КОЛЬЦЕВИДНЫЙ ТРЕХФАЗНЫЙ ВЧ АД ДЛЯ УСКОРЕНИЯ ЛА

Полезная модель относится к авиации и космонавтике.
Известны асинхронные двигатели (АД) 3-х фазные /С.Г. Калашников. Электричество. М.: «Наука», 1977 г. 592 с./. Их недостаток в ограниченной величине вращающего момента.
Известны пусковые установки летательных аппаратов (ЛА) (Патент №0157840 RU 2015 г.)
Их недостаток в использовании тяжелых маховиков и нескольких ступеней ускорителя.
Задача полезной модели в создании ЛА с возможностью многократных мгновенных громадных ускорений без использования тяжелых маховиков благодаря кольцевому 3-х фазному высокочастотному (ВЧ) АД и демпфированию сопряжения ЛА и ВЧ АД при ускорениях.
Задача решается тем, что устройство, содержащее ось, вал, колесо, желоб, раму, s-образный винт, ЛА с реактивным двигателем, противовес, 2-й и 3-й реактивные двигатели, асимметричный подшипник, арретир, гироскопы, обод колеса, дополнительно снабжено статором с 3N катушками 3-х фазных АД вдоль обода сопряженным с осью, ротором с 3N катушками 3-х фазных АД сопряженным с ободом, катушки статора 4-х проводными линиями через автоколебательный генератор частоты 50N Гц. сопряжены с аккумулятором, сопряженным через мостовую выпрямительную схему и выключатель с линией 3-х фазного напряжения 380 В; ЛА с асимметричным подшипником через демпфирующую систему сопряжены с осью.
На фиг. 1 показана схема устройства, где 1 - ось, 2 - вал, 3 - колесо, 4 - желоб, 5 - рама, 6 - s-образный винт, 7 - ЛА с 8 - реактивным двигателем, 9, 10 - 2-й и 3-й реактивные двигатели, 11 - асимметричный подшипник, 12 - арретир, 13 - гироскопы, 14 - обод колеса, 15 - статор с 3N катушками 3-х фазных АД, 16 - ротор с 3N катушками 3-х фазных АД, 17 - 4-х проводные линии, 18 - автоколебательный генератор частоты 50N Гц., 19 - аккумулятор, 20 - мостовая выпрямительная схема, 21 - выключатель, 22 - линия 3-х фазного напряжения 380 В, 23 - демпфирующая система, 24 - противовес. Пунктирной и штрих-пунктирной линией показаны места расположения катушек соответственно статора и ротора. Стрелки - направления движения элементов устройства в процессе ускорения ЛА.
На оси 1 может вращаться вал 2 с колесом 3, где располагается желоб 4, направляющий при ускорении асимметричный подшипник 11 с ЛА 7 в соответствии с уравнениями
t
t
n
где R, R′ - расстояние ЛА от оси вращения в текущий момент времени t и производная этого расстояния по времени; w, dV, dV - соответственно угловая скорость, приращения тангенциальной и нормальной скоростей ЛА в текущий момент времени t для компенсации кориолисовой силы, т.е. силы реакции на тангенциальную компоненту центробежной силы.
Рама 5 с s-образным винтом 6 служит для поддержания нулевого значения ее вращающего момента в плоскости углового ускорения ЛА 7 в плотных слоях атмосферы. В разреженных слоях функцию винта 6 выполняет 3-й реактивный двигатель 10.
Реактивный двигатель 8 нужен для преодоления сопротивления воздуха в первые моменты отрыва ЛА 7 от желоба 4 в плотных слоях атмосферы.
2-й реактивный двигатель 9 обеспечивает подъем устройства в плотных и разреженных слоях атмосферы перед пуском ЛА 7 для снижения величины ударной волны при преодолении звукового барьера.
Асимметричный подшипник 11 и арретир 12 предотвращают вращение ЛА 7 перед пуском.
Гироскопы 13 вместе с 11 служат для необходимого вращения центробежной силы за сотые доли секунды в момент пуска ЛА 7. Гироскопы 13 также устраняют вращение ЛА 7 при срабатывании демпфирующей системы 23 в первые моменты после отрыва ЛА 7 от желоба 4.
Обод колеса 14 передает вращение желобу 4 и жестко сопряжен с ротором 16, обеспечивающим большой вращающий момент электромагнитных сил вместе со статором 15 в момент разгона ЛА 7.
4-х проводные линии 17 передают в требуемой фазе электрический ток на 3N катушки, размещенные равномерно вдоль периметра обода 14.
Автоколебательный генератор 18 с частотой работы 50N Гц поддерживает примерно частоту вращения ротора 16 с N-кратным вращающим моментом равной порядка чуть меньше 50 Гц с учетом проскальзывания.
Аккумулятор 19 заряжается через выпрямительную схему 20 от линии 3-х фазного напряжения 22 и при автономном полете устройства в процессе пуска ЛА 7 после срабатывания выключателя 21 обеспечивает работу ВЧ АД.
Аккумулятор 19 заряжается через выпрямительную схему 20 от линии 3-х фазного напряжения 22 и при автономном полете устройства в процессе пуска ЛА 7 после срабатывания выключателя 21 обеспечивает работу ВЧ АД.
Демпфирующая система 23 после отрыва ЛА 7 осуществляет состыковку 7 с остальными элементами устройства при соблюдении условий:
1
где M, V, m, V - соответственно масса ЛА 7, скорость ЛА 7 после отрыва от желоба 4, масса элементов устройства без массы ЛА 7, скорость устройства после состыковки с ЛА 7;
где dV - изменение скорости ЛА 7 после состыковки; m<<M.
Очевидно, что протяженность и упругость системы 23 должны обеспечить выполнение неравенства:
где dt - продолжительность состыковки, 10g - максимально допустимая перегрузка пилота при толчке во время стыковки.
Отметим, что скорость ЛА 7 после отстыковки при w=50 Гц и радиусе колеса 3 15 м примерно на 3 км/с больше линейной скорости ротора 16, а скорость ротора на 2пRw=6 15 50=4500 м/с больше скорости статора 15 и поэтому демпфирующая система 23 состоит из двух частей, представляющих собой каждая сопряженные гибкой связью телескопические кольца.
Противовес 24 при пуске ЛА 7 обеспечивает своим смещением расположение центра масс всего устройства на оси вращения и отрывается от устройства синхронно с отрывом ЛА 7.
Вместо системы 23 может срабатывать «заклинивание», остановка ЛА 7 на краю желоба 4 после более раннего отрыва противовеса 24 по сравнению с отрывом ЛА 7. В этом случае ЛА 7 оказывается в центре масс, т.к. m<<M, а возникающее вращение устраняется работой РД 10.
Устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии ЛА 7 зааретирован, ВЧ АД выключен, 21 разомкнут. Включение 21 заряжает аккумулятор 19 и включение ВЧ АД увеличивает угловую скорость вращения колеса 3. При включении 2-го и 3-тьего реактивных двигателей (РД) устройство поднимается на требуемую высоту порядка 10 км. По достижению скорости вращения 3 порядка 50 Гц. включается РД 8, гироскопы 13, снимается арриетация 12 и ЛА 7 с асимметричным подшипником 11 разгоняясь по желобу 4 отстыковываются синхронно с противовесом 24 от колеса, рамы, ВЧ АД. Срабатывает демпфирующая система 23, отключается ВЧ АД, ЛА 7 сближается и состыковывается с остальными элементами устройства (но уже без противовеса 24), продолжая полет по инерции или с использованием РД 8.
Таким образом, ЛА имеет возможность многократных мгновенных громадных ускорений без использования тяжелых маховиков.