 1 замкнутой, прямоугольной формы, с сидениями, дверью 7, окнами 8 и элементами для подвески 9.
Аэроаппарат базируется на площадке 10, к которой прикреплен цепями 11 до полета. Его используют в каруселях на опущенной с высокой опоры гибкой подвеске, имеющей на противоположном конце груз-противовес.
После посадки пассажиров производят окончательную балансировку аэроаппарата методом убавления или добавления балласта в кабину, чтобы привести ее в равновесие с грузом-противовесом. Затем пилот, пользуясь пультом, запускает в работу электродвигатели 3 с воздушными винтами 2, которые, вращаясь в разные стороны, вместе гонят струю воздуха вниз. Сила тяги действует на траверсу 4, и вся инерционная система поднимется вверх с ускорением. После достижения заданной скорости число оборотов воздушных винтов уменьшают до компенсации на трение в подвеске, и движение становится равномерным. При выключении электродвигателей движение по инерции продолжается с замедлением до остановки. После достижения потолка высоты пилот переключает на реверс работу электродвигателей 3 с воздушными винтами 2, и они стали гнать струю воздуха вверх. Образовавшаяся противоположного направления сила тяги действует на траверсу 4 сверху вниз и за одно на всю систему. Идет спуск аэроаппарата, но пилот на некоторое время переключает работу воздушных винтов 2 на обычный режим, чтобы остановиться для парения и обзора пассажирами местности. Снова продолжается спуск. Перед приближением к площадке 10 следует перевод воздушных винтов 2 на обычный режим до минимальной скорости снижения. Пассажирскую кабину 1 прикрепляют цепями 11 к площадке 10, чтобы она не ушла вверх. Аттракцион завершен. Дверь 7 открывают, пассажиры выходят, и место их занимает новая партия отдыхающих.
Карусельный аэроаппарат, сохраняя функциональные свойства, может иметь и другие геометрические формы. Так, в нем (Фиг.2) пассажирская кабина 1 выполнена в форме фюзеляжа самолета 12 с крыльями 13, хвостовым оперением 14 и элементами для подвески 9. В нем укреплены на концах крыльев 13 электродвигатели 3 с воздушными винтами 2. Его можно использовать в карусели с вращением вокруг башни и возможностью подниматься вверх по винтовой траектории и так же опускаться вниз.
Конструкция аэроаппарата (Фиг.3) может быть выполнена по многовинтовой схеме, с увеличением силы тяги для многоместных пассажирских кабин 1. При этом траверсы 4 располагают крестообразно, на каждом их конце размещают электродвигатель 3 с воздушным винтом 2 (показано пространство вращения винта), а в центральной части коробку электроуправления 5 и элементы для подвески 4. Аэроаппарат, приведенный в состояние искусственной невесомости, небольшая сила тяги способна перемещать по вертикали. Однако для обеспечения маневренности аппарата с увеличенной инерционной массой требуется соответственно большее количество воздушных винтов, увеличивших общую силу тяги.
По второму варианту (Фиг.4) карусельный аэроаппарат состоит из двух отдельных модулей, несущего и пассажирского, которые только в состыкованном виде представляют единую работоспособную систему. Несущий модуль включает одну или несколько траверс 4, на каждой конечной части их закреплен (как показано на Фиг.1) воздушный винт 2, приводимый в действие электродвигателем 3. Для оперативной стыковки и расстыковки с пассажирским модулем и возможностью его вращения, он снабжен узлом, который содержит трубчатый вал 15 с колесом 16, закрепленный вертикально на нижней стенке траверсы 4 посредством упорного подшипника 17. Стыковочный узел содержит электродвигатель 18 с колесом 19 и полый вал 20 с головкой. Колесо 16 взаимодействует с колесом 19. Полый вал 20 вставлен в трубчатый вал 15, верхняя часть которого зубьями взаимодействует с зубьями головки полого вала 20. На нижнем конце полого вала 20, опущенного с траверсы 4, закреплен пассажирский модуль тарельчатой формы. Через верхнюю стенку тарельчатой кабины 21 пропущен конец полого вала 20, закрепленного стержнем 22 (показано на разрезе).
Тарельчатая кабина 21 по кольцевой стенке содержит окна 23 со шторами, иллюминаторы 24 с эффектами, изменяющими цвет и форму предметов, внутри на верхней полусфере - имитацию звездного неба, у сидений расположены мониторы, которые могут демонстрировать полет аэроаппарата по Вселенной. Для базирования модульного аэроаппарата на площадке 10 оборудован механизированный постамент 25. Его верхняя часть закреплена на торце подпружиненного вала 26, который связан с электроприводом. В нижней части кабины 21 имеется люк, к которому приставляется лестница 27 посадки пассажиров.
Карусельный аэроаппарат в модульном варианте используется следующим образом. До полета тарельчатая кабина 21 прикреплена цепями к площадке 10. По лестнице 27 через люк производят посадку пассажиров. Затем балансируют аэроаппарат до равновесия с противовесом. Для скрепления тарельчатой кабины 21 с постаментом 25, на нем включают электромагниты. Отцепляют цепи 11. Электропривод вращает вал 26 с верхней частью постамента 25 и пассажирским модулем до заданной скорости. Несущий модуль неподвижен, так как вращение полого вала 20 с трубчатым валом 15 на подшипнике 17.
Пилот из кабины 21, пользуясь пультом, включает в работу воздушные винты 2. Начался полет. Электродвигатель 18 через шестерни 19 и 16 вращает трубчатый вал 15 вместе с полым валом 20, на котором закреплена тарельчатая кабина 21. Электродвигатель 18, компенсируя потери на трение, поддерживает равномерное вращение кабины 21 для кругового обозрения пассажирами местности.
Аэрокабина набирает высоту с ускорением. Пилот, управляя скоростью вращения воздушных винтов, через некоторое время останавливает их. После достижения потолка высоты, работу воздушных винтов переводит на реверс и начинает движение вниз.
Отдыхающие пассажиры во время всего полета, находясь под звездным небом, после наблюдения местности с птичьего полета, зашторивают окна, наблюдают ту же местность через иллюминаторы в необычном цвете с измененными размерами предметов. В это же время имеется возможность на мониторах смотреть фантастический полет аэроаппарата по Вселенной.
Полет на фантастическом НЛО, необычайная экзотика внутри кабины оставляют у отдыхающих особо сильные впечатления от этого карусельного путешествия.
Посадку вращающегося пассажирского модуля осуществляют на механизированную эстакаду 25. Пружина вала 26 обеспечивает мягкое соприкосновение кабины 21 с эстакадой 25, в это время электромагниты их скрепляют. Электропривод вала 26 останавливает вращающиеся системы. Пассажирский модуль прикрепляют цепями к площадке 10. Участники аттракциона через люк по лестнице 27 выходят из аэроаппарата.
Применение внешней силы для приведения во вращательное движение пассажирского модуля и его остановки, не применяя для этой операции механизм несущего модуля, исключает закручивание канатов подвески.
Несущий модуль приведенной конструкции может стыковаться без полого вала 20, если не требуется вращать пассажирский модуль во время полета. В таком случае полый вал 20 поднимают вверх или вынимают. Для стыковки применяют имеющиеся на траверсе 4 удлиненные кольца 28, которые надевают на крюки на корпусе пассажирского модуля.