СФЕРОМОБИЛЬ С ГИРОСКОПИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКОЙ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ПОЛОЖЕНИЯ
SPHEROMOBILE WITH GYROSCOPIC SUPPORT OF HORIZONTAL POSITION

Изобретение относится к сферическим автомобилям и может найти применение в специальных условиях эксплуатации при необходимости наличия плавательных способностей, в сложных местностях, на трассах с узкой колеей, а также при наличии изменяющихся ветров.
Далее по тексту словосочетание «сферомобиль с гироскопической поддержкой горизонтального положения» может быть заменено на «сферомобиль» или «гиросферомобиль».
Определения принятые при описании данного изобретения: Колесо - колесо классического типа расположенное в нижней половине конструкции.
Гусеница - замкнутая конструкция состоящая из множества элементов соединенных между собой.
Моноколесо - специальное колесо имеющее диаметр примерно равный диаметру корпуса сферомобиля и располагающееся над его поверхностью в вертикальной плоскости. Применение нескольких моноколес возможно только в случае их совместного использования на одной оси. Аналогично моногусеница.
На сегодняшний день можно выделить конструкции сферомобилей двух типов:
1 тип - сферический корпус установленный на автомобильное шасси или имеющий три и более точек опоры. Такая конструкция хороша, но имеет недостатки, обусловленные достаточно большой шириной расстановки колес или заменяющих их элементов. Т.е. конструкция не может быть использована в условиях узкой колеи.
2 тип - сферомобиль имеющий сферическое колесо имеющее диаметр больше, чем корпус сферомобиля. Такая конструкция является достаточно интересной, но представляет собой тип прогулочного автомобиля, так как сферическое колесо приводит к необходимости сделать само колесо и часть корпуса из прозрачных материалов, что резко снижает прочностные характеристики конструкции и делает практически невозможным ее использование в тяжелых условиях. Кроме того в такой конструкции видимость может существенно снижаться при езде по грязным поверхностям.
Из уровня техники известен патент SU1462398, описывающий демонстрационный гиромобиль имеющий опору на два колеса с удержанием в горизонтальном положении с помощью гироскопа. Отличия от заявленного решения состоят в том, что:
- Сферомобиль преимущественно обладает жидкостным гироскопом;
- Сферомобиль имеет форму кузова типа шар;
- Сферомобиль позволяет использовать одно колесо;
- Сферомобиль имеет лучшие характеристики при движении по гористой и пересеченной местности;
- Сферомобиль имеет аэродинамическое сопротивление примерно равное с любой из сторон.
Известен патент CN109484108, описывающий сферический автомобиль в котором сферический корпус базируется на шасси, которое находится за пределами этого корпуса.
Отличия от заявленного решения состоят в том, что:
- Сферомобиль включает в состав сферического корпуса шасси или часть шасси;
- Сферомобиль может иметь только одно колесо или гусеницу;
- Управление сферомобилем может осуществляться поворотом колеса, затормаживанием колеса, колес или гусеницы с одной из сторон или смещением центра тяжести.
Известен патент CN206718932, описывающий сферический автомобиль который имеет шасси из 4 колес.
Отличия от заявленного решения состоят в том, что:
- Сферомобиль может иметь только одно колесо;
- Сферомобиль имеет горизонтальное удержание с помощью применения гироскопа или с помощью подпорок.
Известен патент CN101138998, описывающий сферическое транспортное средство, использующее одно колесо сферического типа. При этом кабина транспортного средства находится внутри колеса, что предъявляет дополнительные требования по прочности транспортного средства, прозрачности конструкции и сводит к минимуму скоростные характеристики.
Отличия от заявленного решения состоят в том, что:
- Сферомобиль может иметь одно колесо которое по диаметру примерно равно диаметру сферы, но колесо не является сферическим;
- Сферомобиль имеет обычное остекление не связанное с колесом, что повышает видимость при движении;
- Сферомобиль имеет корпус состоящий из твердых материалов, что позволяет использовать его в сложных и экстремальных условиях;
- Сферомобиль может иметь гусеничный привод вместо колес;
- Сферомобиль может управляться с помощью смещения центра тяжести;
- Сферомобиль имеет встроенный гироскоп, преимущественно жидкостного типа.
Известен патент CN1530156, описывающий сферическое транспортное средство в котором кабина транспортного средства располагается внутри сферического колеса.
Отличия от заявленного решения состоят в том, что:
- Сферомобиль может иметь одно колесо которое по диаметру примерно равно диаметру сферы, но колесо не является сферическим;
- Сферомобиль имеет обычное остекление не связанное с колесом, что повышает видимость при движении;
- Сферомобиль имеет корпус состоящий из твердых материалов, что позволяет использовать его в сложных и экстремальных условиях;
- Сферомобиль может иметь гусеничный привод вместо колес. Известен патент CN202703735, описывающий сферическое транспортное средство, которое, как понятно из описания, может иметь одно колесо, гироскоп и управляется смещением центра тяжести. Отличия от заявленного решения состоят в том, что:
- Сферомобиль может иметь одно колесо примерно равное по размеру диаметру сферы;
- Сферомобиль имеет преимущественно жидкостной гироскоп;
- Сферомобиль может иметь вместо колес гусеницы;
- Сферомобиль имеет корпус состоящий из твердых материалов;
- Сферомобиль может управляться изменением центра тяжести не только при наклоне человека или руля, но и может иметь встроенный смещаемый груз;
- Сферомобиль имеет сиденье водителя-пассажира, дверь и остекление.
Технический результат заявленного изобретения состоит в разработке сферического транспортного средства с возможностью прохождения сложных препятствий, с защитой от воздействия окружающей среды, с удержанием кабины в горизонтальном положении и наличием возможности преодоления водных преград вплавь.
Технический результат достигается при помощи изготовления сферического транспортного средства из твердых материалов, применения гироскопа, преимущественно жидкостного типа, использования колес или гусеничного привода при котором колесо или гусеница примерно равны по размеру диаметру сферического корпуса или шасси колес или гусеницы не выступают за пределы очерченного диаметром сферы круга, при этом плавучие возможности сферомобиля обеспечиваются сферическим корпусом, герметичностью соединений, а управление на воде обеспечивается вращением колес/колеса или гусениц/гусеницы.
Частными случаями изготовления конструкции являются:
- Изменение размеров конструкции;
- Изменение числа посадочных мест в конструкции;
- Незначительное изменение формы сферы с приданием эллиптической формы при отсутствии изменений в системах управления и удержания конструкции;
- Изменение формы подпорок, их количества и места расположения, а также их расположение в скрытом виде;
- Комбинирование систем управления конструкцией;
- Изменение формы, количества и мест расположения дверей и остекления;
- Применение вместо стекла иных прозрачных конструкций;
- Изменение места расположения гироскопа;
- Изменение количества, размера, веса и места расположения груза.
Краткое описание чертежей:
Фиг. 1 - Вид на сферомобиль с двумя колесами;
Фиг. 2 - Вид на сферомобиль с двумя парами колес;
Фиг. 3 - Вид на сферомобиль с гусеничным приводом;
Фиг. 4 - Вид на сферомобиль с гусеничным приводом в разрезе;
Фиг. 5 - Вид на сферомобиль с моноколесом (моногусеницей);
Фиг. 6 - Чертеж сферомобиля (вид сбоку);
Фиг. 7 - Чертеж сферомобиля в поперечном разрезе;
Фиг. 8 - Чертеж шасси вписанного в круг образованный диаметром сферы.
На изображениях сферомобиля с гироскопической поддержкой горизонтального положения указаны следующие элементы:
1. Сферический корпус
2. Дверь
3. Окна (остекление)
4. Боковая поддержка
5. Шасси (схематично)
6. Колесо
7. Гусеница (схематично)
8. Жидкостной гироскоп
9. Пол кабины
10. Сиденье
11. Моноколесо (моногусеница)
12. Шасси или привод моноколеса (моногусеницы)
13. Ось груза
14. Груз
15. Жидкость
16. Земля
17. Нижняя зона контакта моноколеса (моногусеницы) с поверхностью
18. Боковая зона контакта моноколеса (моногусеницы) с поверхностью
Сферомобиль с гироскопической поддержкой горизонтального положения работает следующим образом:
В статическом состоянии сферомобиль может иметь опору помимо колес (6, 11) или гусеницы (7) на дополнительные элементы, которые могут быть представлены в виде боковой поддержки (4) или в виде дополнительных колес, стоек, подпорок, как уже расположенных на корпусе, так и с возможностью выдвижения, поскольку такие элементы могут создавать лишнее аэродинамическое сопротивление во время движения, а также цепляться за предметы искусственного и естественного происхождения при их расположении на корпусе или в выдвинутом состоянии.
Для перевода сферомобиля в динамическое состояние необходимо, чтобы человек (или в перспективе робот) через дверь (2) вошел в кабину сферомобиля образованную корпусом (1) и расположился на сиденье (10). Но функционально может использоваться встроенная система обеспечивающая автоматическое движение.
Далее человек должен привести в движение жидкость (15) внутри гироскопа (8), которая двигаясь по кругу внутри гироскопа (8) создаст гироскопический эффект, позволяющий сферомобилю удерживаться в горизонтальном состоянии.
Когда гироскопический эффект достигнут боковая поддержка (4) (или другие элементы) может быть убрана полностью в корпус (1) или расположена на корпусе (1) в том случае, если во время стоянки сферомобиля она была выдвинута для поддержания горизонтального положения.
Далее можно начинать движение. Причем в зависимости от условий эксплуатации сферомобиль может иметь колесо (6), гусеницу (7) или моноколесо (моногусеницу) (11). А в зависимости от способа управления сферомобиль может иметь два колеса (6) или более, или не менее одной гусеницы (7), или не менее одного моноколеса (моногусеницы) (11).
Разгон или торможение может задействоваться с помощью педалей, рычагов, кнопок, джойстиков.
Привод колес (6), гусеницы (7) или моноколеса (моногусеницы) (11) может осуществляться с помощью двигателя внутреннего сгорания, дизельного двигателя, электромотора, парового двигателя или любым другим способом.
Поворот может задействоваться с помощью руля, рычагов, педалей, кнопок, джойстиков или с помощью физического перемещения человека внутри кабины.
А осуществляться поворот и любое другое маневрирование может несколькими способами или их комбинацией:
Способ 1. Классическим образом физический поворот колеса (6) приводит к изменению направления движения сферомобиля.
Способ 2. При этом способе отсутствует возможность поворота колеса (6), но используется размещение нескольких колес на одной оси. А изменение направления осуществляется с помощью затормаживания и/или ускорения колес с одной из сторон. Причем ускорение допустимо в случаях скоростного вождения. Преимуществом данного способа является возможность его использования с колесами (6), гусеницами (7) или моноколесами (моногусеницами) (11), но только в случае размещения нескольких колес (6), гусениц (7) или моноколес (моногусениц) (11) на одной оси.
Способ 3. Также может использоваться с различными вариантами исполнения привода сферомобиля, а также может дополнительно использоваться с другими способами маневрирования сферомобилем. Он состоит в смещении центра тяжести сферомобиля в сторону, что позволяет произвести наклон конструкции и приводит к ее повороту. Происходит это так: Замедляется (незначительно) движение жидкости (15) в гироскопе (8) (или скорость движения другого рабочего тела гироскопа, например маховика, при использовании гироскопа маховичного типа), что приводит к возможности смещения конструкции из горизонтального положения. Затем груз (14) по оси (13) смещается в сторону, куда необходимо повернуть. Этот груз (14) смещает центр тяжести и приводит к изменению баланса и наклону конструкции. Далее, после поворота груз (14) возвращается в изначальное место, придавая конструкции необходимое горизонтальное положение, а жидкость (15) внутри гироскопа (8) разгоняется до изначальной скорости. Перемещение груза (14) и замедление жидкости (15) может происходить автоматически при задействовании органов управления (на изображениях не указаны) конструкции. Также смещение центра тяжести может быть инициировано смещением тела человека находящегося внутри корпуса (1) или его перемещением по кабине.
Особенности изобретения:
1. Аэродинамика. Следует считать, что форма сферы не может быть абсолютно аэродинамически нейтральной, но такая форма имеет примерно равное аэродинамическое сопротивление со всех сторон, что улучшает прогнозирование аэродинамического воздействия естественного происхождения (ветра) с математической точки зрения и
позволяет автоматическим системам эффективно подстраиваться под существующие условия, например ускоряя движение жидкости (15) внутри гироскопа (8).
2. Высота расположения гироскопа. Следует считать, что наиболее оптимальным местом для расположения гироскопа (8) является средняя часть сферического корпуса, где гироскоп может иметь максимальный диаметр по расположению, а также в некоторых случаях оказывается близок к центру тяжести. Но такое его расположение приводит к разрыву между окнами (3) (что приводит к ухудшению обзора), а также к смещению двери (2) и неудобству посадки в кабину. Поэтому предусматривается, что гироскоп может быть размещен в верхней части корпуса (1) или в нижней в зависимости от конструкции и планируемого конечного результата. Также при таком размещении гироскопа (8) может увеличиваться скорость его рабочего элемента (жидкости (15) в случае жидкостного гироскопа).
3. Скоростные характеристики. Благодаря привычной системе привода сферомобиля в движение с помощью колес или гусениц возможно достижение достаточно высоких скоростей равных скоростям обычных дорожных автомобилей. Таким образом, сферомобиль может использоваться не только как прогулочный механизм в парках, но и вполне приспособлен для движения по дорогам общего пользования.
4. Проходимость. Сферомобилю для движения не требуется двойная колея. Благодаря расположению колес или гусениц в одной плоскости сферомобиль может передвигаться по узким участкам дорожного покрытия, что может быть актуально при движении в лесу или по болотистым участкам. А благодаря тому, что при использовании шасси с колесами (6) или гусеницами (7) они вписаны в круг образованный сферой (указано на фиг.8) сферомобиль имеет большие углы въезда/съезда, что позволяет преодолевать подъемы и спуски с достаточно крутым началом. Использование моноколеса (моногусеницы) (11) позволяет преодолевать крутые подъемы/спуски без изменения горизонтального положения кабины путем смещения пятна контакта (17, 18) моноколеса (моногусеницы) (11) и дорожного покрытия с нижней части (17) сферы на боковую (18). Таким образом сферомобиль может преодолевать спуски и/или подъемы крутизной до 90° в зависимости от их высоты.
5. Использование боковой поддержки на пересеченной местности. Боковая поддержка (4) может использоваться на холмистой местности, местности с оврагами, карьерами и/или каньонами или другими подобными образованиями искусственного или естественного происхождения, в лесистой местности, в качестве упора с целью изменения горизонтально положения корпуса (1) при проезде препятствий, а также с целью защиты корпуса (1) от удара об препятствия. При этом боковая поддержка (4) (если она присутствует) может быть оборудована колесиками.
6. Плавучесть конструкции. При определенных условиях, а именно при обеспечении герметичности соединений, шасси (5), корпуса (1) и при соблюдении оптимальных весовых характеристик (которые могут быть определены математически или экспериментально) конструкция сферомобиля может демонстрировать плавучесть, что также повышает характеристики сферомобиля в части проходимости, обеспечивая более уверенное движение в болотистой местности и возможность преодоления водных преград вплавь.
7. Военное и специальное применение. Применение сферомобиля в военных формированиях ограниченно по причине размеров конструкции, так как сферический корпус (1) может иметь большую площадь и, следовательно, большую вероятность попадания в него. Но такое применение возможно. Например, использование одной колеи при движении (подразумевается, что колея может быть образована одним колесом или гусеницей, несколькими расположенными в одной плоскости или несколькими расположенными на одной оси с объединением в единую конструкцию с расположением в центре нижней части корпуса сферомобиля) позволяет более эффективно передвигаться при наличии минных полей, а характеристики по проходимости позволяют использовать сферомобиль в тяжелых участках местности. Также, благодаря характеристикам возможно применение сферомобиля в специализированных работах и организациях, а именно в сферах геологоразведки, добычи полезных ископаемых, научных экспериментах и исследованиях, в спасательных операциях.
8. Наличие автоматических систем. Поскольку определить оптимальные параметры работы сферомобиля может быть затруднительно, то предполагается возможность использования в сферомобиле автоматических систем обеспечивающих управление. Такие системы могут отвечать за отслеживание и поддержание горизонтального положения конструкции, скорость жидкости (15) в гироскопе (8), поворот, замедление, ускорение колес (6), гусениц (7) или моноколеса (моногусеницы) (11).
9. Типы гироскопов. Преимущественно предполагается применение жидкостного гироскопа (8), рабочим телом в котором является жидкость (15) движущаяся по кругу для создания гироскопического эффекта. Но возможно и применение маховичных гироскопов. Но так как они занимают значительное пространство от центра оси до края маховика, то расположение такого гироскопа в центре сферического корпуса (1) представляется невозможным, но допустимо его размещение в нижней или верхней части сферы.
10. Размещение окон. Расположение окон (3) зависит от типа используемого гироскопа, его месторасположения, а также от типа привода. Так, если используется моноколесо или моногусеница (11), то средняя часть сферы перекрывается им, делая невозможным обзор в этом месте. Похожим образом и гироскоп (8) расположенный в средней части сферы (но в другой плоскости) препятствует обзору, что делает невозможным расположение окон или остекления (3) в этой зоне. Но при отсутствии моноколеса (моногусеницы) (11) и смещение гироскопа (8) в верхнюю или нижнюю часть сферического корпуса (1) возможно использование более панорамного остекления (3).
11. Количество мест для посадки. Количество сидений (10) внутри корпуса (1) составляет один или более и зависит от размеров сферомобиля, а также от сферы его применения, поскольку даже при наличии большого корпуса (1) может требоваться также и большой багажный отсек. А в случае применения систем автопилотирования, искусственного интеллекта или других систем обеспечивающих автоматическое движение автомобиля или сферомобиля по дороге сиденье (10) может полностью отсутствовать и быть заменено на грузовой отсек.
12. Колесо или гусеница примерно равны диаметру сферического корпуса - это значит, что колесо или гусеница хотя и имеют диаметр, который отличен от диаметра сферического корпуса, но их минимальный диаметр соответствует или диаметру корпуса (1) или диаметру расположения вспомогательных элементов (например катков) расположенных на корпусе.
13. Шасси не выступает за пределы очерченного диаметром сферы круга, то есть, как и указано на фиг.8 шасси (5) и его элементы не выступают за пределы сферы при взгляде сверху или снизу.
14. Материал корпуса. Предполагается использование для корпуса (1) сферомобиля твердых материалов, способных сопротивляться ударам конструкции по элементам искусственного или естественного происхождения. Такими материалами могут быть металлы, их сплавы, а также, в зависимости от ожидаемых характеристик дерево или композитные материалы или комбинация вышеназванных материалов.
15. Применение светопрозрачных конструкций. Вместо стекла в окнах (3) допустимо применение прозрачных пластиков, резин, пленок, иных прозрачных материалов или решетчатых конструкций не препятствующих обзору.
16. Параметры груза. Вес груза (14) может зависеть от его размера, а также от типа применяемого материала и его плотности. А в зависимости от ожидаемого эффекта может изменяться количество грузов (один или более при их наличии в конструкции) и его местоположение. Преимущественно груз (14) располагается под полом (9) в нижней части корпуса, но может также располагаться в средней или верхней части сферического корпуса (1).
Заявленный результат достигается с помощью применения корпуса из твердых материалов обеспечивающего защиту от окружающей среды, применения гироскопа поддерживающего конструкцию в горизонтальном положении в динамическом состоянии и поддержек, стоек или подпорок обеспечивающих горизонтальное положение в статическом состоянии, применения моноколеса или моногусеницы или шасси не выступающего за пределы очерченного сферой круга и применения герметизации корпуса сферомобиля, его соединений, шасси, что обеспечивает плавучесть