ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО "АВТОАКВАЛЕТ" СО СЪЕМНЫМ ПОЛЕТНЫМ ТУРБОВЕНТИЛЯТОРНЫМ КОМПЛЕКСОМ С ИЗМЕНЯЕМОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ
"AUTOAQUALET" VEHICLE WITH DETACHABLE VARIABLE-TRUST VECTOR FLIGHT TURBOFAN COMPLEX

Изобретение относится к области транспортных средств с сухопутным, водным и воздушным режимами движения.
Аналогов заявляемому изобретению не найдено.
Существующее известное изобретение US 2002/0125367 с формально таким же функциональным назначением, тем не менее, аналогом заявляемого изобретения не является по причине принципиальной невозможности выполнения им функции вертикального полета, следовательно, и взлета. Известное изобретение в своей полетной части является химерическим нагромождением элементов летательных аппаратов, противоречащим практически всем законам аэродинамики, что в части вертикального полета подтверждается приведенным ниже расчетом.
2
2
Известное изобретение представляет собой моторное судно, выполненное согласно описанию и чертежу в виде моторной лодки, на палубной части которой расположены поперечно ее осевой линии две силовые колонки (60) привода двух несущих винтов (50). Если принять, что поперечные размеры судна в области миделя равны 2,7 м - типовые для такого класса судов, то силовые колонки (60) из конструктивных соображений должны быть расположены примерно в 0,5 м от бортов (10). Средний вес такого типа моторных судов, полностью снаряженных для плавания, равен примерно 1000 кг. Имея в виду, что силовые колонки (60) должны обладать достаточной жесткостью и прочностью и удерживать в вертикальном полете весовую нагрузку порядка 1000 кг, их диаметр должен быть не менее 0,2-0,3 м, следовательно, длина лопасти несущих винтов (50) не может быть больше 1,0 м. Это значит, что сметаемая одним несущим винтом площадь будет порядка 3,0 м, или 6,0 м для двух несущих винтов.
2
Как известно, индуктивная мощность лопастей вертолета составляет N=T/V. Удельная нагрузка на сметаемую несущим винтом площадь составляет P=T/F. Если величину Р взять на уровне моря, то V=0,64√P. Величину Р принимают равной 250 Н/м, что дает значение V=10,2 м/с. Вес известного изобретения с учетом веса всех механизмов, запасов топлива, других грузов, а также людей можно оценить как минимум в 1000 кг. Следовательно, значение вертикальной тяги будет равно примерно 10000 Н, откуда индуктивная мощность составит 100 кВт.
2
2
Индуктивная мощность составляет примерно 60% всей мощности вертолета на режиме висения. Остальная мощность идет на преодоление профильного сопротивления лопастей, обдувку вертолета, потери в трансмиссии и др. Учитывая крайне низкое аэродинамическое качество устройств типа известного изобретения, следует принять, что величина потерь при классической вертолетной схеме будет не менее половины мощности на режиме висения. Тогда вся мощность будет равна 200 кВт, или порядка 270 л.с. При удельной нагрузке на сметаемую площадь Р=250 Н/м общая сметаемая поверхность будет равна F=T/P, т.е. 40 м, а длина лопасти будет порядка 3,5 м. Это значит, что для двух несущих винтов известного изобретения сметаемая площадь будет в 6,6 раз меньше расчетной сметаемой площади для весовой нагрузки 1000 кг. Так как тяга несущих винтов при прочих равных условиях пропорциональна сметаемой площади, подъемный механизм известного изобретения сможет обеспечить вертикальный взлет не 1000 кг, а только 150 кг.
Но и эта весовая нагрузка будет недоступна подъемному механизму рассматриваемого известного изобретения. Это связано с тем обстоятельством, что отбрасываемый несущими винтами воздушный поток практически весь направлен в площадь горизонтального сечения корпуса 1 и в этом сечении вектор подъемной силы с физической неизбежностью меняет свой знак. В результате подъемная сила преобразуется в прижимную силу корпуса 1 к поверхности воды или земли и величина ее равна силе, образуемой на дисках несущих винтов, за вычетом той ее небольшой части, которая выходит за пределы их проекций на корпус 1 с одного и с другого бортов 10.
Легко видеть (подсчитать), что эта часть не превосходит 10% общей сметаемой несущими винтами площади. Следовательно, рассматриваемый механизм вертикального полета обеспечит взлет даже не 150 кг весовой нагрузки, а в 10 раз меньше, т.е. только 15 кг или в 66 раз меньше по отношению к фактическому весу (1000 кг) известного изобретения. При других размерах моторного судна расчетные величины будут другими, но соотношение между ними сохранится.
Проведенный анализ показал, что физическая реализация полетного механизма известного изобретения - фикция, противоречащая физическим законам. Следовательно, реальное техническое воплощение, т.е. промышленное применение известного изобретения, как того требует ст. 1850 ГК РФ, невозможно в принципе. Таким образом, известное изобретение US 20020125367 A1 не может рассматриваться в качестве аналога заявляемого изобретения.
Техническим результатом заявляемого изобретения является создание транспортного средства (ТС), обладающего свойствами автомобиля, летательного аппарата и моторного судна.
Указанный технический результат достигается тем, что автомобильный корпус ТС выполняют водонепроницаемым с закрывающимися нишами в его нижних бортовых частях для размещения в них боковых убирающихся понтонов, обеспечивающих ТС дополнительную плавучесть и остойчивость, что значительно улучшает условия загрузки-выгрузки наплаву. Исходная автомобильная база заявляемого изобретения обеспечивает высокую надежность всех узлов ТС на всех режимах движения, что недостижимо при других вариантах исполнения.
В качестве сухопутных движителей в зависимости от преимущественных условий эксплуатации применяют как колеса, так и гусеницы, а для движения по воде - гребной винт или водомет. Воздушный режим обеспечивают съемным или стационарным турбовентиляторным полетным комплексом с поворотной в горизонтальной плоскости подвижной рамой с изменяемой геометрией в виде выдвижных концевых частей с подъемно-несущими турбовентиляторами и с расположенными в ее центральной части газогенераторами. В условиях преимущественного сухопутного, или водного, или и того и другого режимов эксплуатации ТС полетный комплекс может быть снят, что обеспечивает его большую сохранность, следовательно и долговечность, а также улучшает экономические показатели ТС в целом за счет снижения весовой нагрузки в указанных преимущественных режимах.
Полетный комплекс располагают поверх ТС, так что на движение в сухопутном или в водном режимах он не оказывает никакого влияния. ТС Автоаквалет отличает полноценность всех трех функциональных воплощений: в сухопутном режиме - это нормальный автомобиль, в водном режиме - это нормальное моторное судно, в воздушном режиме - это нормальный летательный аппарат.
В качестве газогенераторов в ТС более целесообразно применять ТРД с центробежными компрессорами. Они обладают сравнительно высокой степенью повышения давления в одной ступени, конструктивной простотой и существенно меньшим числом деталей, следовательно, и весом, более благоприятной характеристикой, меньшей чувствительностью к условиям эксплуатации по сравнению с осевыми компрессорами. Применение центробежных компрессоров особенно оправдано в газогенераторах малых размеров, что как раз имеет место в заявляемом изобретении. Сходные рекомендации можно сделать и относительно газовых турбин. При небольших расходах рабочего тела радиальные турбины являются более предпочтительными, как конструктивно более простые, технологичные и более неприхотливые в эксплуатации.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, на которых показан пример исполнения ТС Автоаквалет.
Фиг.1 - ТС Автоаквалет в полетном режиме.
Фиг.2 - ТС Автоаквалет в сухопутном режиме.
Фиг.3 - ТС Автоаквалет в водном режиме.
Заявляемое ТС Автоаквалет содержит автомобильный корпус 1, поверх которого располагают полетный комплекс (ПК), в составе базовой платформы 2, балансировочной платформы 3, выполненной в виде каретки с возможностью перемещения ее вдоль базовой платформы 2 по пазовым направляющим 4, и подвижной поворотной рамы с изменяемой геометрией (ПРИГ), состоящей из центральной части 5 и двух выдвижных частей 6, связанных с центральной частью через штанги 7, которые перемещают в боковых пазах 8 центральной части 5. Центральная часть 5 ПРИГ связана с балансировочной платформой 3 через осевой поворотный механизм, кольцеобразный паз 9 которого показан на фиг. 1 штриховой линией.
На центральной части ПРИГ расположены газогенераторы 10 в виде ТРД с центробежными компрессорами и радиальными турбинами, связанные с единой газопроводящей магистралью 11, через которую газовый поток от газогенераторов 10 подается на турбовентиляторы 12, расположенные на выдвижных частях 6, и газоструйный руль, выполненный в виде газодинамического насадка 13. Турбовентиляторы 12 и газоструйный руль 13 связаны с единой газопроводящей магистралью 11 через стыковочные телескопические узлы 14 и 15, снабженные уплотнительными кольцами. Изменение вектора тяги турбовентиляторов 12 производят путем поворота их вокруг трубчатых осей 16 и цапф 17. Перемещение выдвижных частей 6 относительно продольной оси ПРИГ производят через гидропривод 18.
ПРИГ может быть выполнен в съемном и в стационарном вариантах. Съемный ПРИГ содержит стыковочные узлы (не показаны), расположенные на базовой платформе 2 и на верхней части автомобильного корпуса 1, позволяющие устанавливать полетный комплекс поверх корпуса 1, и снимать его в зависимости от планируемых режимов движения. Стыковочными узлами обеспечивают также все линии управления полетным комплексом, в том числе топливные магистрали газогенераторов 10.
Управление ТС в полетном режиме по направлению и тангажу производят с помощью газоструйного руля, выполненного в виде оконечного газодинамического насадка 13, и выдвижных заслонок (не показаны) турбовентиляторов 12. Газодинамический насадок 13 содержит продольное 19 и поперечное 20 сопла и подвижную газовую заслонку 21 (фиг.2). Технология управления состоит в полном или в частичном перекрытии газовой заслонкой 21 сопел 19 и 20 и в повороте газодинамического насадка вокруг продольной оси. Выдвижные заслонки турбовентиляторов при выдвижении уменьшают площадь поперечного сечения их проходного отверстия и тем самым уменьшают подъемную силу правого или левого турбовентиляторов, что и приводит к устранению возникшего в полете крена ТС.
Водный режим движения ТС Автоаквалет обеспечивают с помощью связанного с энергосиловым приводом водомета 22 с двумя нижним и верхним положениями. В нижнее положение (фиг.2 и 3) водомет устанавливают при движении в водном режиме, в верхнее положение - при движении в сухопутном режиме.
Для повышения плавучести и остойчивости на воде ТС снабжено убирающимися надувными понтонами 23, оболочки которых в сухопутном и полетном режимах размещают в боковых нишах 24 с закрывающимися створками 25. ТС Автоаквалет и без понтонов обладает достаточной плавучестью, однако понтоны обеспечивают более благоприятные и комфортные условия при погрузке и выгрузке на воде. Откинутые боковые створки 25, опирающиеся на понтоны в рабочем положении, выполняют роль сходней, как показано на фиг.3.
Сухопутный режим ТС Автоаквалет представляет собой обычное движение автомобиля по шоссейным дорогам и по бездорожью и каких-либо особенностей не имеет.
Переход от сухопутного режима к водному производят, в частности, следующим образом:
1. После съезда ТС с берега в водную среду переводят водомет в нижнее положение и через устройство отбора мощности подключают его к автомобильному двигателю, после чего ТС приобретает свойства водномоторного судна.
2. Для выполнения погрузочно-разгрузочных работ наплаву откидывают боковые створки 25 в горизонтальное положение, от бортового компрессора надувают понтоны 23, вследствие чего они занимают положение под створками 25 и вместе с ними образуют боковые сходни (фиг.3).
3. Понтоны целесообразно использовать также при переходах от водного режима к полетному и от полетного режима к водному.
Переход ТС Автоаквалет к полетному режиму на суше выполняют следующим образом:
1. Производят разворот ПРИГ поперек ТС и фиксируют его в этом положении (фиг.1).
2. Выдвигают выдвижные части 3 ПРИГ и фиксируют их в этом положении.
3. Производят запуск газогенераторов.
4. По таблице размещения грузов или пробными подскоками Автоаквалета определяют центр тяжести ТС и совмещают с ним ПРИГ.
5. Форсируют работу газогенераторов, производят взлет и путем изменения вектора тяги турбовентиляторов переходят в горизонтальный полет.
При переходе к сухопутному режиму после посадки ТС производят останов газогенераторов, сдвигают выдвижные части ПРИГ к центру, разворачивают ПРИГ вдоль ТС и фиксируют все подвижные части.
Посадка на водную поверхность в принципе не имеет отличий от посадки на сушу. Остойчивость ТС вполне обеспечивает такую посадку. Но, учитывая возможные случайные воздушные возмущения в непосредственной близости от водной поверхности, целесообразно все же в режиме висения над точкой посадки привести понтоны в положение водного режима, произвести посадку на воду, а после посадки выполнить все указанные выше действия по свертыванию полетного комплекса.