RU2337857C1

RU2337857C1 - Device to generate lift and thrust

Info

Publication number: RU2337857C1
Application number: RU2007101086/11A
Authority: RU
Inventors: Харис Нуриахметович Мухаметшин (RU); Харис Нуриахметович Мухаметшин; Ильдар Харисович Мухаметшин (RU); Ильдар Харисович Мухаметшин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью научно-производственная фирма "Милек"
Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2008-11-10
Also published as: RU2007101086A

Abstract

FIELD: transport, aircraft engineering.

SUBSTANCE: proposed device incorporates carcass with two dynamic bearing elements arranged in parallel, every one of which representing cylindrical body of revolution running about its axis. The aforesaid device represents a planetary mechanism comprising a housing with fixed gear wheel in mesh with satellite gears rigidly fitted on the aforesaid dynamic bearing element shafts, the said elements being fitted along the circumference between the spiders in parallel to the mechanism axis and passing through a moving channel formed by two parallel semi-cylindrical surfaces rigidly linked to the mechanism shaft and moving along the circumference driven by the power plant via belts and pulleys.

EFFECT: reduced weight, higher efficiency and safety.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение обносится к авиационной технике и может быть использовано при конструировании летательных аппаратов.The invention relates to aircraft and can be used in the design of aircraft.

Известно устройство для создания подъемной силы, силы тяги и поворота обтекаемого тела, содержащее образованные вращающимися крыльевыми профилями два составных крыла, между которыми установлена система плоских или криволинейных аэродинамических поверхностей - зеркал (см. патент США №1800439, В64С 23/00, 1932 г.).A device is known for creating lift, traction and rotation of a streamlined body, comprising two composite wings formed by rotating wing profiles, between which a system of flat or curved aerodynamic surfaces - mirrors is installed (see U.S. Patent No. 1,800,439, B64C 23/00, 1932. )

Недостатком устройства является низкий КПД и большая энерговооруженность, необходимая для создания подъемной силы, так как возникает она за счет отбрасывания воздушных масс крыльевыми профилями.The disadvantage of this device is the low efficiency and large power ratio, necessary to create lift, as it arises due to the rejection of air masses by wing profiles.

Известно устройство для создания подъемной силы, содержащее каркас с укрепленными на нем динамическими несущими элементами, каждый из которых выполнен в виде тела вращения с лопастями, размещенными на его поверхности симметрично относительно оси вращения под острым углом к поверхности с возможностью свободного вращения (патент РФ №2041137, В64С 23/08, 1995 г.).A device for creating a lifting force is known, comprising a frame with dynamic supporting elements mounted on it, each of which is made in the form of a body of revolution with blades placed on its surface symmetrically with respect to the axis of rotation at an acute angle to the surface with the possibility of free rotation (RF patent No. 2041137 , B64C 23/08, 1995).

Недостатком устройства является невозможность управлять величиной подъемной силы и направлением силы тяги, так как они зависят от неуправляемого набегающего воздушного потока, что приводит к ухудшению управляемости аппарата.The disadvantage of this device is the inability to control the magnitude of the lifting force and the direction of the traction force, since they depend on the uncontrolled incoming air flow, which leads to a deterioration in the controllability of the device.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение КПД устройства и возможность применения в летательных аппаратах с вертикальным взлетом, повышение безопасности и качества управления полетом аппарата, управление величиной и направлением подъемной силы и силы тяги.The problem solved by the invention is to increase the efficiency of the device and the possibility of using in aircraft with vertical take-off, improving the safety and quality of flight control of the device, controlling the magnitude and direction of the lifting force and thrust.

Данная задача решается тем, что устройство для создания подъемной силы и силы тяги, содержащее каркас с укрепленными на нем параллельно друг другу динамическими несущими элементами, каждый из которых выполнен в виде тел вращения цилиндрической формы, с возможностью вращения вокруг своей оси, выполнено в виде планетарного механизма, содержащего корпус с неподвижным колесом, например зубчатым, входящим в зацепление с колесами-сателлитами, жестко насаженными на оси динамических несущих элементов, расположенных по окружности между водилами параллельно оси механизма и проходящих через подвижный канал, образованный двумя параллельными полуцилиндрическими плоскостями, жестко связанными с осью механизма и перемещаемыми по окружности посредством тяги, причем вращение водил осуществляется приводом, например ременным, посредством силовой установки и шкивов, жестко насаженных на водилах. На внутренних поверхностях стенок канала размещено уплотняющее покрытие, например ворс.This problem is solved in that the device for creating lifting and traction forces, comprising a frame with dynamic load-bearing elements mounted on it parallel to each other, each of which is made in the form of cylindrical bodies of revolution, rotatable around its axis, made in the form of a planetary a mechanism comprising a housing with a fixed wheel, such as a gear, meshing with satellite wheels rigidly mounted on the axis of dynamic load-bearing elements located around the circumference between the carriers and parallel to the axis of the mechanism and passing through a movable channel formed by two parallel semi-cylindrical planes rigidly connected to the axis of the mechanism and moved around the circumference by means of traction, and the carrier is driven by a drive, for example a belt drive, by means of a power plant and pulleys rigidly mounted on the carriers. A sealing coating, such as a pile, is placed on the inner surfaces of the channel walls.

Сопоставительный анализ заявленного решения с прототипом показывает, что заявленное техническое решение отличается от известного тем, что устройство для создания подъемной силы и силы тяги выполнено в виде планетарного механизма с динамическими несущими элементами, расположенными по окружности параллельно оси механизма. Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна».A comparative analysis of the claimed solution with the prototype shows that the claimed technical solution differs from the known one in that the device for creating lifting and traction forces is made in the form of a planetary mechanism with dynamic load-bearing elements arranged in a circle parallel to the axis of the mechanism. Thus, the claimed technical solution meets the criterion of "novelty."

Существенным отличием заявленного технического решения от прототипа и других аналогичных технических решений является то, что устройство позволяет управлять величиной подъемной силы и направлением силы тяги.A significant difference between the claimed technical solution from the prototype and other similar technical solutions is that the device allows you to control the magnitude of the lifting force and the direction of the traction force.

На фиг.1 изображено устройство для создания подъемной силы и силы тяги, вид сбоку; на фиг.2 - вид по сечению А-А; на фиг.3, 4 изображены схемы взаимодействия устройства с набегающим потоком.Figure 1 shows a device for creating a lifting force and traction, side view; figure 2 is a view along section aa; figure 3, 4 shows a diagram of the interaction of the device with a free stream.

Устройство содержит корпус 1, с неподвижным колесом 2, например зубчатым, с внутренним зацеплением, водило 3 со шкивом 4, вращающееся вокруг оси 5, колеса-сателлиты 6, входящие в зацепление с колесом 2 и жестко посаженные на оси 7 динамических несущих элементов 8, канал 9, образованный двумя параллельными полуцилиндрическими поверхностями 10, 11, содержащими уплотняющее покрытие 12 и жестко соединенными посредством элементов 13, 14 с осью 5, тягу 15, ременной привод 16 и силовую установку 17. В качестве уплотняющего покрытия может быть применен ворс.The device comprises a housing 1, with a fixed wheel 2, for example a gear, with internal gearing, a carrier 3 with a pulley 4, rotating around an axis 5, satellite wheels 6 engaged with a wheel 2 and rigidly mounted on the axis 7 of the dynamic bearing elements 8, a channel 9 formed by two parallel semi-cylindrical surfaces 10, 11 containing a sealing coating 12 and rigidly connected by means of elements 13, 14 with an axis 5, a rod 15, a belt drive 16 and a power unit 17. A pile can be used as a sealing coating.

Устройство для создания подъемной силы и силы тяги работает следующим образом.A device for creating a lifting force and traction is as follows.

Силовая установка 17, посредством ременного привода 16, вращает шкив 4, а с ним и водило 3 вокруг оси 5. Колеса-сателлиты 6 вращаются в направлении, противоположном направлению вращения водил. Вместе с колесами-сателлитами 6 вращаются динамические несущие элементы 8, все точки которых совершают круговое поступательное движение. Все динамические несущие элементы 8 вращаются вокруг своих осей таким образом, что внешние части их поверхностей будут двигаться по направлению воздушного потока, а внутренние - против. Взаимодействие вращающегося элемента 8 с воздушным потоком приводит к появлению силы, направленной перпендикулярно как к направлению потока, так и к оси вращения элемента 8 (эффект Магнуса), то есть подъемной силы (фиг.3а).The power plant 17, by means of a belt drive 16, rotates the pulley 4, and with it the carrier 3 around the axis 5. The satellite wheels 6 rotate in the direction opposite to the direction of rotation of the carrier. Together with the wheels-satellites 6 rotate the dynamic load-bearing elements 8, all points of which make a circular translational motion. All dynamic load-bearing elements 8 rotate around their axes in such a way that the outer parts of their surfaces will move in the direction of air flow, and the internal ones - against. The interaction of the rotating element 8 with the air flow leads to the appearance of a force directed perpendicular to both the direction of flow and the axis of rotation of the element 8 (Magnus effect), that is, the lifting force (figa).

Скорость обтекания воздушным потоком каждого динамического несущего элемента 8 одинакова за пределами канала 9. При движении динамического несущего элемента 8 в канале 9, подъемная сила на этом элементе исчезает, т.к. отсутствует обтекаемый воздушный поток, благодаря уплотняющему покрытию 12. Таким образом, подъемная сила возникает только на тех динамических несущих элементах 8, которые находятся вне канала 9. Величина подъемной силы устройства будет равна векторной сумме подъемных сил каждого динамического несущего элемента 8 и направлена в зависимости от положения канала 9. При нахождении канала 9 в нижней половине планетарного механизма, вектор подъемной силы устройства будет направлен вертикально вверх (фиг.3б). На фиг.4 приведена схема, поясняющая возникновение движущей в горизонтальном направлении силы, то есть силы тяги, возникающей в том случае, когда канал 9 находится в смещенном под некоторым углом от нижнего положения. Перемещение канала 9 по окружности осуществляется с помощью тяги 15.The speed of airflow around each dynamic carrier element 8 is the same outside the channel 9. When the dynamic carrier element 8 moves in channel 9, the lifting force on this element disappears, because there is no streamlined air flow due to the sealing coating 12. Thus, the lifting force occurs only on those dynamic supporting elements 8 that are outside the channel 9. The magnitude of the lifting force of the device will be equal to the vector sum of the lifting forces of each dynamic supporting element 8 and is directed depending on the position of the channel 9. When the channel 9 is in the lower half of the planetary mechanism, the vector of the lifting force of the device will be directed vertically upward (Fig.3b). Fig. 4 is a diagram explaining the occurrence of a horizontal driving force, i.e., a thrust force, arising when the channel 9 is displaced at a certain angle from the lower position. The movement of the channel 9 around the circumference is carried out using the rod 15.

Величину подъемной силы устройства можно вычислить по формуле векторного сложения сил:The magnitude of the lifting force of the device can be calculated by the formula of the vector addition of forces:

где

- вектор подъемной силы устройства, H;Where

is the lift vector of the device, H;

- векторы подъемных сил динамических несущих элементов, H;

are the lift vectors of the dynamic load-bearing elements, H;

Величину подъемной силы, возникающей на каждом динамическом несущем элементе 8, вне канала 9 можно вычислить по формуле:The magnitude of the lifting force arising on each dynamic bearing element 8, outside the channel 9 can be calculated by the formula:

где F_э - подъемная сила одного элемента, H;where F _e - the lifting force of one element, H;

π - 3,14;π - 3.14;

d - диаметр элемента, м;d is the diameter of the element, m;

l -длина элемента, м;l is the length of the element, m;

ρ - плотность окружающей среды, кг/м³;ρ is the density of the environment, kg / m ³ ;

υ - скорость набегающего потока (окружная скорость водил), м/с;υ is the speed of the oncoming flow (the peripheral speed of the carrier), m / s;

υ_э - окружная скорость элемента, м/с;υ _e is the peripheral speed of the element, m / s;

Пример: вычислим величину подъемной силы, возникающей на одном динамическом несущем элементе, по формуле (2) при условии: d=0,3 м; 1=1,8 м; ρ=1,25 кг/м³; υ=48,57 м/с; υ_э=194,2 м/с.Example: we calculate the magnitude of the lifting force that occurs on one dynamic load-bearing element, according to the formula (2) under the condition: d = 0.3 m; 1 = 1.8 m; ρ = 1.25 kg / m ³ ; υ = 48.57 m / s; υ _e = 194.2 m / s.

F_э=0,5·3,14·0,3·1,8·1,25·48,57·194,2=9995,87 H.F _e = 0.5 · 3.14 · 0.3 · 1.8 · 1.25 · 48.57 · 194.2 = 9995.87 H.

Так как подъемные силы на всех элементах 8, находящихся вне канала 9, одинаковы по величине, но направлены под разными углами друг к другу, то в случае, показанном на фиг.3, подъемная сила устройства будет равна:Since the lifting forces on all elements 8 located outside the channel 9 are the same in magnitude, but directed at different angles to each other, in the case shown in figure 3, the lifting force of the device will be equal to:

F_п=3,732·F_э=37304,6 H.F _p = 3,732 · F _e = 37304,6 H.

При изменении скорости вращения водил будет изменяться и величина подъемной силы или силы тяги устройства.When the rotation speed of the carrier changes, the magnitude of the lifting force or traction force of the device will also change.

Использование предлагаемого устройства для создания подъемной силы и силы тяги позволяет повысить КПД, расширить возможности создания аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой, уменьшить вес, повысить безопасность и качество управления полетом аппарата.Using the proposed device to create lifting and traction forces can increase efficiency, expand the ability to create devices with vertical take-off and landing, reduce weight, improve safety and quality of flight control of the device.

Claims

1. A device for creating lifting and traction forces, comprising a frame with dynamic load-bearing elements fixed on it parallel to each other, each of which is made in the form of bodies of revolution of cylindrical shape with the possibility of rotation around its axis, characterized in that the device is made in the form of a planetary a mechanism comprising a housing with a fixed wheel, such as a gear, meshing with satellite wheels rigidly mounted on the axis of dynamic load-bearing elements located around the circumference between the water s parallel to the axis of the mechanism and passing through the moving channel formed by two parallel semicylindrical surfaces are rigidly associated with the mechanism axis and movable circumferentially through traction, the rotation driven actuator is carried out, for example a belt, by the powerplant and pulleys fixedly planted on the carrier.

2. The device according to claim 1, characterized in that on the inner surfaces of the channel walls there is a sealing coating, for example a pile.