ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ
FLIGHT VEHICLE

Изобретение относится к летательным аппаратам с вертикальным взлетом и посадкой, у которых подъемная сила и тяга в горизонтальном направлении создается одним или несколькими несущими винтами.
Предлагаемый летательный аппарат может найти широкое применение во всех сферах человеческой деятельности и предназначается, главным образом, для индивидуального пользования. Аппарат имеет малые габариты и менее опасен для окружающих, может двигаться своим ходом по автомобильным дорогам, также может использоваться в военном деле.
Известные летательные аппараты используют несущие винты, оснащенные узкими и длинными лопастями /мечеобразными/, которые в процессе вращения несущего винта описывают большую окружность, которая плохо просматривается и создает опасность для окружающих при сближении с вертолетом. Кроме того, длинные лопасти очень сильно реагируют на порывы ветра, при встрече с порывом ветра концы лопастей быстро "взлетают" вверх и накреняют корпус вертолета, в результате этого создается нежелательная тряска корпуса вертолета.
Недостатком известных несущих винтов является, главным образом, то, что тягу в циклическом режиме создают не все лопасти, а только те, которые находятся в верхней половине общего круга /диска/, находясь в нижней части круга, лопасти не работают и в большей части своей находятся с минимальным углом поворота. В этом положении лопасти работают с отрицательным эффектом - на торможение. Ветер взаимодействует с площадью лопастей и корпусом вертолета, и вертолет сносится ветром. В результате, снижается скорость полета, дальность полета и увеличивается расход топлива. Из всего сказанного выше следует то, что использовать циклический режим для передвижения вертолета невыгодно. Лопасти с циклическим шагом подвергаются разного рода динамическим нагрузкам и работают не эффективно.
Устройство известных несущих винтов и управление ими опубликованы в справочных пособиях на стр.8, 166, 334 "Словарь-справочник по механизмам" А.Ф.Крайнева, Москва, "Машиностроение", а также см. стр.31-41 "Конструкция вертолетов", Богданова Ю.С.. "Машиностроение", Москва. 1990 г. и Тиняков Г.А. "Пилотирование вертолета", стр.104-106, Воениздат, Москва, 1960 г.
Наиболее простой несущий винт с автоматом перекоса включает в себя пустотелый ведомый вал с крестовиной, к которой крепятся лопасти посредством горизонтального, вертикального и осевого шарниров. Каждая лопасть снабжена поводком поворота. На ведомом валу установлено зубчатое колесо, через которое передается вращение на вал. Поводки поворота соединены посредством рычагов и шарниров с крестовиной автомата перекоса, которая посредством рычага, установленного внутри вала в шаровом шарнире, совершает продольные и поворотные движения для управления углом поворота у лопастей, в результате этих движений происходит изменение общего шага или циклического шага несущего винта.
В качестве первичных двигателей известные вертолеты в большинстве своем используют поршневые четырехтактные двигатели внутреннего сгорания или турбовинтовые /турбовальные/. Первые из упомянутых относятся к тяжелым и неэкономичным двигателям, вторые являются очень" шумными".
В предлагаемом летательном аппарате в качестве первичного двигателя используется двигатель, работающий по принципу действия двухтактного одношиберного двигателя внутреннего сгорания двойного действия, ближайшим аналогом которого является предложенное мной изобретение RU 2164303 C2 12.05.1999 года. Данный двигатель содержит разъемный корпус с выхлопным и продувочными окнами. Шибер выполнен в виде полого цилиндра, закрепленного боковой поверхностью на поворотном валу. Кривошипно-шатунный механизм вынесен за пределы стенок корпуса. Нагнетательные каналы выполнены на втулке шибера.
Недостатком одношиберного двигателя является то, что один шибер не может обеспечить плавное прохождение "мертвых точек" на кривошипе, которые имеют место быть в ВМТ и НМТ, что для летательного аппарата будет создавать опасность, ненадежность. Поэтому в качестве первичного двигателя предлагается использовать трехшиберный двухтактный двигатель внутреннего сгорания двойного действия, кривошипно-шатунный механизм которого расположен внутри шиберных полостей. Кривошипы расположены относительно друг друга на 120 градусов. За один оборот коленчатого вала происходит шесть рабочих ходов.
В качестве несущего винта в предлагаемом летательном аппарате используется несущий винт с петлеобразными лопастями, которые крепятся посредством своих наконечников к наконечникам двухплечих рычагов. Двухплечие рычаги снабжены осевым и горизонтальным шарнирами, аналогично изобретению RU 2296697 С1 11.07.2005 года.
Петлеобразные лопасти выгодно отличаются от известных мечеобразных лопастей:
- во-первых, данные лопасти укорочены примерно в два раза;
- во-вторых петлеобразная лопасть захватывает воздушную среду сверху и сбоку, в результате чего петля раздувается и отбрасывает уплотненную струю воздуха под углом вниз, под аппарат, увеличивая подъемную силу, не создавая продольного ветра.
Для осуществления вертикального и поступательного движения, а также для осуществления продольного и поперечного управления вертолетом и с целью исключения циклического режима несущего винта предлагается устройство несущего винта с качающимися лопастями по вертикальной плоскости, действующие по принципу двухплечего рычага, с электромагнитной установкой общего угла поворота лопастей.
Изменение направления тяги несущего винта достигается за счет наклона диска окружности лопастей в нужном направлении относительно вертикальной оси ведомого вала. Управление наклоном диска лопастей осуществляется автоматом перекоса, действующим на электромагнитном принципе. Устранение возможного кренящего момента у предложенного вертолета, возникающего на азимуте π/2 относительно азимута 3π/2, достигается за счет того, что петлеобразные лопасти имеют значительно укороченный вид, в связи с этим несущий винт имеет возможность вращаться с большей скоростью, аналогично воздушному винту, у которого все лопасти работают одновременно с максимальным углом поворота, поэтому в процессе продольного или поперечного движения вертолета возникновения перекоса происходить не будет. Кроме того, существует еще дополнительная возможность устранения перекоса, связанная с электромагнитным автоматом перекоса, при наклоне диска лопастей верхние лопасти автоматически уменьшают угол поворота за счет натяжения поводков, а нижние лопасти, наоборот, угол поворота увеличивают. В результате таких противодействий у лопастей будет автоматически устанавливаться нивелирование угла поворота, крестовина поводков будет балансировать на "подушке" магнитного поля.
Предлагается также устройство для очистки выхлопных газов при работе первичного двигателя вертолета.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, включает в себя четыре основных пункта:
1. повышение тяги несущего винта;
2. повышение мощности и экономичности первичного двигателя;
3. уменьшение веса летательного аппарата,
4. а также очистку выхлопных газов.
По первому пункту задача решается за счет того, что лопасти несущего винта укорочены и выполнены из металлической прямоугольной полосы, свернуты петлеобразной формой, причем размер контурных линий петлеобразной лопасти отличается от прямоугольной формы и предъявляет к себе при изготовлении дополнительные требования /см. фиг.3/.
Ширина полосы в средней части лопасти /б-е/ относительно ее концов /а-к, с-д/ должна быть больше в 3 или 4 раза, а относительно общей длиы /к-д/ должна быть больше в 5 или 6 раз. Передняя сторона в средней ей части /о-б/ по ходу вращения, относительно центральной линии должна быть также несколько шире задней стороны /о-е/. Боковые линии /б-с/ и /е-д/ выполняются прямыми линиями, а боковые линии а-б и к-е выполняются по лекалу. Материал листа, из которого должны изготавливаться лопасти, должен быть достаточно гибким, облегченным и прочным. Толщина листа не должна превышать 2-3 мм.
Указанные размеры лопасти даются условно, приблизительно. Концы лопасти /а-к и с-д/ соединяются между собой путем сварки и закрепляются в гнезде наконечника, выполненного с наружной стороны в виде трехрогой вилки, посредством наложения вкладыша, который жестко притягивается болтом. Петля широким боком /б-с-д-е, фиг.3/ располагается к двум верхним выступающим концам вилки, а своей суженной частью /б-а-к-е/ - к нижнему выступающему концу вилки, боковые кромки широкой части петли жестко соединяются с верхними концами вилки наконечника, а суженной стороной петля крепится к нижнему выступающему концу вилки наконечника. Лопасти крепятся посредством своих наконечников к наконечникам двуплечих рычагов цилиндрической формы. Двуплечие рычаги снабжены осевым и горизонтальным шарнирами. Осевым шарниром служит радиально-упорный подшипник, который внутренней обоймой упирается в кольцеобразный выступ, а наружной обоймой закреплен в корпусе подшипника, который служит горизонтальным шарниром, для этой цели корпус снабжен пальцами, расположенными с противоположных сторон корпуса в горизонтальной плоскости, которые взаимодействуют с подшипниками/или вкладышами/, остановленными в стенках корпуса головки. На внутренних концах двуплечих рычагов закреплены со свободным вращением втулки с выполненными проушинами, расположенными с боков в диаметральной плоскости. Верхние проушины соединены посредством рычагов и шарниров с проушинами, выполненными по окружности балансирной тарелки, которая шарнирно установлена средней своей частью на опорном шаровом шарнире, который закреплен на крышке корпуса крестовины лопастей. Нижние проушины втулки соединены посредством шарнирных соединений и штанг, расположенных внутри пустотелого ведомого вала, с внутренними концами коромысел, которые проходят через прорези, выполненные в стенках ведомого вала и шарнирно закрепленные в проушинах, выполненных на наружной поверхности упомянутого вала. На противоположных концах коромысел расположены грузики в виде шаров, которые взаимодействуют с электромагнитами автомата перекоса, установленными на платформе верхней несущей балки корпуса вертолета. Наконечники лопастей снабжены рычагами поворота, которые соединены посредством поводков и шарниров с проушинами, выполненными по окружности дискообразной крестовины, насаженной на ведомый вал несущего винта, со свободным продольным перемещением и взаимодействующей с электромагнитом, жестко закрепленным на поверхности ведомого вала. Электромагниты автомата перекоса закрыты крышкой. На наружной поверхности ведомого вала закреплены два токосъемочных кольца, взаимодействующих с токосъемочными щетками, закрепленными на крышке автомата перекоса, которые соединяются электрической цепью с выключателем, установленным на пульте управления. Автомат перекоса содержит шесть электромагнитов, которые равномерно расположены вокруг ведомого вала, каждый электромагнит соединен электрической цепью с пультом управления. Ведомый вал закреплен в корпусе вертолета посредством трех радиально-упорных подшипников на разных уровнях и соединен другим валом /цельным/ с редуктором /не показано/, который, в свою очередь, соединен с муфтой сцепления двигателя. На внутреннем конце ведомого вала установлено зубчатое колесо, которое находится в постоянном зацеплении с зубчатым колесом, закрепленном на горизонтальном валу хвостового воздушного винта.
По пунктам 2 и 3 задача решается за счет того, что в качестве первичного двигателя используются три шиберных двухтактных двигателя внутреннего сгорания двойного действия. Коленчатый вал установлен на четырех коренных шейках и проходит через внутренние полости шиберов, которые соединены посредством шатунов с шатунными шейками коленчатого вала. Шатунные шейки расположены относительно друг друга на 120 градусов. Рабочие полости разделены между собой двумя внутренними стенками. Все три двигателя конструктивно выполнены по одной схеме и отличаются от ранее известного двигателя тем, что кривошипно-шатунный механизм каждого двигателя установлен в полости шибера.
Средний корпус двигателя снабжен с двух сторон бортами, а два крайних корпуса снабжены по одному борту, посредством которых все три корпуса жестко крепятся болтами к внутренним стенкам. Боковые стенки крепятся непосредственно к корпусу с боков. Шиберные втулки всех трех шиберов установлены на одной общей оси со свободным вращением, которая жестко закреплена в боковых стенках корпусов. В корпусах двигателей и на всех стенках по окружности выполнены на одном верхнем уровне отверстия, которые используются как продувочные окна для охлаждения и как нагнетательные каналы для подачи воздуха в заднюю полость, образованную между задней стенкой и кожухом трехшиберного двигателя. Для подачи нагнетательного воздуха из задней упомянутой полости во внутренние полости шиберов выполнены на нижнем уровне дополнитеьные окна /щели/ в двух дисках, остановленных в средних стенках, и на одной правой боковой стенке, которая закрывается герметично кожухом. Коленчатый вал снабжен с обеих сторон хвостовиками для отбора мощности. С правой стороны имеется хвостовик с выполненными щлицами. На левой стороне вала установлен фланец.
Для запуска первичного двигателя предлагается использовать известные электромашины, работающие по принципу вращающегося магнитного потока, который образуется в электромагнитных катушках при подаче переменного тока, расположенных вокруг ротора и закрепленных на внутренней стороне кожуха, который закреплен на стенке с левой стороны двигателя. В качестве ротора используется когтеобразный магнитопровод с кольцеобразной обмоткой, который закреплен на левом конце вала. На левой стороне когтеобразного ротора установлены два токосъемочных кольца, которые взаимодействуют с неподвижными токосъемочными кольцами, установленными на стенке кожуха. На правой стороне ротора закреплен вентилятор, на уровне лопаток вентилятора выполнены на стенке кожуха окна для забора воздуха. После запуска двигателя электромашина переходит в режим генератора переменного тока, который преобразуется выпрямителем в постоянный ток.
Для облегчения установки коленчатого вала и разборки двигателя в двух стенках среднего двигателя выполнены сквозные отверстия, размер диаметра которых должен превышать размер двух радиусов кривошипа коленчатого вала. В данные отверстия устанавливаются разборные диски с коренными подшипниками, которые затем жестко закрепляются в стенках. По окружности разборных дисков выполнены несколько сквозных отверстий /6 шт./, упомянутых выше.
Для очистки выхлопных газов предлагается использовать несложное устройство, включающее в себя две трубы разных диаметров и равной длины, наружная труба снабжена боковыми стенками и патрубком, а на стенках внутренней трубы выполнены по всей длине несколько отверстий. Образовавшаяся полость между стенками заполняется стекловатой или волоконным асбестом. Образованный испаритель устанавливается в разъем между фланцами выхлопной трубы, ближе к выходным газам двигателя и крепится болтами. Патрубок испарителя соединяется посредством трубопровода с патрубком дозатора, который сообщается с двумя трубками и закрепляется на днище емкости с водой. Трубки дозатора имеют разную длину, одна из которых устанавливается выше уровня воды в емкости, а другая устанавливается на уровне стенки емкости и снабжена дозирующим вентилем. Емкость закрывается плотно крышкой.
Предложенный очиститель выхлопных газов двигателя, использующий пары воды, выгодно отличается от известных фильтров тем, что при смешивании пара воды с горячими выхлопными газами будет происходить охлаждение выхлопных газов, в результате которого произойдет снижение давления газов в выхлопной трубе, за счет которого возрастет мощность двигателя и к тому же будет дополнительно происходить охлаждение всей выхлопной трубы, этим снизится излишняя опасность. Охлажденный газ с паром будет оседать на землю.
На фиг.1 показан летательный аппарат, вид сбоку.
На фиг.2 показан несущий винт со снятой крышкой.
На фиг.3 показана лопасть в развернутом виде.
На фиг.4 показан несущий винт в разрезе по А-А на фиг.2.
На фиг.5 показан участок электрической цепи.
На фиг.6 показан левый шиберный двигатель без стенки.
На фиг.7 показан трехшиберный двигатель, продольный разрез.
На фиг.8 показана одна внутренняя стенка /обе одинаковые/.
На фиг.9 показан разрез по А-А на фиг.8.
На фиг.10 показаны статорные электромагниты.
На фиг.11 показан разрез по А-А на фиг.10.
На фиг.12 показан когтеобразный ротор с вентилятором.
На фиг.13 показан разрез по А-А на фиг.12.
На фиг.14 показана схема управления автоматом перекоса.
На фиг.15 показана распределительная схема тока.
На фиг.16 показано устройство очистки выхлопных газов.
Летательный аппарат, фиг.1, включает в себя корпус 1, несущий винт 2, трехшиберный двигатель 3, кожух воздушного винта 4 /винт не показан/ с отражателем 5, который установлен на шарнирах 6, два передних колеса 7 и одно заднее 8, с шарнирным соединением 9 и выдвижной трубой 10, снабженной шлицем 11, две боковых дверцы 12 и одну заднюю 13. Раздвижное стекло переднего вида 14 и 15 выполнено полусферической формы с уплотнительными прокладками и шарнирами 17. Аппарат включает в себя также фонари наружного освещения 18, несущую трубу 19 заднего воздушного винта с направляющими ребрами 20, два сиденья 21, вертикальный вал 22, соединяющий ведомый вал 23 с редуктором /не показано/. На конце ведомого вала 23 установлено зубчатое колесо 24, которое находится в постоянном зацеплении с зубчатым колесом 25, установленным на конце горизонтального вала 26, посредством которого передается вращательное движение воздушному винту, расположенному в кожухе 4 хвостовой части аппарата. Вертикальный вал 22 снабжен хвостовиком со шлицами, посредством которого соединяется с ведомым валом 23. Торец 27 ведомого вала 23 опирается на радиальный подшипник 28, который закреплен в корпусе вертолета. Два других радиальных подшипника 29 и 30 удерживают ведомый вал на разных уровнях, один работает на подъем вертолета и установлен между зубчатым колесом 24 и несущей балкой 31, а подшипник 30 установлен на крышке 32 автомата перекоса, которая жестко крепится к платформе несущей балки 31. Наружный конец ведомого вала снабжен фланцем 33 /фиг.4/, посредством которого ведомый вал крепится к корпусу крестовины 34 несущего винта. Лопасти несущего винта выполнены петлеобразной формы, фиг.2, 3, 4, из полосы листового облегченного материала, который в обязательном порядке должен иметь хорошую упругость, гибкость и прочность, толщина которой не должна превышать 2-3 мм из соображения облегчения лопасти и для того, чтобы петля имела возможность в процессе вращения несущего винта растягиваться, раздуваться под действием воздушного потока, что позволит частично смягчить удар воздушной струи при встрече с порывом ветра. Кромки лопасти имеют различную конфигурацию, см. фиг.3. Наибольшая ширина лопасти находится в средней ее части /б-е/, причем передняя сторона /о-б/, по ходу вращения, относительно средней линии, больше задней стороны /о-е/. За счет этого создается постоянный забор воздушной среды /см. стрелки фиг.2/, которая будет воздействовать на лопасть совместно с центробежными силами, которые будут стремиться вытянуть окружность лопасти вдоль радиуса. Задняя сторона лопасти, наоборот, принимая давления воздушной среды совместно с боковыми стенками /е-д и е-к/ на себя, будет стремиться раздуть петлеобразную форму лопасти в круглую форму. Концы лопасти /а-к и с-д/ относительно ширины средней части /б-е/ сужены, ширина которых состовляет меньше в 3-4 раза. Боковые стороны верхней части петли /б-с и е-д/ выполнены прямыми линиями, а стороны нижней части петли /а-б и к-е/ выполнены по лекалу, за счет этого достигается плавный и быстрый переход от широкой части петли к сужению, которая в образовании подъемной силы не участвует. Суженные концы /а-к и с-д/ соединяются между собой посредством сварки и закрепляются в гнезде наконечника 35, фиг.4, которое выполнено в виде трехрогой вилки. На концы петли накладывается вкладыш 36 /фиг.4/ и жестко притягивается болтом 37. К верхним рожкам 38-39, фиг.2, жестко крепится широкая сторона 40 петли, а узкая сторона ее 41 крепится к нижнему рожку 42. Наконечник 35 лопасти крепится к наконечнику 43 двуплечего рычага /место разъема 44/. Горизонтальным шарниром двуплечего рычага является корпус 45 подшипника 46, фиг 4. Корпус снабжен с боковых противолежащих сторон пальцами 47, расположенными в горизонтальной плоскости и шарнирно установленными в гнездах /подшипниках/, выполненных в стенках разъемного пятигранного корпуса крестовины 34. С целью повышения герметичности полости корпуса крестовины поверхности корпусов подшипников выполнены овальной формы, и также сопрягающиеся поверхности стенок корпуса крестовины - с соответствующим овалом. Наконечник 43 выполнен заодно с двуплечим рычагом 48 и своим бортом удерживает двуплечий рычаг от продольного перемещения, с противоположной стороны от продольного перемещения удерживает втулка 49, установленная со свободным вращением на рычаге и закрепляется гайкой 50. Радиально-упорный подшипник 46 обеспечивает двуплечему рычагу осевое вращение, допускающееся в пределах установки угла поворота лопастей. Крышка 51 плотно стягивается с корпусом 34 болтами /гнезда 52/.
На наконечнике 43 двуплечего рычага установлен рычаг управления 53 углом поворота лопасти, который соединяется путем шарнира 54 с поводком 55, последний посредством шарнира 56 соединяется с проушинами дискообразной крестовиной 57, установленной на ведомом валу 23 со свободным продольным перемещением, взаимодействующей с сердечником электромагнита 58, жестко закрепленного на ведомом валу. Выходные концы катушки соединены посредством проводников тока с токосъемочными кольцами 59, установленными и закрепленными на поверхности ведомого вала, которые взаимодействуют с токосъемочными щетками 60, которые закреплены на крышке 32 автомата перекоса, отводящие проводники тока выведены наружу и соединены с клеммами 61, фиг 4 и 5. Втулки 49 верхними проушинами 62 шарнирно соединены посредством поводков 63 и шарниров 64 и 65 с проушинами, выполненными по окружности балансирной тарелки 66. Балансирная тарелка снабжена в центральной своей части полусферической обоймой 67, которая взаимодействует с шаровым шарниром 68, выполненным на конце пальца, закрепленного на крышке 51 корпуса крестовины. Крестовина закрывается колпаком 69. Нижние проушины 70 и 71 втулок соединены шарнирными соединениями со штангами 72, которые другими концами 73 и 74 соединяются шарнирно с внутренними концами коромысел 77 с грузиками 75 и 76. Коромысла шарнирно соединены с проушинами 78, выполненными в прорезях стенки ведомого вала. Шаровые грузики 75 и 76 взаимодействуют с электромагнитными катушками 79- -82 /всего 6 шт./, сердечники 85 которых жестко закреплены к платформе 31. Выходные проводники катушек выведены на пульт управления /см. фиг.14/. Электромагниты расположены равномерно по окружности вокруг ведомого вала 23.
Пульт управления автоматом перекоса /фиг.14/ включает в себя шесть электромагнитов 79, 80,81, 82, 83, 84, выводные проводники которых подключены к клеммам пульта. Пульт устроен таким образом:
на плите 86 /см.квадрат/ закреплены шесть радиально расположенных рядов клемм, по четыре штуки в одном ряду. Ряды равномерно распределены по окружности. Катушки подключаются к пульту в таком порядке. Правый вывод /по ходу вращения задний/ катушки 83 подключен к первому ряду 87 на первую и третью клеммы /счет сверху вниз/. Передний вывод этой катушки подключен к первому ряду 87 на вторую и четвертую клеммы. Задний вывод катушки 84 подключен к ряду 88 к первой и третьей клеммам. Передний вывод подключен ко второй и четвертой клеммам. Задний вывод катушки 79 подключен к 89 ряду на первую и третью клеммы. Передний вывод подключен на вторую и четвертую клеммы. Задний вывод катушки 80 подключен на 90 ряд на первую и третью клеммы. Передний вывод подключен на вторую и четвертую клеммы. Задний вывод катушки 81 подключен к 91 ряду на первую и третью клеммы. Передний вывод подключен на вторую и четвертую клеммы. Задний вывод катушки 82 подключен к 92 ряду на первую и третью клеммы. Передний вывод подключен на вторую и четвертую клеммы.
К поворотному диску 93 /показан круг/ с ручкой 94, на внутренней стороне закреплены контактирующие с клеммами четыре дугообразные шины 95, 96, 97, 98, которые имеют возможность вращаться с диском вдоль окружностей 99,100,101,102 при помощи ручки 94 на диске. Дугообразные шины 95 и 98 соединены при помощи перемычек и щеток 103 и 104 с токосъемочным кольцом, которое соединяется с плюсовой клеммой а. Дугообразные шины 96 и 97 соединены при помощи перемычек и щеток 105 и 106 с токосъемочным кольцом, которое соединяется с минусовой клеммой б. Токосъемочные кольца закреплены на плите 86. Регулирование током в цепях катушек производится резисторами R1, R2, R3, R4, R5, R6.
В качестве первичного двигателя летательный аппарат использует трехшиберный двухтактный двигатель внутреннего сгорания двойного действия, показан в продольном разрезе на фиг.7, включает в себя три одношиберных двигателя, один из которых показан на фиг.6, вид сбоку, со снятой передней крышкой. Отличается от известного двигателя тем, что кривошипно-шатунный механизм и коленчатый вал помещены во внутренние полости шиберов.
Трехшиберный двигатель включает в себя три цилиндрических корпуса 107, 108, 109, фиг.7, с выполненными боковыми наружными бортами 110, посредством которых корпуса крепятся к внутренним разделительным стенкам /внутренний корпус 108 снабжен бортиками с двух боков/. Внутри корпусов выполнены рабочие полости 111, 112, 113, 112 полость показана в момент сжатия, в которых установлены шиберы 114, 115, 116 цилиндрической формы с внутренними полостями 117, 118, 119. Шиберы своей боковой поверхностью жестко крепятся к боковым поверхностям поворотных втулок 120, 121, 122, которые установлены со свободным вращением на общей оси 123, жестко закрепленной в крайних стенках 124, 125.
По центральной оси корпусов расположен коленчатый вал 126, содержащий четыре коренные шейки 127, 128, 128, 129, вращающиеся в подшипниках, два из которых расположены в двух боковых стенках 124, 125 двигателя, а два средних расположены в разделительных стенках 130. Кривошипно-шатунный механизм расположен во внутренних полостях шиберов 117, 118, 119 /см. фиг.6 и 7/. Шатунные шейки 131, 132, 133 коленчатого вала расположены относительно друг друга на 120 градусов и соединяются посредством шатунов 134 /фиг.6/ с боковыми внутренними стенками шиберов. Шатуны верхними головками шарнирно соединяются с пальцами 135 /фиг.6/, закрепленными в стенках прорезей 136, выполненными на внутренних стенках шиберов, а нижними разъемными головками 131 соединяются с шатунными шейками 132, 133. Рабочие поверхности шиберов и втулок снабжены уплотнительными средствами, с боков шиберы и втулки снабжены уплотнительными дугами 137 и уплотнительными кольцами 138. Сопрягающиеся поверхности втулок с поверхностями корпусов уплотняются поперечными вкладышами 139. Верхние поперечные рабочие поверхности шиберов, сопрягающиеся с жароупорными вкладышами 140, установленными на внутренней поверхности корпусов, снабжены поперечным уплотнительными вкладышами 141 и боковыми вкладышами 142. В верхней части корпусов выполнены выпускные окна 143, 144, 145 для выхода отработанных газов. Каждая рабочая камера снабжена топливной форсункой и свечей зажигания. Для установки свечи зажигания и форсунки в левых камерах 111 /фиг.6/ корпусов выполнены гнезда 146, 147 и камера воспламенения 148. Для правых рабочих камер 111 выполнены гнезда 149, 150 для свечи зажигания и форсунки и камера воспламенения 151. В двух средних разделительных стенках 130 выполнены сквозные отверстия, размер диаметра которых должен превышать диаметр окружности, описанной удаленной точкой кривошипа. Такая необходимость диктуется обстоятельствами, возникающими в процессе сборки и разборки двигателя, для установки коленчатого вала. В упомянутые отверстия устанавливаются разборные диски 152 с коренными подшипниками 153 и вкладышами 154 /фиг.8 и 9/, стыковочная окружность которых выполнена ступенчатой 155. В местах разъема диска и подшипника установлены штифты 156 и фиксирующий паз 157. Диски выполнены заодно с корпусами коренных подшипников и устанавливаются в отверстия стенок 130 вместе с коленчатым валом, затем диски жестко запрессовываются в отверстия стенок. По окружной поверхности подшипников на стенках дисков выполнены несколько сквозных отверстий 158, на таком же уровне выполнены отверстия на задней стенке 125, на передней стенке 124 таких отверстий нет. Эти отверстия используются одновременно как продувочные для охлаждения и как нагнетательные отверстия для подачи свежих порций воздуха из полости 160 во внутренние полости шиберов 117 /фиг.6/. Во всех четырех стенках и трех корпусах на одном уровне вдоль окружности корпуса выполнены сквозные поперечные отверстия 159, которые используются одновременно как продувочные для охлаждения и как нагнетательные окна для подачи свежего воздуха в полость 160 /фиг.7/, образовавшуюся между задней стенкой 125 и кожухом 161, который плотно крепится к задней стенке двигателя.
Втулки 120 снабжены двумя поперечными нагнетательными отверстиями 162 и 163 /фиг.6/, которые постоянно сообщаются с внутренними полостями шиберов и при определенном повороте втулки с шибером /после выхлопа горячих газов/ соединяют внутреннюю полость шибера 117 с левой рабочей полостью 111, либо с правой рабочей полостью 111.
Отверстия 164, выполненные в стенках боковых корпусов 107 и 109, предназначены для крепления стенок 124 и 125 к этим корпусам двигателя.
Для отбора мощности коленчатый вал снабжен с правой стороны шлицованным хвостовиком, с левой стороны - фланцем 165.
Для запуска двигателя и для выработки электрической энергии двигатель снабжен электромашиной, способной работать как в качестве двигателя, так и в качестве генератора переменного тока. Для этой цели на выходном конце коленчатого вала с левой стороны установлен в качестве ротора когтеобразный магнитопровод 166 и 167 с кольцеобразной обмоткой 168. В качестве статорной обмотки возбуждения используются электромагниты 169, фиг.7 и фиг.10, и 11, расположенные равномерно вдоль окружности ротора. Электромагниты охвачены по внешней окружности общим ободом 170 с диском 171, который закреплен к кожуху 172, последний, в свою очередь, жестко закреплен к передней стенке 124 двигателя. Сердечники 173 электромагнитов жестко закреплены к ободу 170 /фиг.10 и 11/. Для того чтобы получить бегущее магнитное поле путем использования электромагнитов 169, для этого начало Н обмотки одной катушки 174 подключается к шине с плюсом 175, а второй конец К катушки подключается к шине с минусом 176. Обмотка следующей катушки электромагнита своими выводами подключается к шинам в обратном порядке, начала Н подключается к шине с минусом 176, а выходящим концом обмотки катушки К подключается к плюсовой шине 175 и так далее, все последующие обмотки катушек подключаются к шинам, чередуясь в обратной полярности. Шины 175 и 176 соединены с наружными клеммами а-д, закрепленными на кожухе 172, которые подключаются к контактам переключателя В7 и В2. К задней стенке ротора закреплен диск вентилятора 177 с лопастями 178. На уровне лопастей выполнены в стенках кожуха окна 179 для забора воздуха.
Выводы кольцеобразной обмотки 168 соединены с двумя токосъемочными кольцами 180, 181, закрепленными на левой стенке ротора, которые взаимодействуют с неподвижными токосъемочными кольцами, закрепленными на стенке кожуха 172, выходящие концы проводников от которых соединены с клеммами а-г. /фиг.15/.
На фиг.15 показана общая электрическая схема, включающая в себя источник постоянного тока Ак /аккумулятор/, от которого ток подается на общий выключатель В1 и В6. Ток от выключателя В1 поступает через сопротивление R5, конденсатор С1 и контакты 183 прерывателя низкого напряжения /Пр.н.н./ на вход первичной обмотки индукционной катушки И К. Подвижный контакт 183 механически связан с рычагом прерывателя 182, который приводится в колебательное движение зубчатым колесом 184. Высоковольтная обмотка индукционной катушки соединена с осью подвижного контакта 185 распределителя тока высокого напряжения /Р.т.в.н/.
Первый контакт распределителя /трамблера/ соединяется проводом высокого напряжения с первой свечей зажигания, установленной в левой камере первого корпуса. Второй контакт распределителя соединяется проводом со свечей 2, установленной в левой камере среднего корпуса. Третий контакт распределителя соединяется проводом со свечей 3, установленной в левой камере третьего корпуса. Четвертый контакт распределителя соединяется проводом со свечей 4, установленной в правой рабочей камере первого корпуса. Пятый контакт распределителя соединяется проводом со свечей 5, установленной в правой рабочей камере среднего корпуса. Шестой контакт распределителя соединяется проводом со свечей 6, установленной в правой рабочей камере третьего корпуса. Подвижный контакт распределителя 185 высокого напряжения устанавливается в замкнутое положение с первым контактом 1 в тот момент, когда прерыватель 182 находится в момент разрыва контактов 183 низкого напряжения, рычаг 182 находится на вершине выступа колеса 184.
При включенном выключателе В6 ток подается одновременно на электродвигатель Д и на переключатель В7. Электродвигатель и переключатель В7 выполняют роль преобразователя постоянного тока в переменный ток. Частота переменного тока будет зависеть от числа оборотов электродвигателя. В качестве преобразователя можно использовать другие более надежные известные устройства, например тиристорные. Переменный ток от переключателя В7 будет подаваться через резистор R4 на вход а-д фиг.7 и 10, на общие шины 175 и 176 обмоток электромагнитов 174 и 169. Обмотки электромагнитов подключаются к шинам в следующем порядке. От плюсовой шины 175 ток подается на вход начала Н нечетных обмоток 174, а от минусовой шины 176 ток подается на вход концов К четных обмоток с целью смены полярности в катушках.
При включении выключателя В3 ток подается через резистор R1 на вход а-б фиг.14 автомата перекоса.
При включении выключателя В4 ток подается через резистор R2 на вход а-в, фиг.5, щеток 61 токосъемочных колец 59, которые соединяются электрической цепью с началом и концом намотки электромагнита 58.
При включении выключателя В 5 ток подается на вход а-г, фиг.7, неподвижных токосъемочных колец 180, которые находятся в постоянном контакте с подвижными кольцами 181, которые соединены электрической цепью с началом и концом кольцеобразной обмотки 168 электрической машины.
Устройство для очистки выхлопных газов от вредных соединений включает в себя испаритель, состоящий из двух цилиндров 186 и 187 /фиг.16/ разного диаметра и равных по длине, расположенных концентрично. Наружный цилиндр снабжен боковыми стенками 188, с выполненными отверстиями, через которые пропущен внутренний цилиндр. Боковые стенки жестко и плотно соединяются с фланцами 189 выхлопной трубы 190. В образованную полость между цилиндрами прокладывается набивка из стекловаты или асбеста. По всей окружной поверхности внутреннего цилиндра выполнены несколько отверстий 192. Наружный цилиндр снабжен патрубком 193, который сообщается посредством трубопровода 194 с патрубком 195 дозатора 196, который плотно крепится к днищу емкости 197 с горловиной 198, которая плотно закрывается крышкой 199. Емкость заполняется водой 200. Вода может содержать разного рода примеси, которые способны вступать в реакцию с газовыми выделениями. Патрубок 195 сообщается с двумя трубками, длинная трубка 201 выведена к верхнему уровню воды, а вторая трубка 202 заканчивается у нижнего уровня воды. На трубке 202 установлен вентиль 203, для регулирования подачи жидкости. Предполагаемый расход воды должен соответствовать, примерно, расходу топлива.
Летательный аппарат работает следующим образом.
Запуск двигателя осуществляя путем включения выключателя В1 и В6, фиг.15, все другие выключатели находятся выключенными. Ток от источника питания, Ак /Аккумулятора/, будет поступать через резистор R4 на первичную обмотку низкого напряжения ИК.
Ток от выключателя В6 будет поступать на электродигатель Д. При вращении эксцентрика Э преобразователя контакты переключателя на два положения В7 начнут двигаться возвратно-поступательно со скоростью вращения электродвигателя, в результате этого подвижные контакты будут производить переключение полярности тока, и на входе а-д, фиг.7, образуется переменный ток, который поступит на обмотки 174 статорных электромагнитов 169 и создаст вращающийся магнитный поток. Периодически намагничиваясь и размагничиваясь, сердечники 173 катушек будут намагничивать противолежащие области на когтеобразном роторе 167 и 168 противоположным полюсом. При смене полярности на сердечниках 173 будет происходить намагничивание другой полярности тех же областей, и в результате противодействия магнитных потоков произойдет вращение ротора. Для уверенного получения необходимого направления вращения ротора в цепь статорной цепи параллельно обмоткам катушек дополнительно подключается конденсатор С2, при зарядке и разрядке которого в плюсовой шине 175 образуется увеличенный ток, который будет сильнее намагничивать сердечники относительно сердечников минусовой шины. Возникший перекос при намагничивании сердечников, вращательное движение ротора примет направление в сторону меньшего намагничивания сердечников.
С целью увеличения намагниченности магнитопровода ротора на кольцеобразную обмотку 168, фиг.13 и 7, дополнительно подается ток путем включения выключателя В5.
Совместно с ротором будет вращаться коленчатый вал, зубчатое колесо 184 прерывателя и подвижный контакт 185 распределителя. При замыкании контактов 183 через первичную обмотку пойдет ток одновременно через резистор R5 и разрядный ток от конденсатора С1. Во вторичной обмотке возникнет высокое напряжение, которое поступит через подвижный контакт 185 на первую свечу зажигания 1. В этот момент шибер первого корпуса будет находится в ВМТ левой рабочей камере 111. Одновременно с подачей искры в камеру зажигания 148 будет подаваться впрыск топлива от форсунки 147 /см. фиг.6/. Наступит рабочий ход. Как только уплотнительный вкладыш 141 откроет выпускное окно 143, произойдет выпуск отработанных газов. Затем сработает вторая свеча 2 и форсунка во втором корпусе в левой камере, затем третья свеча и форсунка в левой камере третьего корпуса и т.д., по схеме на фиг.15. Испаритель работает следующим образом, фиг 16. При открытом вентиле 203 вода 200 из емкости 197 будет поступать через нижний патрубок 202 по трубопроводу 194 в полость испарителя с набивкой 191, произойдет смачивание набивки. Проходя выхлопную трубу 190 и испаритель 186, отработанный газ будет нагревать поверхности испарителя и набивку, при нагреве которых образуется пар, который создаст давление в полости между цилиндрами и в полости емкости с водой. Пар под давлением будет проходить через отверстия 192 в полость проходной трубы 187 и будет смешиваться с горячими выходными газами, в результате будет происходить охлаждение газов, частицы которого передадут свою подвижность частицам пара. Охлажденная смесь пара и газа будут оседать на поверхность земли. Загазованность окружающей среды и на городских улицах снизится, если данный испаритель использовать на городском транспорте.
После того как двигатель запустится, выключатель В6 выключается, а выключатель В2 включается. При вращении когтеобразного ротора 167 с кольцеобразной катушкой 168 в обмотках электромагнитов 174 с сердечниками 169 будут наводиться переменные токи, которые с общего выхода а-д, фиг.7 и 10,15, будут поступать через контакты выключателя В2 на выпрямитель В. После выпрямления ток поступит на клеммы аккумулятора для его зарядки. Частота переменного тока будет зависеть от числа электромагнитов в статоре. В данном случае за один оборот ротора будет происходить 384 импульса /16 катушек × 24 выступа/.
Для запуска несущего винта во вращательное движение коленчатый вал двигателя 3, фиг.1, подключается посредством муфты сцепления и редуктора к ведомому валу 22 несущего винта /не показано/. Вращение будет передаваться несущему винту, фиг.2 и 4, а через зубчатые колеса 24 и 25, горизонтальный вал 26 - заднему воздушному винту 4.
Для подъема вертолета вертикально вверх включается выключатель В4, фиг.15, ток будет подаваться на вход а-в, фиг.5, контакты 61, щетки 60, токосъемочные кольца 59 и через проводники, проходящие внутри вала /не показано/, на обмотку кольцевого электромагнита 58, фиг.4. При прохождении тока через обмотку электромагнита 58 кольцевой сердечник будет намагничиваться и притягивать к себе дискообразную крестовину 57, которая через поводки 55 и рычаги 53, фиг.4, повернет лопасти на максимальный угол поворота. Воздушная среда /см. стрелки фиг.2/ будет захватываться петлеобразными лопастями, фиг.4, верхними и боковыми кромками и направляться под углом лопастей вниз, под корпус вертолета, создавая этим самым подъемную силу. Передние кромки "б" выполнены больше диаметром относительно задних кромок "е", фиг.2 и 4, поэтому происходит сужение воздушного потока, и петля раздувается, за счет чего форма петли сохраняется и не происходит схлопывания сторон.
Угол поворота лопастей регулируется потенциометром R2 за счет величины подачи тока на электромагнит 58.
Для того чтобы заставить вертолет двигаться в нужном поступательном направлении, для этой цели предназначен пульт управления, фиг.14. Для прямого направления движения вертолета ручка 94 пульта устанавливается стрелкой на группу контактов 87 /центр пульта и центр вала несущего винта находятся в одной плоскости с продольной осью вертолета/, при повороте ручки большие дуги 95, 96 замкнутся с группой контактов 88, 87, 92, а малые дуги 97, 98 замкнутся с противоположными группами контактов 91, 90, 89. На электромагнитах 82 и 79 поменяется полярность на обратные знаки, а на всех остальных останется полярность без изменения. Ток с плюсовой большой шины 95 будет подаваться на задние по ходу вращения клеммы электромагнитов 82, 83, 84, а на передние клеммы ток будет подаваться с шины 96. В этом случае данные электромагниты будут притягивать к себе в этой области круга проходящие шаровидные грузики 75 и 76, фиг.4. Ток с плюсовой малой шины 98 будет подаваться на левые /передние/ клеммы электромагнитов 81, 80, 79, а на правые клеммы этих электромагнитов будет подаваться с малой минусовой шины 97. В этом случае данные электромагниты в своей области будут отталкивать от себя грузики 75 и 76 /грузики установлены на каждой лопасти/, фиг.4.
При вращении несущего винта грузики 75 каждой лопасти будут проходить над электромагнитами 82, 83 и 84 и будут притягиваться этими электромагнитами, а при прохождении над электромагнитами 79, 80, 81, находящимся на противоположной стороне, грузики будут отталкиваться от этих электромагнитов, так как произошла смена полярности, эти колебательные движения будут передаваться через штанги 72 на втулки 48, 49, установленные на концах двуплечих рычагов, в результате этого рычаги и все лопасти также будут совершать колебательные движения. Для более уверенного притяжения и отталкивания грузиков грузики можно выполнить намагниченными в одном направлении. Впереди движения вертолета лопасти будут опускаться вниз на угол альфа, фиг.4, а сзади несущего винта лопасти будут подниматься вверх точно на такой же угол альфа. В результате вращения лопастей образуется диск с наклоном по направлению движения вертолета.
При подъеме лопастей вверх происходит натяжение поводков 55, и лопасти уменьшают угол поворота, а при опускании лопастей вниз происходит обратный результат - лопасти увеличивают угол поворота. Этот возникающий эффект частично снимает возможность появления крена вертолета, кроме этого крен можно выправить регулированием подачи тока на электромагниты посредством потенциометров R1, R2, R3, R4, R5, R6, Фиг.14. На ту сторону, куда заваливает вертолет, на той стороне необходимо увеличить подачу тока на электромагниты.
Для того чтобы изменить направление движения вертолета, достаточно повернуть ручку 94 со стрелкой пульта управления на то направление, куда выбран путь /всего шесть направлений/, именно в эту сторону произойдет наклон диска лопастей.
Посадка вертолета производится в обратном порядке действий. Для этого отключается подача тока выключателем В3, фиг.15, на электромагниты 79, 80, 81, 82, 83, 84, и лопасти устанавливаются горизонтально, затем за счет уменьшения подачи тока потенциометром R2 на электромагнит 58, фиг.5, уменьшается угол поворота лопастей и производится плавная посадка вертолета.
Для того чтобы удержать крутящий момент вертолета предлагается использовать для этой цели воздушный винт с отражательной лопастью 4 и 5. При вращении воздушного винта /корпус 4/ воздух будет поступать в окна по направляющим ребрам 20 и будет обтекать лопасть 5, которая установлена вдоль диаметральной плоскости вертикально. Лопасть закреплена к корпусу на шарнирах 6 и снабжена поводками управления углом поворота лопасти /не показано/. Создающийся воздушный поток при вращении воздушного винта будет воздействовать на плоскость лопасти, установленной под углом к выходящему потоку, и хвост вертолета будет удерживаться и противостоять отрицательному крутящему моменту несущего винта. Частично воздушный поток от воздушного винта будет способствовать движению вертолета по направлению его движения.
Заднее колесо установлено на выдвижной трубе со шлицем 10 и 11. При подъеме вертолета вверх труба втягивается внутрь, а при посадке - выдвигается. Колеса используются при движении по дорогам.