ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЗЛЕТА

Область техники
Заявленная полезная модель относится к области авиастроения и может быть использована при создании летательных аппаратов вертикального взлета для эвакуации людей из высотных зданий, перевозки больных, для подъема и перемещения грузов.
Уровень техники
Из уровня техники известен бескрылый магнитогидродинамический летательный аппарат (US 2013134263 опубл. 30.05.2013), включающий полый дисковый корпус с отверстием по центру, источник питания, панель управления, при этом на всей поверхности корпуса, выполненной из диэлектрика, равномерно распределены пары электродов, ионизирующие тонкий приповерхностный слой воздуха. Электроды создают электропроводную жидкую среду, ионизируя окружающий воздух в плазму. Силы, образовавшиеся в результате прохождения электрического потока через плазму, приводят в движение окружающий воздух, который создает подъемную силу летательного аппарата.
Недостатком указанного технического решения является невозможность изготовления такого летательного средства диаметром более 15 см ввиду большой потребляемой мощности для создания подъемной силы.
В качестве прототипа заявленного технического решения выбран летательный аппарат с колебательным элементом (патент РФ №2290349, опубл. 27.12.2006 бюл. №36), состоящий из корпуса, силовой установки, колебательного элемента и привода возвратно-поступательного движения колебательного элемента для опоры на воздух, в котором упомянутый колебательный элемент выполнен в виде мембраны, на поверхности которой точки могут совершать колебания с разными линейными скоростями.
Основным недостатком указанного изобретения является большая потребляемая мощность, необходимая для создания подъемной силы при работе механических приводов, которые еще и добавляют вес.
Сущность технического решения.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является снижение потребляемой мощности от ликвидации механических приводов, необходимой для создания подъемной силы аппарата вертикального взлета.
Технический результат достигается тем, что в летательном аппарате вертикального взлета, включающим корпус, колебательный элемент и источник энергии, колебательный элемент выполнен в виде усеченного конуса из пьезокерамического материла с отверстием в центре для болтового соединения с корпусом летательного аппарата, боковая сторона усеченного конуса выполнена ступенчатой, верхняя и нижняя площади соединены с источником энергии через высокочастотный генератор, а болт с боковой стороны и сверху снабжен демпферами.
При подаче на колебательный пьезокерамический элемент тока высокой частоты происходит сжатие и растяжение колебательного элемента на расстояние 10-350 мкм, в зависимости от подаваемого напряжения. При совершаемом колебании боковые ступенчатые торцы колебательного элемента отталкивают молекулы воздуха, которые при возвращении не успевают заполнять расстояние, на которое торец ступеньки их отталкивает. Поэтому на боковой поверхности колебательного элемента создается пониженное давление, в то время как на остальные части аппарата действует нормальное атмосферное давление. Из-за разности давлений создается подъемная сила, толкающая аппарат вверх. При колебании (расширении-сжатии) пьезокерамического материала требуется мощность электроэнергии в мВт (милливаттах), что на порядок меньше, чем потребляемая мощность в прототипе.
На фиг. 1 схематично изображен летательный аппарат вертикального взлета с боку.
На фиг. 2 схематично изображен летательный аппарат вертикального взлета сверху.
На фиг. 3 показана зона пониженного давления, образующаяся на боковой поверхности при колебательном движении в радиальном направлении.
Подробное описание устройства
Летательный аппарат вертикального взлета включает корпус 1, колебательный элемент 2, выполненный в виде усеченного конуса со ступеньками 3 по боковой поверхности конуса и с отверстием по центру для закрепления его болтом 4 на корпусе летательного аппарата.
Источник энергии 5 через частотный генератор 6 соединен проводами 7 с верхней и нижней площадями колебательного элемента. Болт с боковой стороны и сверху оснащен демпферами 8 и 9.
Пьезокерамический колебательный элемент 2 имеет шаг ступенек <0,5 мм, причем диаметр каждой последующей ступеньки Dn+1 меньше диаметра предыдущей Dn на 1 мм.
Описание работы летательного аппарата вертикального взлета.
Колебательный элемент 2 устанавливают на корпус 1 летательного аппарата при помощи болтового соединения 4.
При подаче напряжения с источника энергии 5, через высокочастотный генератор 6 на поверхности верхнюю и нижнюю колебательного элемента 2 в виде усеченного конуса из пьезокерамики, происходит сжатие и расширение. При этом расширение и сжатие в радиальном направлении 3 происходит при высокой частоте (МГц). Молекулы воздушной массы, у которых скорость хаотичного движения примерно 500 м/сек, не успевают заполнить расстояние, на которое торец боковой поверхности колебательного элемента отталкивает молекулы воздуха (расстояние примерно 100-200 мкм). В этом не заполненном расстоянии по боковой стороне создается пониженное давление, которое и приводит в движение конструкцию от давления воздушной массы, которое составляет (1 бар или 1 кг/см2). Воздушное давление не приемлет пустоты, оно старается его заполнить. Примерную площадь пониженного давления можно определить (площадь основания минус верхняя площадь колебательного элемента получим площадь пониженного давления). На корпусе летательного аппарата можно устанавливать несколько колебательных элементов - их количество зависит от расчетной взлетной мощности.