НИЗКОЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ Х2

Полезная модель относится к нетрадиционным летательным устройствам с переферийно-струйным газовым потоком удерживающем, в зависимости от режима работы и грузовой загруженности от 1…2 метров над поверхностью. Упрощенный автономный воздушный винт приводимый через одноступенчатый распредвал-редуктор от быстроходного звездообразного дизельного двигателя, позволяет развивать скорость экранного передвижения до 100 км/час.
Попытка создать летательный аппарат с высотой экранного передвижения более 3х метров - оказывается в проигрышном варианте с традиционным бипланом -, изготовленным из современного материала с турбовинтовым двухконтурным двигателем,. дополненным аварийным прямоточным реактивным посадочным двигателем - гораздо более прогрессивное решение.
Близких аналогов с родовым понятием нет.
Есть разделенные по классификации экранопланы и летающие лодки. В России такие аппараты серийно не выпускаются.
Единственный и не близкий аналог, взят за прототип, это Полярный Экранолет Кашеварова «ПЭК», сущность или концепция которого основана. на использовании аэродинамического крыла совмещенного с несущим корпусом, на боковинах которого расположены два полоза. В движение приводится воздушно - реактивным двигателем в виде оголовника. Управление движения в полете выполняют рули высоты и курса, а воздухозаборная труба расположена под крылом, - патент RU 2096210 С1
Экранолет по замыслу автора предназначен для полетов на высоте 1…3,5 м над торосами Северного Ледовитого океана.
Разрушения верхушек торосов в 1…1,5 м, как описано в тексте при полете или скольжении со скоростью более 200 км/ч будут проблематичны, тоесть вызовут сильную вибрацию всего корпуса вплоть до его разрушения.
Воздухозаборная труба, расположенная под крылом также проблематично, так как будет засасывать снежное покрытие верхушек торосов. В турбореактивной авиации воздухозаборники засасывают даже гораздо более тяжелую бетонную крошку. Попавший снег с частицами льда будет всего-то навсего сбивать или тушить пламя в сферической камере сгорания.
Минимум потентной документации В60V 1/100, 1/08, В64С 3/00, 3/38; и B60V 108, В64С 35/00, B60F 5/02.
Другая документация в поисковой подборки: USC1: 24412/1, 48, 50, 212; 114/288/167. Электронные базы: RUPAT, E sp@ cenet, PAJ US PTO DB.
Все имеющиеся экранопланы и летающие лодки не отвечают сегодняшним требованиям. Предлагаемой полезной моделью низколетательного аппарата, прогнозируется решить перечисленные недостатки, применением нагнетания рабочих газов в виде кольцевого занавеса под днище низколетательного аппарата, а привод перемещения или движение осуществляется автономным звездообразным дизельным двигателем посредством упрощенного воздушного винта.
Указанная цель, в разработанной полезной модели нового вида транспорта, решается высокопрочной трубчатой бесшовной осью, изготовленной из хромоникелевой стали на современном гибочном оборудовании с дорном и предварительным нагревом участка для гибки-токами высокой частоты. После проведения механической обработки, заготовка подвергается закаливанию в заневоливающих оправках.
Таким образом, полученная при соблюдении всех технологических операций трубчатая ось несет на себе следующий комплект:
- восемь камер сгорания жестко укреплены кольцевым держателем на конусной части и надежно зафиксированы горячей пайкой с латунным припоем. Поверх камер сгорания одет кожух, укрепленный на болтах, и гайки застопорены кернением. Диск в нижней консоли трубчатой оси после установки малой спирали Архимеда, упомянутых камер сгорания, главного ротора и упорного подшипника, - укреплен болтами с упорной резьбой - ввернутыми в стенки, т.е приливы гидроцилиндров опорного шасси. В верхней части на трубчатую ось после установки синхронизатора 7, большой спирали Архимеда, нижней манжеты, гидромотора, верхней манжеты и верхнего упорного подшипника - жестко крепится бандаж с приваренным электросваркой цилиндрическим чехлом. В верхнюю консоль трубчатой оси вздевается загнутая труба, через внутреннюю полость которой в трубчатую ось проходит наддувочный воздух. Поверх загнутой трубы одевается с помощью пресса, угловая кромка двух верхних труб-расчалок и крепится болтами. Ввернутые трубы нижних расчалок совместно с верхними расчалками, на концах которых устанавливаются кабины экранистов, являются еще и местом крепления на самом конце нижних труб-расчалок, опорного переднего шасси. Загнутая верхняя труба-расчалка совместно с нижней задней расчалкой является фундаментом крепления на консоли кормового двигателя, который в свою очередь совместно с распредвал-редуктором приводит во вращение упрощенный воздушный винт. На смещенных осях трубчатой оси расположены - тандем малой и большой спирали Архимеда. В нижней части трубчатой оси, расположен главный ротор, состоящий из стальных двух дисковых заготовок, опорной втулки, восьми распорных пластин, турбинных лопаток - склепанных и сваренный в единую деталь, имеющую осевую опору на нижний упорный подшипник. Во внутренней полости этого уровня трубчатой оси/ укреплены дополнительно гидроцилиндры опорного шасси - за проушины, полученные от просекания штампом, вернее не просеченной нижней части, а загнутые в кольца, концы которых приварены к внутренней стенке, Малая спираль Архимеда, являющаяся верхней частью главной турбины и нижней частью компрессора, имеющая цельнолитые, как турбинные контрлопатки, так и витки спирали и приклепанную фигурно-вогнутую по периферии юбку. Большая спираль Архимеда, являющаяся верхней крышкой компрессора, в нижней части имеет цельнолитые витки спирали, в верхней, опорную кромку под верхний упорный. подшипник и чуть ниже - ротор гидромотора с цилиндрическими кромками под уплотнительные манжеты. Забрало, расположенное на впускном проеме, имеет зацепы под защелки крепления защитной сетки. Бандаж,, упомянутый ранее, имеет три сквозных выступа, т.е. прилива с внутренними резьбовыми отверстиями для крепления нижних трех труб-расчалок.
Автономной частью низколетательного аппарата является кормовой расположенный сзади четырехцилиндровый, звездообразный быстроходный дизельный двигатель - для упрощения и облегчения веса, топливный насос которого, расположен и совмещен с нижним распредвалом-редуктором, и корпусом, т.е. повернут на 150° вниз от вертикальной оси, т.е. почти в перевернутом состоянии. Такая конструкция способна работать в масляной ванне и изменять режим подачи топлива за счет изменения сечения впускного топливного канала. Работа на холостом ходу осуществляется за счет фиксации двух штоков плунжерных пар в верхнем положении, а полная остановка - при полном закрытии сечения крана, оставшихся двух работающих плунжерных пар.
Неотъемлемой частью кормового двигателя является крыльчатка, изготовленная из высокопрочного чугуна, установленным на торцевой части коленчатого вала - вместо традиционного маховика и выполняет дополнительную функцию первой ступени центробежного компрессора. Второй ступенью самостоятельного компрессора (см. приложение №1, заимствованный турбокомпрессор ТКР 8,5 Н-1) является установленная традиционно на другом конце от центростремительной газовой турбины (21), работающей на использовании остаточной энергии отработанных газов кормового двигателя. Колесо компрессора (28) самостоятельного турбокомпрессора ТКР 8,5 Н-1 для большей производительности воздуха работает, т.е вращается в улитке без диска диффузора.(27) и нагнетает наддувочный воздух непосредственно в консоль загнутой трубы 14, укрепленной за кормовой двигатель 20. Воздух из внутренней полости загнутой трубы 14, подается перетекая во внутреннюю полость трубчатой оси, которая в свою очередь, не смотря на избыточное давление проходящего наддувочного воздуха, служит одновременно и туннелем для прокладки маслопроводов высокого и низкого давления, топливопроводов высокого и среднего давления, электропроводов высокого и низкого напряжения для запальных свеч и низкого напряжения от датчиков контрольноизмерительных приборов..
От работы тандема на смещенных осях, малой и большой спиралей Архимеда - нагнетаемый воздух через отверстия 35, просверленные в дисковой части малой спирали Архимеда и уплотняемый лабиринтами, поступает в межстеночное пространство наружных оболочек камер сгорания и внутренних стенок кожухов, где происходит так необходимое от перегрева сопел камер сгорания, - их охлаждение. Дополнительная функция нагнетаемого, подогретого воздуха в том, что он устремляется за истечением из сопел горячих струй рабочего газа - далее это подробно описано в разделе «процесс экранного передвижения».
На фиг.1 показан разрез по осевой линии А-А (см. на фиг.2), с дополнительным показом стрелками направленность газовых струй и воздушных потоков.
На фиг.2 изображен вид сверху НлА.
На фиг.3 изображен общий вид с боку НлА.
На фиг.4 изображен поперечный разрез по оси камер сгорания Б-Б (см. на фиг.3) с дополнительным показом стрелками работающих газовых струй и воздушных потоков без, сечения турбинных лопаток НлА.
На фиг.5 изображена схематично работа витков тандема, большой и малой спиралей Архимеда НлА.
На фиг.6 изображена схема витков большой спирали Архимеда.
На фиг.7 изображена схема витков малой спирали Архимеда.
Чертеж «Низколетательного аппарата» на фиг.1, в разрезе по осевой линии содержащим:
трубчатую ось 1, восемь камер сгорания 2, кольцевой держатель 3, кожух 4, диск 5, гидроцилиндры опорного шасси 6, синхронизатор 7, большую спираль Архимеда 8, нижнюю манжету гидромотора 9, верхнюю манжету гидромотора 10, верхний упорный подшипник 11, бандаж 12, трубчатообразный чехол 13,. загнутую трубу 14, верхние трубы-расчалки 15, угловую кромку 16, трубы нижних расчалок (3 шт.) 17, две кабины экранистов 18, две стойки опорного переднего шасси 19, кормовой двигатель 20, распредвал-редуктор 21, воздушный винт 22, малую спираль Архимеда 23, главный ротор 24, нижний упорный подшипник 25, проушины загнутые в кольца 26, турбинные контрлопатки,, (24 шт.) 27, витки малой спирали Архимеда 28, фигурно-вогнутую юбку 29, ротор гидромотора 30, забрало на выпускном проеме 31, защитную сетку 32, турбинные лопатки (32 шт.) 33, крыльчатку первой ступени центробежного компрессора 34, второй ступенью является колесо компрессора (28) самостоятельного турбокомпрессора ТКР 8,5 Н-1 (см. приложение №1).
Чертеж НлА на фиг.2, вид сверху содержащим: трубчатую ось 1, большую спираль Архимеда 8, бандаж 12, цилиндрический чехол 13, загнутую трубу 14, верхние трубы- расчалки 15, угловую кромку 16, две кабины экранистов 18, две стойки опорного переднего шасси 19, кормовой двигатель 20, распредвал-редуктор 21, воздушный винт 22, фигурно-вогнутую юбку 29, забрало на впускном проеме 31, защитную сетку 32.
Чертеж НлА на фиг.3, общий вид с боку содержащим: опорное шасси 6, большая спираль Архимеда 8, бандаж 12, цилиндрический чехол 13, загнутая труба 14, верхние трубы-расчалки 15, угловая кромка 16, трубы нижних расчалок (3 шт.) 17, две кабины экранистов 18, две стойки опорного переднего шасси 19, кормовой двигатель 20, распредвал-редуктор 21, воздушный винт 22, малая спираль Архимеда 23, главный ротор 24, фигурно-вогнутая юбка 29, забрало на впускном проеме 31, защитная сетка 32, улитка первой ступени компрессора 34, самостоятельный турбокомпрессор ТКР 8,5 Н-1.
Чертеж НлА на фиг.4, в поперечном разрезе по оси камер сгорания Б-Б (см. на фиг.1) содержащим: трубчатую ось (разрез) 1, восемь камер сгорания 2, кольцевой держатель (разрез) 3, кожух (разрез)4, главный ротор 24, турбинные контрлопатки (сечение, 24 шт.) 27, фигурно-вогнутая юбка (сечение) 29, турбинные лопатки 33.
Чертеж НлА на фиг.5, в сечении поперек трубчатой оси, витков большой и малой спиралей Архимеда, А-А (см. на фиг.3) с дополнительным показом стрелками движение сжимаемого воздуха, содержащим: витки большой спирали Архимеда 8, витки малой спирали Архимеда 28, отверстия в дисковой части 35.
Схема НлА на фиг.6, содержащим витки большой спирали Архимеда.
Схема НлА на фиг.7, содержащим витки малой спирали Архимеда (выполненной на прозрачной чертежной кальке).
Процесс экранного передвижения происходит следующим образом: условно примем за точку отсчета - стартовую площадку, оборудованную по последнему слову техники, центральным запуском (ЦЗ) включающим в себя подземный подвод трубопроводов топлива, масла, незамерзающих органических жидкостей и самое главное передвижное крутильное устройство через храповой механизм, подсоединяемое к оси воздушного винта. Такое применяемое давно, мобильное устройство, только оправдано жесткой концепцией экономии веса и упрощение конструкции всего аппарата.
Таким образом, установленный по горизонтальному уровню, благодаря выдвижным лапам шасси с помощью гидроцилиндров, низколетательный аппарат подключенный ко всем коммуникациям готовится к старту. Техники НлА проверяют крепления, исправность всех датчиков, отсутствие обрыва или даже частичного надлома трубок и электропроводов. По мере готовности экипаж экранистов занимает свои кабины и начинается через храповой механизм холодная прокрутка кормового двигателя от передвижного крутильного мобильного устройства. При этом ультразвуком проверяется наличие скрытых трещин, а стробоскопом проверяется звуковая амплитуда, вернее ее изменение на выявление чрезмерного износа в парах переменного трения. По окончании проверки на топливном насосе на первых двух плужерных парах открываются краны впуска переменного сечения, а на двух других фиксаторы удержания штоков опускаются в нижнее положение и дизельное топливо под давлением 12,5…13 МПа начинает впрыскиваться в камеры сгорания и нагретый до 300°С при ходе поршня на сжатие воздух, самовоспламеняет впрыснутую мелкодисперсную смесь - кормовой двигатель 20, запускается и стартовое устройство раскрутки отключает привод храпового механизма и отъезжает от вращающегося воздушного винта.
Прогретый до 70…80°С, кормовое двигатель 20 сразу от двух источников начинает снабжать главную турбину. Атмосферный воздух, пройдя раструб со скрученными в витые лабиринты пластинными, попадает в центр крыльчатки уже в подготовленном, т.е. вращательном состоянии, на ребрах крыльчатки. 34, находящейся в улиткообразном корпусе - воздух продолжает усиленно раскручиваться и направляется в центр второй ступени, самостоятельного турбокомпрессора типа ТКР 8,5 Н-1, где скорость воздушного потока при 10…12 тысяч об/мин. вращения вала, по улиткообразной направляющей и без диска диффузора, с неимоверной скоростью поступает через заединоотлитое отверстие в картере кормового двигателя 20, внутрь консольно-кормовой части согнутой трубы, прямая часть которой укреплена за двигатель, а другой именно согнутый конец, вздет, т.е. вставлен во внутреннюю полость верхней части трубчатой оси. Продуваемый наддувочный воздух до элипсных восьми просеченных отверстий, круто поворачивает на 90° и попадает в трубы восьми камер сгорания, куда по команде экраниста начинает впрыскиваться форсунками с центробежными распылителями под давлением 2…4 МПа авиационный керосин и автоматически синхронно на запальных свечах проскакивает серия электрических искр, от которых керосин воспламеняется.
Вторым источником, упомянутым выше, является подаваемое от кормового двигателя масло под давлением 3…4 МПа - на гидромотор 13 и большая спираль Архимеда 8, начинает вращаться, приводя посредством синхронизатора 7, малую спираль Архимеда 23,.в синхронное вращение не смотря на разность длины спиралей, т.е. малая спираль Архимеда при прочих равных условиях проскальзывает относительно большой спирали на разность размеров витков.
Принудительное вращение малой спирали Архимеда, в донной части которой находятся, как было сказано в описании - цельнолитые контлопатки. Своим медленным вращением они перенаправляют работающие газы на турбинные лопатки 33, - заставляя главный ротор без посторонней раскрутки вращаться с набором скорости.
Вторым свойством медленно вращающихся на смещенных осях - большой и малой спиралей Архимеда является нагнетание под давлением, в зависимости от скорости их вращения 0,2…0,3 МПа воздуха через просверленные отверстия в дисковой части малой спирали Архимеда и минуя лабиринты отформованные и сгофрированные на кожухах 4, камер сгорания 2, воздух попадает в межстеночное пространство, в котором конструктивно предусмотрена пусковая и посадочная работа межстеночного пространства как второго дублированного контура, с впрыском керосина и с запальными свечами, но только на период не более 5 минут, т.к. охлаждение у кожухов отсутствует и изготовленные из низколигированной мягкой стали, не выдерживающей перегрев до 750°С и более, они быстро сгорят произойдет охрупчивание тонкостенного металла.
Таким образом, под напором, горящая в камерах сгорания рабочая смесь, дойдя до сужения, сопло Ловаля, уже рабочие газы истекающие с огромной скоростью - все восемь струй, попадают на первый ряд 33, турбинных лопаток, где отразясь от желобообразной их конфигурации и совершив начальную работу, рабочие газы попадают на первый ряд 27, контрлопаток расположенных в донной дисковой части малой спирали Архимеда; Как уже было сказано в разделе: «Процесс экранного передвижения» - медленно вращающийся тандем малой и большой спиралей Архимеда приводимой во вращение именно от отражения газовых струй контролапками - создают два эффекта, а именно: работу тандема направленную на сжатие и последующее нагнетание воздуха в межстеночное пространство внутренней полости кожухов и наружных оболочек камер сгорания; второстепенным эффектом, получаемым от медленного вращения - является погашение обратного реактивного момента от работы главного ротора турбины.
Продолжая описание работы главной турбины, где параллельно с рабочими газами: нагнетаемый в межстеночное пространство воздух, после частичного разогрева, устремляется вслед за истечением рабочих газов/точно повторяя их маршрут, т.е. сначала направляясь на первый ряд 33, турбинных лопаток и отразясь от них, дополнив тем самым произведенную работу рабочими газами, движущийся воздух попадает на первый ряд крнтрлопаток 27.
Рабочие же газы, отраженные от контрлопаток, устремляются на второй ряд 33, подробно это изображено и показан маршрут рабочих газов стрелками на фиг.4, далее совершив работу и отразясь от турбинных лопаток, рабочие газы возвращаются на второй ряд контрлопаток. Совершив работу по приводу тандема малой и через синхронизатор - привод соответственно большой спирали Архимеда - рабочее газы отразясь попадают на третий ряд 33, турбинных лопаток.
Как было указано выше: нагретый от смешивания - горячий воздух с рабочими газами, дающий рабочий поток, отраженный от третьего ряда турбинных лопаток 33, - весь образовавшийся единый рабочий поток направляется на увеличивающиеся в размере контрлопатки 27, третьего ряда и совершив последнее отражение - рабочий поток направляется на последний, четвертый также увеличивающийся в размере последний ряд турбинных лопаток 33. Откуда уже частично успокоившийся газовый поток, отразившись от этого последнего ряда, концентрируется и нормализуется продвигаясь, перемещаясь к образовавшейся по периферии всего диаметра вращающихся в противоположные стороны, фигурно-вогнутой части малой спирали Архимеда вверху и направляющей дисковой части внизу, входящей в главный ротор - образуемая тем самым периферийная щель, через которую истекает газовый поток и есть занавес, причем вихревой, т.е. вращающийся и предотвращающий выход воздушно-газовой смеси из под донной части НлА. Образуемая пневмо-газовая подушка удерживает в зависшем состоянии над поверхностью до выхода на экранное передвижение или старт и при заходе на посадку. Таким образом на взлете или старте синхронно работающие камеры сгорания и их дублеры, т.е. межстеночное пространство кожухов и камер сгорания на короткий период - создает сильное истечение по периферии НлА сверх нормы, горячих газов. Несмотря на невыход кормового двигателя на полную мощность, низколетательный аппарат поднимается, зависает на высоте 1…2 м своего экрана и быстро, т.е. форсированно набирающий обороты кормовой двигатель 20, за счет вращения упрощенного воздушного винта начнет с ускорением приводить НлА в горизонтальный полет или экранное передвижение. Вторым непременным условием является - раскрутка или наоборот слабое затормаживание гидромотором - большой спирали Архимеда, выдерживая тем самым полетный курс с толкающим винтом. Векторы действующих сил обязательно будут стремиться отклонить весь НлА от направления вектора, толкающего винта. Это означает - масляный насос, находящийся в кормовом двигателе 20, и трубопроводы, гидромотор, распределитель управления подачи масла, должны быть предельно надежными и иметь запасную систему передвижения.. Это может быть реверсивность кормового двигателя 20, т.е. остановка и запуск двигателя в обратную сторону, за счет оригинальной конструкции в приводе электростартера и с одновременной реверсивностью при изменении полярности запитки якоря.
Аварийное изменение вращения толкающего винта в обратную сторону - т.е. трансформация в тянущий, а при таком раскладе векторов сил, для тянущего винта подбирать режим работы и на половинной скорости экранного передвижения - возможность добраться до базы или до запасной посадочной площадки - многократно увеличивается, т.е. дача аварийного хода остается в действии. При более сильных повреждениях, т.е. внештатной ситуации, НлА находящийся над ледовой поверхностью,- выпустив шасси прилединится на площадку, но без мобильной установки по раскрутке, запуск кормового двигателя не возможен. Самостоятельно выйти на экранное передвижение не сможет. При приводнении - забортная вода постепенно заполнит пустоты в лабиринтах большой и малой спиралей Архимеда. В такой внештатной ситуации, произойдет затопление на ≈80% всего летательного аппарата и он ляжет на крен, но по любому одна из кабин экранистов останется не затопленной и в данном случае два варианта:
- подавать воздух из незатопленной кабины, в затопленную - при условии, если она останется герметичной до прибытия спасателей;
- экранисту из затопленной кабины перебраться в незатопленную и уже там дожидаться спасательную службу в сухих, условно комфортных условиях.
Применение «Низколетательного аппарата» как совершенно нового вида транспорта, как для надводного применения, так и для трудно проходимых в пеших условиях, арктических наледей и торосов.
Передвижение с автомобильной скоростью по морским акваториям в зимнее время для посещения малых островов с их труднодоступностью и есть широкий шаг в освоение морских территорий принадлежащих нашей стране, но не освоенных, из-за их трудности в обеспечении транспортом и есть конечная цель предлагаемого НлА.