Способ создания тяги (варианты) и аппарат для передвижения в текучей среде (варианты) - RU2374133C1

Чертежи

Показать все 15 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится к области транспортной техники, а именно к способам создания тяги и аппаратам с крылом аэродинамического сечения, и может найти применение в качестве аппаратов для перемещения в текучей среде: воздушной и водной.

В настоящее время для создания тяги в газовой (воздушной) и жидкой (водной) средах используются движители следующих типов:

- емкость, средняя плотность которой меньше плотности окружающей среды: дирижабли, воздушные шары, емкости подводных лодок. Такие движители способны создавать только вертикальную тягу (по закону Архимеда);

- реактивный двигатель, основой которого является выброс запасенного рабочего тела или забор, ускорение и последующий выброс материала окружающей среды (по закону Ньютона);

- вентилятор (гребные винты судов), основой которого является взаимодействие наклонной плоскости и среды при их относительном движении.

- крыло самолета (винты вертолетов), основой которого является эффект понижения давления в среде при повышении скорости ее (среды) движения, обусловленное геометрией крыла. Для обеспечения понижения давления над крылом самолета или вертолета необходимо привести их в движение относительно воздуха (подъемная сила может возникнуть и при ветре, но это уже не будет управляемый полет).

В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбран способ создания тяги и летательный аппарат вертикального взлета и посадки (летающая тарелка) по патенту РФ №2151717 от 02.03.1998. опубл. 27.06.2000. Способ создания тяги характеризуется направлением напорных струй текучей среды (потока воздуха) над (по касательной) верхней выпуклой поверхности крыла (диска) аэродинамического сечения для интенсивного обдува верхней поверхности диска.

Использующийся в данном изобретении способ для создания тяги (эффект Коанда) характеризуется тем, что по касательной крыла аэродинамического сечения (диска с верхней сферической поверхностью) создают равномерный поток воздуха, который обдувает верхнюю поверхность крыла. По закону Бернулли создается над аппаратом разреженное пространство и вертикальная тяга вверх. При этом над верхней поверхностью крыла установлен вентилятор высокого давления из двух расположенных зеркально друг к другу центробежных винтов с вращением соосно в противоположных направлениях. Кроме того, вентилятор снабжен диффузором в виде кольцевой заслонки со спиралевидным каналом для изменения вектора тяги и включения в работу на режиме поступательного движения тарелки.

Ввиду того что прирост массы за счет всасывающего эффекта незначителен, способ и аппарат имеют низкий КПД создания тяги.

Технической задачей заявляемых решений является повышение КПД по созданию тяги.

Поставленная задача решается группой изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом.

В группу входят:

- способ создания тяги, заключающийся в направлении из сопел напорных струй текучей среды по касательной к верхней выпуклой поверхности крыла аэродинамического сечения, в котором согласно изобретению перемешают сопла под углом относительно направления напорных струй текучей среды, которые вихрями захватывают окружающую текучую среду;

- аппарат для перемещения в текучей среде, содержащий крыло аэродинамического сечения с верхней выпуклой поверхностью, источник высокого давления текучей среды, взаимосвязанный со средством для формирования напорных струй из сопел, направленных по касательной к верхней выпуклой поверхности крыла, в котором согласно изобретению он снабжен приводом вращения сопел упомянутого средства, которое выполнено в виде установленного соосно продольной оси крыла ротора с полой осью с возможностью формирования напорных струй с вихрями;

- способ создания тяги, заключающийся в направлении из сопел напорных струй текучей среды по касательной к верхней выпуклой поверхности крыла аэродинамического сечения, в котором согласно изобретению последовательно изменяют места истечения напорных струй текучей среды, которые вихрями захватывают окружающую текучую среду;

- аппарат для перемещения в текучей среде, содержащий крыло аэродинамического сечения с верхней выпуклой поверхностью, источник высокого давления текучей среды, взаимосвязанный со средством для формирования напорных струй из сопел, направленных по касательной к верхней выпуклой поверхности крыла, в котором согласно изобретению упомянутое средство выполнено в виде блока неподвижных сопел, соединенных с пульсирующим воздушно-реактивным двигателем и имитирующих движение сопел по окружности с возможностью формирования напорных струй с вихрями;

- способ создания тяги, заключающийся в направлении из сопел напорных струй текучей среды над верхней выпуклой поверхностью крыла аэродинамического сечения, в котором согласно изобретению перемещают сопла возвратно-поступательно в плоскости продольной оси крыла так, что напорные струи текучей среды вихрями захватывают окружающую текучую среду;

- аппарат для перемещения в текучей среде, содержащий крыло аэродинамического сечения с верхней выпуклой поверхностью, источник высокого давления текучей среды, взаимосвязанный со средством для формирования напорных струй над верхней выпуклой поверхностью крыла, в котором согласно изобретению средство для формирования напорных струй выполнено в виде установленного в плоскости продольной оси крыла блока с полой осью и соплами, выполненными с возможностью формирования напорных струй с вихрями и соединенными с механизмом возвратно-поступательно перемещения;

- аппарат для перемещения в текучей среде, содержащий крыло аэродинамического сечении с верхней выпуклой поверхностью, средство для формирования напорных струй над верхней выпуклой поверхностью крыла, в котором согласно изобретению средство для формирования напорных струй выполнено в виде шарнирно закрепленных и соединенных с пульсирующим воздушно-реактивным двигателем изогнутых сопел, выполненных с возможностью формирования напорных струй с вихрями и с возвратом в исходное положение посредством пружин;

- способ создания тяги, заключающийся в направлении из сопел напорных струй текучей среды над верхней выпуклой поверхности крыла аэродинамического сечения, в котором согласно изобретению имитируют в плоскости продольной оси крыла место возвратно-поступательного истечения из сопел напорных струй текучей среды, которые вихрями захватывают окружающую текучую среду;

- аппарат для перемещения в текучей среде, содержащий крыло аэродинамического сечения с верхней выпуклой поверхностью, средство с соплами для формирования напорных струй над верхней выпуклой поверхностью крыла, в котором согласно изобретению средство для формирования напорных струй выполнено в виде установленных в плоскости продольной оси крыла блока неподвижных сопел, соединенного с пульсирующим возушно-реактививным двигателем с возможностью возвратно-поступательно изменять место истечения из сопел напорных струй текучей среды, которые вихрями захватывают окружающую текучую среду;

- способ создания тяги, заключающийся в направлении из сопел напорных струй текучей среды над верхней выпуклой поверхностью крыла аэродинамического сечения, в котором согласно изобретению соплам напорных струй текучей среды сообщают колебательное перемещение в плоскости параллельной продольной оси упомянутого крыла так, что напорные струи текучей среды вихрями захватывают окружающую текучую среду;

- аппарат для перемещения в текучей среде, содержащий крыло аэродинамического сечения с верхней выпуклой поверхностью, источник высокого давления текучей среды, взаимосвязанный со средством для формирования напорных струй и направления их над верхней выпуклой поверхностью крыла, в котором согласно изобретению средство для формирования напорных струй выполнено в виде установленного перпендикулярно продольной оси крыла ротора с полой осью и соплами, установленными симметрично на торце, под углом к торцу с возможностью захвата вихрями окружающей текучей среды напорными струями.

Изобретения основывается на открытом автором Ковальчуком В.А. явлении понижении давления в области движения струй, образующихся при движении источника струи под углом к ее направлению. Такое истечение струи автор назвал « развернутой струей» (фиг.1). «Развернутая струя» образуется как при движении источника струи, так и при последовательном изменении места ее истечения т.е. при «мнимом» движении источника.

Предлагаемые способы создания тяги позволяют сформировать за соплами развернутые закрученные в спираль струи с низким давлением внутри, которые при центробежном движении к периметру крыла вовлекают (захватывают и уносят) большой объем окружающей текучей среды в вихревое движение, значительно снижая давление над крылом (без его движения в среде).

Таким образом, увеличивается КПД тяги, обеспечивая возможность получения больших скоростей движения.

При истечении струй и одновременном вращении ротора с соплами, возвратно-поступательном или колебательном движении сопел в области «развернутой струи» происходит генерация системы бесконечных вихревых шнуров, двигающихся от сопел к периферической части крыла. Вихри обладают значительно большей потенциальной энергией, чем струи текучей среды, и при движении вихревые шнуры захватывают и уносят большие массы (количество) окружающего воздуха, что приводит к снижению давления воздуха над крылом. Разница давлений над и под крылом приводит к движению аппарата.

Отсутствие механических элементов воздействия на среду в конструкции аппарата упрощает его конструкцию и приводит к уменьшению габаритов и повышению надежности, что обеспечивает возможность совершать взлет и посадку и движение в любом направлении без риска повреждения при контакте с окружающими объектами.

Проведенные патентные исследования не выявили идентичных технических решений, что позволяет сделать вывод о новизне и техническом уровне заявляемых технических решений.

Отечественная промышленность располагает всеми средствами (материалами, технологией, оборудованием), необходимыми для изготовления и широкого многофункционального использования предлагаемых аппаратов.

Сущность изобретений поясняется чертежами, где:

на фиг.1 - схема образования «развернутых» струй;

на фиг.2 - схема формирования вихрей (вид сверху);

на фиг.3 - схема формирования вихрей (продольный разрез);

на фиг.4 - общий вид средства для формирования вихрей (с ротором и радиальным расположением сопел);

на фиг.5 - общий вид средства для формирования вихревых струй (с ротором и расположением сопел под углом);

на фиг.6 - общий вид аппарата с блоком неподвижных сопел, имитирующих движение сопел по окружности;

на фиг.7 - общий вид средства для формирования вихрей (с возвратно-поступательным движением сопел);

на фиг.8 - общий вид средства для формирования вихрей (с имитацией возвратно-поступательного движения сопел);

на фиг.9 - общий вид средства для формирования вихрей (с возвратно-поступательным движением изогнутых сопел с пружиной);

на фиг.10 - общий вид средства для формирования вихрей (с колебательным движением сопел, наклонных к торцу ротора);

на фиг.11 - общий вид крыла в виде сферического сегмента;

на фиг.12 - общий вид крыла в виде сферического сегмента с отверстием в центральной части;

на фиг.13 - схема направления напорных струй при выполнении крыла в виде сферического сегмента с отверстием в центральной части;

на фиг.14 - общий вид крыла в виде двух сферических сегментов;

на фиг.15 - общий вид аппарата с крылом в виде прямоугольной изогнутой пластины (с дугообразным изгибом по сечению);

на фиг.16 - общий вид аппарата с крылом в виде треугольной изогнутой пластины (с дугообразным изгибом по сечению).

В предлагаемых изобретениях используется уникальное свойство газовых вихрей 1 втягивать (присоединять) при своем движении очень большие массы окружающей текучей среды 2 (фиг.2 и 3), что вызвано наличием разреженного пространства в центральной части вихря 1. При движении вихрей 1 от центра к краю 3 крыла 4 происходит захват и унос больших масс воздуха 2, что ведет к снижению давления над крылом 4. Эффект возникновения тяги имеет место как при движении источника напорной струи 5 в одном направлении (по окружности), так и при возвратно-поступательном в плоскости продольной оси крыла 4 и при колебательном движениях в плоскости параллельной продольной оси крыла 4.

Способ создания тяги по п.1 формулы заключается в направлении из сопел напорных струй 5 текучей среды по касательной к верхней выпуклой поверхности 6 крыла 4 аэродинамического сечения, и при этом сопла 7 перемещают под углом относительно направления напорных струй 5 текучей среды, которые вихрями 1 захватывают окружающую текучую среду.

Аппарат по п.2 формулы для перемещения в текучей среде по предлагаемому выше способу содержит крыло 4 аэродинамического сечения с верхней выпуклой поверхностью 6, источник высокого давления 8 текучей среды, взаимосвязанный со средством для формирования напорных струй 5 из сопел 7, направленных по касательной к верхней выпуклой поверхности 6 крыла 4, снабжен приводом вращения сопел 7, которое выполнено в виде установленного соосно продольной оси крыла ротора 9 с приводом 10 и полой осью (на чертеже не показано), с возможностью формирования напорных струй 5 с вихрями 1 (фиг.4 и 5).

Источник высокого давления 8 текучей среды выполнен в виде компрессора (центробежного или осевого).

Способ создания тяги по п.3 формулы заключается в направлении из сопел 7 напорных струй 5 текучей среды по касательной к верхней выпуклой поверхности 6 крыла аэродинамического сечения, и при этом последовательно изменяют места истечения напорных струй 5 текучей среды, которые вихрями 1 захватывают окружающую текучую среду.

Аппарат по п.4 формулы для перемещения в текучей среде по предлагаемому в п.3 способу содержит крыло 4 аэродинамического сечения с верхней выпуклой поверхностью 6, источник высокого давления текучей среды, взаимосвязанный со средством для формирования напорных струй 5 из сопел, направленных по касательной к верхней выпуклой поверхности 6 крыла 4. Упомянутое выше средство для формирования напорных струй 5 выполнено в виде блока неподвижных сопел 11, соединенных с пульсирующим воздушно-реактивным двигателем 12 и имитирующих движение сопел по окружности с возможностью формирования напорных струй 5 с вихрями 1 (фиг.6).

В аппаратах по п.2 и п.4 формулы крыло 4 аэродинамического сечения может быть выполнено по типу тарелки: в виде сферического сегмента 13 (фиг.11), сферического сегмента 13 с отверстием 14 в центральной части (фиг.12 и 13) или в виде двух сферических сегментов 15 (фиг.14).

Способ создания тяги по п.5 формулы заключается в направлении из сопел 7 напорных струй 5 текучей среды над верхней выпуклой поверхностью 6 крыла 4 аэродинамического сечения, при этом перемещают сопла 7 возвратно-поступательно в плоскости продольной оси крыла 4 так, что напорные струи 5 текучей среды вихрями 1 захватывают окружающую текучую среду.

Аппарат по п.6 формулы для перемещения в текучей среде по предлагаемому в п.5 способу содержит крыло 4 аэродинамического сечения с верхней выпуклой поверхностью 6, источник высокого давления текучей среды 8, взаимосвязанный со средством для формирования напорных струй 5 над верхней выпуклой поверхностью крыла 4, при этом упомянутое средство для формирования напорных струй 5 выполнено в виде установленного в плоскости продольной оси крыла 4 блока 16 с полой осью (на чертеже не показано) и соплами 7, выполненными с возможностью формирования напорных струй 5 с вихрями 1 и соединенными с механизмом возвратно-поступательно перемещения (на чертеже не показан) (фиг.7).

Источник высокого давления 8 текучей среды выполнен в виде компрессора (центробежного или осевого).

Аппарат по п.7 формулы для перемещения в текучей среде по предлагаемому в п.5 способу содержит крыло 4 аэродинамического сечении с верхней выпуклой поверхностью, средство с соплами для формирования напорных струй над верхней выпуклой поверхностью 6 крыла 4, при этом упомянутое средство для формирования напорных струй 5 выполнено в виде шарнирно закрепленных и соединенных с пульсирующим воздушно-реактивным двигателем 12 изогнутых сопел 17, выполненных с возможностью формирования напорных струй 5 с вихрями 1 и с возвратом в исходное положение посредством пружин 18 (фиг.9).

Способ создания тяги по п.8, формулы заключается в направлении из сопел 7 напорных струй 5 текучей среды над верхней выпуклой поверхности 6 крыла аэродинамического сечения, при этом имитируют в плоскости продольной оси крыла место возвратно-поступательного истечения из сопел 7 напорных струй 5 текучей среды, которые вихрями 1 захватывают окружающую текучую среду.

Аппарат по п.9 формулы для перемещения в текучей среде по предлагаемому в п.8 способу содержит крыло 4 аэродинамического сечения с верхней выпуклой поверхностью 6, средство для формирования напорных струй 5 над верхней выпуклой поверхностью 6 крыла 4, при этом упомянутое средство для формирования напорных струй 5 выполнено в виде установленных в плоскости продольной оси крыла 4 блока 19 неподвижных сопел, соединенного с пульсирующим воздушно-реактивным двигателем 12 с возможностью возвратно-поступательно изменять место истечения из сопел напорных струй 5 текучей среды, которые вихрями 1 захватывают окружающую текучую среду (фиг.8).

В аппаратах по п.9 крыло 4 аэродинамического сечения может быть выполнено в виде прямоугольной изогнутой пластины 20 с поперечным сечением в виде дуги и блоком 12 (фиг.15) или в виде треугольной пластины 21 с дугообразным изгибом по сечению (фиг.16). Кроме того, возможно выполнение крыла в виде сферического сегмента 13 (фиг.11), сферического сегмента с отверстием в центральной части 14 (фиг.12 и 13) или в виде двух сферических сегментов 15 (фиг.14).

Способ создания тяги по п.10 формулы заключается в направлении из сопел напорных струй 5 текучей среды над верхней выпуклой поверхностью 6 крыла 4 аэродинамического сечения, при этом соплам напорных струй 5 текучей среды сообщают колебательное перемещение в плоскости параллельной продольной оси упомянутого крыла 4 так, что напорные струи 5 текучей среды вихрями 1 захватывают окружающую текучую среду.

Аппарат по п.11, формулы для перемещения в текучей среде по предлагаемому в п.10 способу содержит крыло 4 аэродинамического сечения с верхней выпуклой поверхностью 6, источник высокого давления 8 текучей среды, взаимосвязанный со средством для формирования напорных струй и направления их над верхней выпуклой поверхностью 6 крыла 4, при этом упомянутое средство для формирования напорных струй выполнено в виде установленного перпендикулярно продольной оси крыла ротора 22 с полой осью (на чертеже не показано) и соплами 23, установленными симметрично на торце 24 под углом к торцу 24 с возможностью захвата вихрями 1 окружающей текучей среды напорными струями 5 (фиг.10).

Источник высокого давления 8 текучей среды выполнен в виде компрессора (центробежного или осевого), а крыло может иметь любую форму, упомянутую выше.

Аппараты для перемещения в текучей среде работают следующим образом.

Аппарат по п.2 формулы (фиг.4). Включаются источник высокого давления 8 и ротор 10 с соплами 7. Напорные струи 5 текучей среде (воздуха или воды) поступают к соплам 7 аппарата. В результате за подвижными соплами формируются напорные струи 5 с вихрями 1.

Аппарат по п.6 формулы (фиг.7). Включаются источник высокого давления 8 и механизм возвратно-поступательного перемещения сопел (на чертеже не показан). Напорные струи 5 текучей среде (воздуха или воды) поступают к соплам 7 аппарата. В результате за подвижными соплами 7 формируются напорные струи 5 с вихрями 1.

Аппарат по п.11 формулы (фиг.10). Включаются источник высокого давления 8, взаимосвязанный с наклонными соплами 23, установленными симметрично на торце 24 ротора. Напорные струи при истечении из сопел осуществляют вращение ротора 22, при этом сами сопла 23 совершают колебательные движения относительно крыла 4. В результате за подвижными соплами формируются напорные струи 5 с вихрями 1.

Аппарат по 4 формулы (фиг.6) при имитирующим движении сопел по окружности работает следующим образом. Включается пульсирующий воздушно-реактивный двигатель 12, и сформированные струи под давлением в заданной последовательности направляются к блоку неподвижных сопел 11, расположенных на цилиндрической поверхности блока. В результате за соплами, имитирующим движении сопел по окружности, формируются напорные струи 5 с вихрями 1.

Аппараты по 9 формулы (фиг.8, 15 и 16) при имитирующим возвратно-поступательном движении сопел работают следующим образом. Включается пульсирующий воздушно-реактивный двигатель, и напорные струи под давлением направляются к блоку 19 (фиг.8) или блокам (на фиг.15 и 16) неподвижных сопел, расположенных на одной линии (линейно), где с заданной последовательностью изменяется место истечения напорных струй из сопел. В результате напорные струи 5 формируются с вихрями 1.

Аппарат по п.7 формулы (фиг.9) Включается пульсирующий воздушно-реактивный двигатель 12, соединенный с изогнутыми соплами 17, выполненными с возможностью возврата в исходное положение посредством пружин 18. В результате сопла совершают возвратно-поступательное движение, что обеспечивает формирование напорных струи 5 с вихрями 1.

При движении вихрей 1 от центра к краю 3 крыла 4 происходит захват и унос больших масс воздуха 2, что ведет к снижению давления над крылом 4. Аппарат (в любом из заявленных вариантов) поднимается и перемещается в нужном направлении.

Автором проведены испытания лабораторных моделей аппаратов с различными формами крыла, которые подтверждают работоспособность аппаратов к созданию тяги и перемещению в любом направлении. При необходимости автор может представить фото и видеоматериалы.

Реферат

Группа изобретений относится к области аппаратов для перемещения в воздушной и водной среде. Аппарат для перемещения в текучей среде содержит крыло аэродинамического сечения с верхней выпуклой поверхностью, источник высокого давления текучей среды, взаимосвязанный со средством для формирования напорных струй над верхней выпуклой поверхностью крыла. Шесть вариантов выполнения аппарата характеризуются конструкцией средства для формирования напорных струй. Способ создания тяги заключается в использовании средства для формирования напорных струй над верхней выпуклой поверхностью крыла. Пять вариантов реализации способа характеризуются конструкцией средства для формирования напорных струй. Группа изобретений направлена на повышение КПД. 11 н.п. ф-лы, 16 ил.

Формула