УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ
DEVICE TO PRODUCE LIFT

Изобретение относится к устройствам для создания аэродинамической подъемной силы над статической подъемной плоскостью и может быть использовано как плавательное, летательное транспортное средство в воздушной среде для организации спасения людей в чрезвычайных обстоятельствах с высотных зданий, как лифт, строительный кран в местах с плотной застройкой, а также для создания дополнительной подъемной силы при взлете других транспортных средств.
Известно устройство для создания подъемной силы, содержащее корпус с камерой и вентилятор, при этом полость камеры выполнена в форме сплющенного эллипсоида вращения и сообщена с внешней средой через отверстие в корпусе, расположенное в нижней части камеры параллельно плоскости, проходящей через большую ось эллипсоида вращения полости камеры, вентилятор установлен в отверстии корпуса на оси симметрии, проходящей через малую ось эллипсоида вращения полости камеры, с возможностью нагнетания текучей среды внутрь упомянутой полости (см. RU 2232108 С2, опубл. 2004).
Недостатком является его невысокая управляемость и низкая эффективность создания подъемной силы.
Наиболее близким к предложенному является устройство для создания вертикальной подъемной силы с замкнутым аэродинамическим контуром, которое может быть применено в авиации в летательных аппаратах вертикального взлета и посадки. Устройство содержит сферическую поверхность, нижняя часть которой образована кольцевыми крыльевыми профилями, концентрично расположенными вокруг источника потока воздуха, от которого в радиальном направлении на кольцевую сферическую поверхность поступает поток воздуха, обтекая расположенные под углом атаки кольцевые крыльевые профили и образуя на верхней поверхности разрежение. Нижнюю часть сферической поверхности опоясывает кольцевой воздухозаборник, соединенный каналом рециркуляции с входом в источник потока воздуха. По каналу рециркуляции поток воздуха после прохождения им кольцевых профилей и воздухозаборника поступает на вход в источник потока воздуха. Верхняя часть сферической поверхности, не занятая кольцевыми крыльевыми профилями, имеет перфорированное покрытие, через которое с этой части поверхности производится отсос воздуха и создается разрежение (RU 93014376, опубл. 20.01.1997).
Однако в данном устройстве неэффективно использована верхняя поверхность, поскольку кольцевой профиль занимает лишь часть его верхней поверхности.
Техническим результатом изобретения является увеличение подъемной силы за счет увеличения размаха несущей поверхности при одинаковом диаметре сечения вентилятора.
Результат достигается тем, что устройство для создания подъемной силы содержит корпус, внутри которого выполнен канал рециркуляции рабочей среды, и расположенный в канале вентилятор для нагнетания рабочей среды, отверстия всасывающего и выводящего концов канала расположены напротив друг друга на верхней поверхности корпуса выпуклой формы с возможностью обеспечения ее обтекания упомянутой рабочей средой, отличающееся тем, что канал состоит из расположенных за всасывающим и перед выводящим его концами спрямляющих частей, имеющих прямоугольные поперечные сечения и переходящими в части канала, расположенные соответственно до и после вентилятора и имеющие кольцевые поперечные сечения.
Всасывающий и выводящий концы канала предназначены для всасывания и вывода рабочей среды (воздуха) по многосекционному каналу.
Вентилятор разгоняет рабочую среду и обеспечивает ее циркуляцию в канале.
Расположение всасывающего и выводящего концов канала напротив друг друга на верхней поверхности корпуса позволяет организовать обдувание ускоренным в канале потоком рабочей среды верхней поверхности корпуса устройства для создания подъемной силы.
В частных вариантах выполнения изобретения канал выполнен многосекционным, из расположенных параллельно друг другу смежных секций, отверстия секций всасывающего и выводящего его концов расположены вдоль параллельных прямых, каждая из секций соединена с соответствующей ей частью всасывающего и выводящего концов канала, при этом части канала с кольцевыми поперечными сечениями образованы всеми упомянутыми секциями.
Для обеспечения лучшего обтекания верхней поверхности корпуса она выполнена криволинейной с небольшой продольной кривизной.
Вентилятор соединен с приводом от газотурбинного реактивного двигателя, реактивная тяга которого предназначена для придания устройству поступательного движения.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан пример внешнего вида устройства с трехсекционным каналом, на фиг.2 показан вид трехсекционного канала в аксонометрии, на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2, на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2, на фиг.5 - разрез В-В на фиг.2, на фиг.6 - разрез Г-Г на фиг.2.
В качестве примера заявленного устройства представлен воздухоплавательный аппарат тяжелее воздуха, предназначенный для создания аэродинамической подъемной силы над статичной подъемной плоскостью, где воздушный поток обувает несущую поверхность корпуса аппарата в открытой части кольцевого канала.
Аппарат состоит из корпуса 1, внутри которого выполнена камера для прохода рабочей среды. Камера выполнена в виде разомкнутого профилируемого трехсекционного канала со всасывающим 2 и выводящим 3 концами в виде диффузоров. Всасывающий 2 и выводящий 3 концы канала расположены напротив друг друга на верхней прямоугольной поверхности 4 корпуса, имеющей небольшую продольную кривизну. Непосредственно после всасывающего 2 и перед выводящим 3 концами канала расположены спрямляющие части 5 и 6, имеющие прямоугольное поперечное сечение (см. фиг.4). Части 5 и 6 образуют спрямляющий аппарат и переходят в части 7 и 8, образующие улитку и имеющие кольцевые поперечные сечения (см. фиг.6). Между частями 7 и 8 расположен вентилятор 9, который разгоняет рабочее тело по замкнутому контуру канала. Вентилятор 9 соединен с валом 10 привода реактивного двигателя 11, реактивная тяга которого предназначена для создания поступательного движения.
Канал состоит из трех параллельных секций 12, 13 и 14. Каждая из секций соединена с соответствующей ей частью 2', 2'', 2''' всасывающего 2 конца канала и с соответствующей ей частью 3', 3'', 3''' выводящего 3 конца канала. Канал с кольцевым поперечным сечением образован частями всех трех секций преобладающего прямоугольного сечения.
Трехсекционный профилируемый канал (канал разомкнутого контура имеет переменное сечение на разных отрезках дистанции, площадь сечения зависит от условия, что расход газа во всех сечениях канала величина постоянная на момент времени) позволяет кольцеобразное сечение возле вентилятора преобразовать в распрямленное прямоугольное сечение над несущей поверхностью 4.
Устройство работает следующим образом.
Воздух проходит через всасывающий конец канала в виде диффузора 2 и продвигается в спрямляющую часть 5 канала, имеющую прямоугольное сечение, затем попадает в часть 7 канала, преобразующую прямоугольное сечение в кольцевое, расположенную перед вентилятором 9. Вентилятор 9 от привода двигателя 11 разгоняет воздух и обеспечивает его циркуляцию в кольцевых частях 7 и 8 канала. Далее через часть 8 канала, преобразующую кольцевое сечение канала в прямоугольное, разогнанный воздух попадает сначала в спрямляющую часть 6, а затем в дозвуковой выводящий конец канала в виде диффузора 3, где еще ускоряется. После диффузора 3 разогнанный поток обдувает криволинейную верхнюю поверхность 9 корпуса. За счет значительной разницы скоростей воздушного потока над и под устройством над статичной подъемной плоскостью возникает разрежение и, следовательно, подъемная сила.
Аппарат висит в воздухе за счет скоростного воздушного потока над несущей плоскостью 4. Торможение аппарата предусматривается наличием аппарата реверса реактивной тяги, а также создание реверсом заднего хода. На аппарате возможно создание поступательной скорости за счет отклонения вектора подъемной силы от вертикали. Для рулежки на малых скоростях в аппарате предусматривается пневматическая реактивная система на сжатом воздухе от последней ступени турбины газотурбинного двигателя, создающая вращающие моменты, а также незначительную поступательную скорость в горизонтальной плоскости. В полетном режиме аппарат управляется: по крену интерцепторами, которые тормозят поток над несущей поверхностью, по тангажу закрылками и наклоненными под углом 45 градусов килями с рулями направления, по курсу управляется рулями направления. Предполагается рабочий режим висения при скорости потока в открытой части контура свыше 40-50 метров в секунду, а при достижении более высоких скоростей потока в контуре аппарат будет иметь удельную нагрузку на крыло, ограниченную прочностью крыла.
Аппарат способен плавать и летать в воздухе от нулевых до максимальных скоростей. Позволяет вплотную подходить к высотным строительным сооружениям, зависать, причаливать, брать груз на борт и отходить, так как устройство не имеет открытых вращающихся узлов и деталей, а также для него нет ограничений не по высоте полета, ни для влета в закрытые пространства (габариты корабля) для погрузки, разгрузки, хранения. Может использоваться для перевозки крупногабаритного груза на внешней подвеске на значительные расстояния и как транспортное средство.