летательный аппарат с газотурбоионными двигателями
Классы МПК: | B64C29/04 с реактивными двигателями B64D27/22 с ядерными установками |
Автор(ы): | Григорчук В.С. |
Патентообладатель(и): | Григорчук Владимир Степанович |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-11-28 публикация патента:
10.10.2002 |
Изобретение относится к области авиации и, в частности, к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки и может быть использовано при их создании. Задачей изобретения является повышение эксплуатационных качеств летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Летательный аппарат вертикального взлета и посадки содержит фюзеляж, имеющий шасси и хвостовую балку, на которой закреплен вертикальный стабилизатор с рулем направления, в верхней части фюзеляжа на кронштейне закреплен механизм продольного и поперечного наклона, несущий вал которого соединен посредством трех штанг с тремя движителями вертикального подъема, каждый из которых смещен относительно другого на 120o, установлен вертикально относительно фюзеляжа и соединен с газотурбоионным двигателем. Механизм продольного и поперечного наклона кинематически связан с механизмом управления летательным аппаратом, а газотурбоионные двигатели посредством коммутирующего устройства электрически соединены с ядерными высоковольтными батареями. Техническим результатом является упрощение трансмиссии и снижение ее веса, упрощение управления при различных режимах полета аппарата, снижение вредного влияния на окружающую среду. 4 з. п. ф-лы, 22 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22
Формула изобретения
1. Летательный аппарат с газотурбоионными двигателями, содержащий фюзеляж, имеющий шасси и хвостовую балку, на которой закреплен вертикальный стабилизатор с рулем направления, механизмы управления, отличающийся тем, что в верхней части фюзеляжа на кронштейне закреплен механизм продольного и поперечного наклона, несущий вал которого соединен посредством трех штанг с тремя движителями вертикального подъема, каждый из которых смещен относительно другого на 120o, установлен вертикально относительно фюзеляжа и соединен с газотурбоионным двигателем, причем механизм продольного и поперечного наклона кинематически связан с механизмом управления летательным аппаратом, а газотурбоионные двигатели посредством коммутирующего устройства электрически соединены с ядерными высоковольтными батареями. 2. Летательный аппарат с газотурбоионными двигателями по п. 1, отличающийся тем, что движители вертикального подъема одинаковы по конструкции и каждый из них содержит корпус с отверстиями для прохода воздуха, внутри которого на подшипниках установлен вертикальный вал, на котором закреплены на некотором расстоянии друг от друга диски, каждый из которых имеет гладкую верхнюю поверхность, а на нижней поверхности выполнены глухие радиальные каналы в четном количестве, ось каждого из которых размещена под углом к вертикальной плоскости, проходящей через центр вращения, причем дно каждого из каналов выполнено параллельно верхней и нижней поверхностям диска. 3. Летательный аппарат с газотурбоионными двигателями по п. 1 или 2, отличающийся тем, что газотурбоионные двигатели одинаковы по конструкции и каждый из них содержит несколько газовых турбин, изолированных друг от друга и сидящих на общем валу, один конец которого через центробежную соединительную муфту соединен с пусковым электродвигателем, а другой с ведущим валом понижающего редуктора, причем впускной и выпускной каналы каждой из газовых турбин соединены между собой трубопроводом, имеющим снаружи впускной штуцер с запорным краном и охладитель, а внутри ионизатор газа, ускоряющую систему и нейтрализатор, кроме того, внутренние полости газовых турбин и трубопроводов заполнены водородом под давлением, который является рабочим телом, причем ионизаторы газа, ускоряющие системы и нейтрализаторы электрически соединены с ядерными высоковольтными батареями через коммутирующее устройство. 4. Летательный аппарат с газотурбоионными двигателями по п. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что механизм продольного и поперечного наклона движителей вертикального подъема содержит неподвижный корпус в форме полукруглого сегмента, закрытого крышкой и имеющего в нижней части станину, внутрь которого вставлен подвижный корпус, соединенный с рычагом, пропущенным через верхний паз неподвижного корпуса, причем в подшипниках подвижного корпуса закреплен несущий вал с фланцами, концы которого пропущены через боковые пазы неподвижного корпуса и имеющего в средней части прямоугольную площадку, охватываемую вилкой, установленной в направляющих и шарнирно соединенной с поперечным валом, пропущенным через отверстие в неподвижном корпусе, кроме того, рычаг подвижного корпуса и поперечный вал кинематически связаны с механизмом управления летательным аппаратом. 5. Летательный аппарат с газотурбоионными двигателями по пп. 1-4, отличающийся тем, что ядерные высоковольтные батареи одинаковы по конструкции и каждая из них содержит корпус, внутри которого установлен эмиттер, содержащий соли радиоактивного элемента и изолированный от корпуса вакуумом или диэлектриком.Описание изобретения к патенту
Настоящее изобретение относится к области авиации и может найти применение в качестве транспортного средства. Известен вертолет YН-32, содержащий корпус с полозковым шасси и трубчатой хвостовой балкой, на которой закреплены стабилизаторы, а в верхней части корпуса установлен несущий двухлопастной воздушный винт, на законцовках которого установлены два пульсирующих воздушных реактивных двигателя. Размах лопасти 7 м, взлетная масса 490 кг, крейсерская скорость 111 км/час, запас топлива 189 л, время полета 20 мин /П. Бауэрc, Летательные аппараты нетрадиционных схем, М.: Мир, 1991, с.108, рис.5.16/. Недостатками известного вертолета YН-32 являются: большой расход топлива, очень малое время полета, вредное воздействие на окружающую среду, сложность запуска пульсирующих воздушных реактивных двигателей. Указанные недостатки обусловлены конструкцией вертолета. Известен также конвертоплан Х-22А фирмы "Белл", содержащий фюзеляж с вертикальным хвостовым стабилизатором, четыре несущих воздушных винта, установленных в поворотных кольцевых каналах, два передних из которых закреплены на фюзеляже, а два задних установлены на законцовках крыла, четыре турбовальных двигателя, установленных на крыле попарно с одной и другой сторон фюзеляжа и посредством перекрестной трансмиссии связанных с несущими воздушными винтами, струйные рули, закрепленные на кольцевых каналах, трехопорное посадочное шасси, механизмы управления. Взлетная масса 7248 кг, размах крыла 11,97 м, мощность двигателей 1250 л.с. (918,7 кВт), скорость полета 523 км/ч /Там же, с.220-222, рис.11.12 и 11.13/. Известный конвертоплан Х-22А, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип. Недостатками известного конвертоплана Х-22А, принятого за прототип, являются: большой расход топлива, сложность трансмиссии и ее большой вес, сложность управления при различных режимах полета, высокая стоимость, не позволяющая осуществить запуск в серию, ограниченный радиус действия, малая полезная нагрузка, вредное воздействие на окружающую среду. Указанные недостатки обусловлены конструкцией конвертоплана. Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационных качеств летательных аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой. Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что четыре несущих воздушных винта с кольцевыми каналами и струйными рулями, крыло, четыре реактивных двигателя с трансмиссией, топливные баки, колесное шасси заменены полозковым шасси, рулем направления, шарнирно закрепленным на хвостовой балке и кинематически связанным с педалями путевого управления, тремя дисковыми движителями вертикального подъема, установленными вертикально, каждый из которых представляет собой корпус с отверстиями для прохода воздуха, внутри которого на подшипниках установлен вертикальный вал, на котором закреплены диски, каждый из которых имеет гладкую верхнюю поверхность, а на нижней такой же поверхности выполнены глухие каналы, расположенные диаметрально по окружности в четном количестве и установленные под углом к вертикальной плоскости, проходящей через центр вращения, механизмом продольного и поперечного наклона, который посредством трех штанг соединен с тремя дисковыми движителями вертикального подъема, который посредством горизонтальных и вертикальных тяг и рычагов соединен с ручкой управления летательным аппаратом, тремя газотурбоионными двигателями, выполненными заодно с дисковыми движителями вертикального подъема, одинаковыми по конструкции, каждый из которых содержит пусковой электродвигатель с центробежной соединительной муфтой, понижающий редуктор, несколько газовых турбин, изолированных друг от друга, установленных на общем валу, один конец которого связан с центробежной соединительной муфтой, а другой соединен с ведущим валом понижающего редуктора. Кроме того, впускной и выпускной каналы каждой из газовых турбин соединены между собой трубопроводом, имеющим снаружи охладитель, а также штуцер с запорным краном, а внутри содержащим ионизатор газа, ускоряющую систему и нейтрализатор, причем внутренние полости газовых турбин и трубопроводов заполнены водородом под давлением, который является рабочим телом, ядерными высоковольтными батареями с коммутирующим устройством, подключенными к ионизаторам газа, ускоряющим системам и нейтрализаторам газотурбоионных двигателей, причем каждая из ядерных высоковольтных батарей содержит корпус, внутри которого размещен эмиттер, содержащий соли радиоактивного металла и изолированный от корпуса вакуумом или диэлектриком. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен общий вид летательного аппарата; на фигуре 2 - вид на летательный аппарат сверху; на фигуре 3 - устройство движителя вертикального подъема в разрезе; на фигуре 4 - вид сверху на диск движителя вертикального подъема; на фигуре 5 - вид снизу на диск движителя вертикального подъема; на фигуре 6 - вид сбоку на диск движителя вертикального подъема с частичным разрезом; на фигуре 7 - общий вид механизма продольного и поперечного наклона при снятой передней крышке; на фигуре 8 - вид сбоку на механизм продольного и поперечного наклона с частичным разрезом; на фигуре 9 - схема системы управления летательным аппаратом; на фигуре 10 - общий вид газотурбоионного двигателя; на фигуре 11 - вид слева на газотурбоионный двигатель; на фигуре 12 - вид cправа на газотурбоионный двигатель; на фигуре 13 - вид на газотурбоионный двигатель в разрезе; на фигуре 14 - схема газотурбоионного двигателя; на фигуре 15 - схема регулирования частоты вращения вала газотурбоионного двигателя; на фигуре 16 - схема понижающего редуктора газотурбоионного двигателя; на фигуре 17 - устройство центробежной соединительной муфты; на фигуре 18 - устройство ядерной высоковольтной батареи; на фигуре 19 - схема движения летательного аппарата вперед; на фигуре 20 - схема движения летательного аппарата назад; на фигуре 21 - схема движения летательного аппарата боком вправо; на фигуре 22 - схема движения летательного аппарата боком влево. Предлагаемый летательный аппарат содержит фюзеляж 1 с полозковым шасси 2 и хвостовой балкой 3, на которой установлены вертикальный стабилизатор 4 и руль направления 5. В передней части фюзеляжа установлен прожектор 6, а в верхней части размещен механизм продольного и поперечного наклона 7, который посредством штанг 8, 9, 10 соединен с тремя дисковыми движителями вертикального подъема 11, 12, 13, выполненными заодно с тремя газотурбоионными двигателями 14, 15, 16. Все движители вертикального подъема одинаковы по конструкции и каждый содержит корпус 17 с отверстиями для воздуха 18 и соединительным фланцем 19, внутри которого на подшипниках 20, 21, закрепленных на кронштейнах 22, 23, установлен вертикальный вал 24, имеющий в верхней части шлицевую соединительную муфту 25 для соединения с валом газотурбоионного двигателя. На вертикальном валу закреплены диски 26, одинаковые по конструкции, каждый из которых имеет гладкую верхнюю поверхность, а на нижней поверхности выполнены глухие радиальные каналы в четном количестве, установленные под углом к вертикальной плоскости, проходящей через центр вращения. Дно каждого из каналов 27 выполнено параллельно верхней и нижней поверхностям диска. /О движителе вертикального подъема см. патент РФ 2149800, кл. В 64 С 29/00, опубл. 27.05.2000, Бюл. 15/. Механизм продольного и поперечного наклона содержит неподвижный корпус 28 со станиной 29, закрепленный на кронштейне 30 в верхней части фюзеляжа летательного аппарата и выполненный в форме полукруглого сегмента, внутри которого установлен подвижный корпус 31, в подшипниках 32, 33 которого закреплен несущий вал 34, имеющий фланцы 35, 36 и прямоугольную площадку 37, охватываемую вилкой 38, соединенной с рычагом 39, установленным в направляющих 40 и шарнирно соединенной с поперечным валом 41, установленным в подшипнике 42 неподвижного корпуса. Концы несущего вала пропущены в прорези 43, 44 неподвижного корпуса. В верхней части подвижного корпуса закреплен рычаг 45, пропущенный через верхний паз 46 неподвижного корпуса, закрытого крышкой 47. Все три газотурбоионных двигателя одинаковы по конструкции и каждый из них содержит корпуса 48, 49, 50, закрытые крышками 51, 52, 53 и соединенные болтами между собой, внутри которых установлены газовые турбины 54, 55, 56, закрепленные на общем валу 57. К крайним корпусам прикреплены корпус 58 центробежной соединительной муфты, связанной с пусковым электродвигателем 59, и корпус 60 понижающего редуктора. Центробежная соединительная муфта содержит ведущий вал 61, соединенный с валом пускового электродвигателя, на котором закреплена вилка 62, на концах которой с возможностью продольного перемещения установлены грузики 63, 64, нагруженные пружиной 65 и имеющие колодки 66, 67. На общем валу установлен диск 68 с фрикционной накладкой. Понижающий редуктор содержит ведущую шестерню 69, закрепленную на общем валу и входящую в зацепление с большой шестерней 70 каретки, закрепленной на водиле 71, установленном на валу 72 газотурбоионного двигателя. Малая шестерня 73 каретки входит в зацепление с неподвижной шестерней 74, закрепленной на корпусе понижающего редуктора. Впускной и выпускной каналы каждой из газовых турбин соединены между собой трубопроводами 75, 76, 77, снаружи которых установлены охладители газа 78, 79, 80 и штуцера с запорными кранами 81. Внутри каждого из трубопроводов размещены ионизатор газа, ускоряющая система и нейтрализатор. Ионизатор газа содержит круглый цилиндр 82, подключенный к положительному выводу высоковольтной батареи, источник электронов 83 в форме круглого стержня, вставленного внутрь круглого цилиндра и соединенного с ускоряющей сеткой 84, подключенный к высоковольтной батарее. Там же установлены замедляющая сетка 85 и нейтрализатор 86 в форме сетки, подключенные к высоковольтным батареям. Ионизатор газа, ускоряющая система и нейтрализатор расположены в трубопроводе, внутренняя поверхность которого выполнена из изоляционного материала, внутрь которого входят лопасти газовой турбины, также выполненные из прочного изоляционного материала или покрытые им. Снаружи на ионизаторе газа установлен соленоид 87. Все соленоиды соединены последовательно и подключены к высоковольтным батареям. Система регулирования частоты вращения вала газотурбоионного двигателя содержит три группы высоковольтных батарей и включателей. Первая группа содержит высоковольтные батареи 88-92 и включатели 93-97. Вторая группа содержит высоковольтные батареи 98-102 и включатели 103-107. Третья группа содержит высоковольтные батареи 108-112 и включатели 113-117. Все три группы батарей и включателей соединены параллельно, включены в цепь питания ионизаторов газа, ускоряющих систем и нейтрализаторов, причем каждая группа включателей имеет общий привод (на чертежах не показано), а одни и те же элементы разных газовых турбин соединены между собой проводниками. Внутренние полости газовых турбин и трубопроводов заполнены водородом под давлением, который является рабочим телом газотурбоионного двигателя. Ядерные высоковольтные батареи предназначены для питания ионизаторов газа, ускоряющих систем и нейтрализаторов, одинаковы по конструкции и каждая из них содержит корпус 118, внутрь которого вставлен изолированный от корпуса эмиттер 119, являющийся носителем

Класс B64C29/04 с реактивными двигателями
Класс B64D27/22 с ядерными установками