PL175216B1 - Aparat indywidualny do latania - Google Patents

Abstract

1. Aparat indywidualny do latania nasadzany n a ladunek i mocowany n a nim, skladajacy sie z: urzadzenia nosnego zamo- cowanego do ladunku dla utworzenia, w zasadzie ksztaltowego, polaczenia pomiedzy aparatem indywidualnym do latania i mocowanym do niego ladunkiem, urzadzenia napedowego dla wytworzenia strum ienia gazu, co najmniej j ednego zbiornika paliwa do zasilania urzadzenia napedowego, co najmniej dwóch ru r pednych, usytuowanych po bokach urzadzenia nosnego, obok miejsc mocowania ladunku, które uchodza do dysz wylo- towych zamocowanych na ich koncach wylotowych powietrza, i przez które wychodza nastaw ne kierunkowo, strum ienie gazu, przy czym wyrzucane przez dysze wylotowe strumienie gazu wytwarzaja sile nosna, która powoduje wzniesienie, jak równiez ruch w powietrzu i zawis aparatu, znam ienny tym, ze urzadze- niem napedowym (100) j est silnik napedowy zasilany ze zbior- nika paliwa (10), który sprzezony jest przez obrotowy wal napedowy (108) bezposrednio z wirnikiem lopatkowym (200') sprezarki wirnikowej (200) ze sprezarka wirnikowa (200) m a lej ssacy (202) sprezarki, który usytuowany jest nad miejscem mocowania ladunku i który usytuowany jest nad miejscem mocowania ladunku, i którego glówna os przebiega pionowo, ze obrotowy wal napedowy (108) sprezarki wirnikowej (200), jest usytuowany pionowo, a dysze wylotowe (304, 305) ru r nape- dowych (300), sa dyszami wylotowymi strum ienia powietrza o predkosci poddzwiekowej i sa usytuowane w plaszczyznie za- wierajacej os pionowa (X) wspólnego punktu ciezkosci i korzy- s tn ie p o n a d w sp ó ln y m p u n k te m ciezk o sci a p a ra tu indywidualnego do latania i przymocowanego do niego ladunku. FIG. 1 PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest aparat indywidualny do latania nasadzany na ładunek i mocowany na nim, składający się z: urządzenia nośnego zamocowanego do ładunku dla utworzenia w zasadzie kształtowego, połączenia pomiędzy aparatem indywidualnym do latania i mocowanym do niego ładunkiem urządzenia napędowego dla wytworzenia strumienia gazu, co najmniej jednego zbiornika paliwa do zasilania urządzenia napędowego, co najmniej dwóch rur pędnych, usytuowanych po bokach urządzenia nośnego, obok miejsc mocowania ładunku, które uchodzą do dysz wylotowych zamocowanych na ich końcach wylotowych powietrza, i przez które wychodzą nastawne kierunkowo, strumienie gazu, przy czym wyrzucane przez dysze wylotowe strumienie gazu wytwarzają siłę nośną, która powoduje wzniesienie, jak również ruch w powietrzu i zawis aparatu.

W aparacie indywidualnym do latania nasadzanym na ładunek, ten ładunek wykonuje funkcje sterownicze i z pomocą aparatu indywidualnego do latania odrywa się samodzielnie od ziemi z zawisem, porusza się nad ziemią, lub utrzymuje się stacjonarnie nad ziemią. Ładunek stanowi przy tym, znajdujący się w pozycji pionowej, pilot lub zdalnie sterowane urządzenie sterujące.

Znane są aparaty do latania tego rodzaju, których zespół napędowy stanowi jednak napędzany paliwem silnikowym rakietowy zespół napędowy, lub napędzany paliwem silnikowym zespół napędowy z turbiną gazową, ze skierowanymi zasadniczo w dół dyszami, tak że ich gorące gazy spalinowe są niebezpieczne. Wytworzony strumień ciągu jest gorący i stanowi zagrożenie dla pilota przez opatrzenie, a dla otoczenia - przez wywołanie pożaru.

Ponadto wysoka temperatura gazów spalinowych ogranicza wybór materiałów nadaj ących się do budowy aparatu indywidualnego do latania, przykładowo na części konstrukcyjne

175 216 poddane działaniu gorących gazów spalinowych nie może być stosowane tworzywo sztuczne, ani ewentualnie aluminium.

Opis patentu US-A-3 023 980 przedstawia aparat indywidualny do latania tego rodzaju, napędzany turbiną gazową. Aparat indywidualny do latania ma urządzenie nośne, ażeby osoba pilotująca mogła go sobie przymocować na plecach. Jako materiał pędny jest przykładowo stosowana benzyna. Turbina gazowa napędza przy tym za pomocą bezpośrednio połączonego i łożyskowanego poziomo, obracającego się ze stałą prędkością wału napędowego, sprężarkę wirnikową, która zasysa powietrze z otoczenia i doprowadza je znów do turbiny gazowej. Poprzez dwie rury pędne, które od turbiny gazowej prowadzą do dysz wylotowych umieszczonych z boku obok pilota, wytworzony gorący strumień gazów o temperaturze wylotowej ok. 1200° F (700°C) jest wyrzucany i wytwarza niezbędną siłę wznoszącą. W celu sterowania aparatem, wypływający strumień gorących gazów jest za pomocą dźwigni sterującej i obrotowych otworów dysz wylotowych odchylany i odpowiednio orientowany względem otaczającej atmosfery. Do wad tego aparatu indywidualnego do latania należy wysoka temperatura wyjściowa wyrzucanego strumienia gazów na skutek wysokiego zużycia materiału pędnego i skrajnie krótki maksymalny czas trwania lotu.

Patent US-A-4 795 111 przedstawia zdalnie sterowaną latającą platformę, w której tłokowy silnik spalinowy napędza bezpośrednio, otoczony płaszczem wirnik łopatkowy. Przyrząd znajduje zastosowanie przeważnie jako wojskowa, lub cywilna platforma obserwacyjna ze zdalnym sterowaniem. Możliwość, aby również osobę pilotującą przenieść w stan zawieszenia, jest wprawdzie wspomniana, ale nie opisana. Nie występuje tu co prawda problem gorących gazów spalinowych. Wspomniana platforma nie może być mocowana na plecach osoby pilotującej. Płaszcz otaczający wirnik łopatkowy przechodzi w krótką prostą nierozgałęziającą się i nieodchylną rurę pędną. W szczególności, już przy zastosowaniu dwóch rur pędnych platforma stałaby się zbyt niekształtna i za ciężka, aby mogła być zamocowana na plecach osoby pilotującej.

Istnieje więc zapotrzebowanie na aparat indywidualny do latania wspomnianego na wstępie rodzaju, którego gazy spalinowe mają tak niską temperaturę, że nie są zasadniczo niebezpieczne, co poza tym pozwala rozszerzyć wybór lekkich materiałów do budowy aparatów do latania. Ponadto pożądane jest stworzenie aparatu, który pozwala na dłuższe przebywanie w powietrzu.

Zadaniem wynalazku jest zaspokojenie tego zapotrzebowania. Zadanie to rozwiązane zostało w aparacie indywidualnym do latania opisanego na wstępie rodzaju przez to, że urządzeniem napędowym jest silnik napędowy zasilany ze zbiornika paliwa, który sprzężony jest przez obrotowy wał napędowy bezpośrednio z wirnikiem łopatkowym sprężarki wirnikowej, że sprężarka wirnikowa ma lej ssący sprężarki, który usytuowany jest nad miejscem mocowania ładunku i którego główna oś przebiega pionowo, że obrotowy wał napędowy sprężarki wirnikowej, jest usytuowany pionowo, a dysze wylotowe rur napędowych są dyszami wylotowymi strumienia powietrza o prędkości poddźwiękowej i są usytuowane w płaszczyźnie zawierającej oś pionową wspólnego punktu ciężkości i korzystnie ponad wspólnym punktem ciężkości aparatu indywidualnego do latania i przymocowanego do niego ładunku.

Zgodnie z wynalazkiem urządzenie napędowe zawiera silnik spalinowy, który korzystnie jest silnikiem tłokowym.

Korzystnie, rury pędne i sprężarka wirnikowa są zbudowane w materiałów lekkich takich jak wielowarstwowe materiały włókniste.

Korzystnie, zbiornik paliwa z umieszczonym na nim urządzeniem nośnym, urządzenie napędowe i sprężarka wirnikowa są połączone w pierwszy zespół, a wszystkie rury pędne połączone w drugi zespół i, że obydwa zespoły połączone są, za pomocą przegubu Cardana i kompensatora odchylenia, w obszarze sprężarki wirnikowej.

Zgodnie z dalszą cechą wynalazku zbiornik paliwa z umieszczonym na nim urządzeniem nośnym i urządzenie napędowe są połączone w pierwszy zespół a wszystkie rury pędne i sprężarka wirnikowa są połączone w drugi zespół i obydwa zespoły połączone są wzajemnie za pomocą przegubu Cardana w obszarze sprężarki wirnikowej, przy czym urządzenie napędowe połączone jest ze sprężarką wirnikową poprzez wał Cardana, który korzystnie zawiera dwa homokinetyczne przeguby Cardana.

175 216

Zgodnie z kolejną cechą wynalazku urządzenie napędowe, sprężarka wirnikowa i wszystkie rury pędne połączone są w pierwszy zespół a zbiornik paliwa z umieszczonym na nim urządzeniem nośnym połączony jest w drugi zespół i obydwa zespoły połączone są, za pomocą przegubu obrotowo-przechylnego.

Korzystnie, końce wylotowe powietrza rur pędnych są usytuowane względem pionowej osi punktu ciężkości skośnie oraz osiowo symetrycznie, i że w obszarze dysz wylotowych znajdują się łopatki wyrównawcze dla precyzyjnego dostrojenia kompensacji momentu obrotowego.

Korzystnie, końce wylotowe powietrza rur pędnych są skierowane do dołu oraz aparat wyposażony jest w dwie, usytuowane w kierunku poziomym dysze odchylające i przed dyszami odchylającymi włączone są zawory dławiące dla precyzyjnego dostrojenia kompensacji momentu obrotowego.

Zgodnie z wynalazkiem w obszarze dysz wylotowych umieszczone są na krzyż łopatki sterujące, sterowane za pomocą cięgieł linowych lub korzystnie umieszczone są ruchome dysze sterujące 312 nastawne poprzez przegub Cardana.

Korzystnie aparat zaopatrzony jest w system ratunkowy z co najmniej jednym spadochronem i zawierający ładunek ekspandujący do szybkiego nadmuchania spadochronu 401.

Korzystnie, system ratunkowy zawiera wiele ładunków miotających do szybkiego wyciągnięcia i otwarcia spadochronu.

Korzystnie, aparat wyposażony jest w amortyzator wstrząsu.

Zgodnie z następną cechą wynalazku na leju ssącym sprężarki zamocowana jest pierścieniowa chłodnica wodna lub korzystnie pierścieniowa chłodnica wodna z pierścieniem prowadzącym powietrza.

Korzystnie, na końcach rurowych rur pędnych znajdują się elementy chłodzące wodne.

Korzystnie, pod urządzeniem napędowym zamocowany jest wirnik chłodzący napędzany poprzez wał napędowy i chłodnica płaska.

Korzystnie, sprężarka wirnikowa ma pierścieniowy stojan, pod którym znajduje się układ obejściowy doładowania silnika, połączony bezpośrednio w lejami ssącymi gaźnika silnika napędowego.

Korzystnie, z silnikiem napędowym połączony jest kołnierz przyłączeniowy, który od strony silnikajest ukształtowany jako kołnierz przyłączeniowy z rozruchowym kołem pasowym, połączonym z kołnierzem przyłączeniowym szprychami łączącymi w postaci łopatek.

Przedstawiony wynalazek umożliwia ładunkowi, spełniającemu funkcje sterownicze przy sterowaniu aparatem indywidualnym do latania, zwłaszcza pilotowi, na którego plecach jest za pomocą gorsetu lub urządzenia nośnego przytroczony zgodny z wynalazkiem aparat indywidualny do latania, oderwanie się od ziemi w kierunku pionowym i w ciągu dłuższego czasu (do jednej godziny i więcej), lub na dłuższych trasach, unoszenie się swobodnie lub latanie. Napęd aparatu indywidualnego do latania zapewnia na przykład silnik tłokowy typu Otto, napędzający za pomocą wału napędowego znajdującą się ponad nim sprężarkę wirnikową, która swym wirnikiem łopatkowym zasysa, spręża i przyspiesza powietrze, tak, aby z dużą prędkością poprzez dwie lub kilka rur pędnych skierować je w dół do zakończeń rur pędnych, skąd wypływa odpowiednimi dyszami. Jako agregaty napędowe mogą służyć także silniki spalinowe typu Diesla lub Wankla. Również inne typy silników spalinowych, na przykład silniki wodorowe z zapłonem iskrowym mogą być stosowane jako agregaty napędowe. Znajdujące się na końcach wylotowych rur pędnych dysze powodują zwężenie, i tym samym przyspieszenie wypływu strumienia powietrza.

Dzięki możliwości dostosowania geometrii sprężarki do silnika napędowego, odpada konieczność stosowania przekładni zwalniającej lub przyspieszającej pomiędzy wałem korbowym silnika tłokowego i sprężarką wirnikową. Bezpośredni napęd z wałem napędowym pomiędzy urządzeniem napędowym i wirnikiem łopatkowym oznacza zasadnicze uproszczenie, połączone z zasadniczym zmniejszeniem ciężaru.

Pomimo zastosowania urządzenia napędowego z obrotowymi częściami, w zgodnym z wynalazkiem aparacie indywidualnym do latania odpada, w przeciwieństwie do helikoptera, konieczność zrównoważenia momentu obrotowego silnika za pomocą specjalnego śmigła.

175 216

Niezbędny, przeciwnie skierowany moment obrotowy, można uzyskać przez odchylenie strumienia powietrza napędzającego od pionowego kierunku wypływu strumienia.

Wynalazek pokrywa istniejące zapotrzebowanie na mały, lekki, oparty na prostej zasadzie aparat indywidualny do latania, który ładunkowi zdolnemu do spełniania funkcji sterowniczych, na przykład jednej osobie, zapewnia możliwość latania. Zgodny z wynalazkiem aparat indywidualny do latania jest łatwy w manewrowaniu, prosty w transporcie, daje się łatwo zmontować. Na ziemi jedna osoba może go przenosić, uruchamiać i obsługiwać. Można wykonywać nim takie manewry lotnicze, których innymi znanymi urządzeniami do latania, takimi jak na przykład: samoloty płatowe, ultra-lekkie, latawce, szybowce z napędem, lotnie, itp. nie da się wykonać. Można ponadto osiągnąć rejony i cele, niedostępne w ogóle, lub z dużym trudem dla helikoptera, na przykład w wąskich wąwozach górskich. Zgodny z wynalazkiem aparat indywidualny do latania, dzięki wyeliminowaniu niebezpieczeństwa wywołania pożaru, umożliwia loty nad obszarami leśnymi, oraz między wąskimi szeregami domów i bezpośrednio przed fasadami domów.

Jedną z najczęściej znaczących zalet wynalazku, jak również jedną z zasadniczych różnic w porównaniu z innymi znanymi urządzeniami do latania, jest zastosowanie silnika spalinowego, względnie silnika tłokowego. W porównaniu z innymi możliwościami napędowymi, jak turbiny gazowe, napędy chemiczne, na przykład z nadtlenkiem wodoru, itp., są one znacznie efektywniejsze i ekonomiczniejsze, a także prostsze technicznie, co zapewnia znacznie dłuższe okresy lotu. Dalszą zaletą silnika tłokowego jest jego prosta, mocna budowa oraz niskie koszty nabycia i eksploatacji. Również konserwacja i utrzymanie jest znacznie tańsze, w porównaniu z turbinami gazowymi. Jako materiał pędny mogą być stosowane zwykłe materiały pędne do silników spalinowych, tak, że przy istniejącej sieci stacji paliwowych, nie ma problemów z zaopatrzeniem w paliwo.

Dzięki niskiej temperaturze strumienia powietrza wytwarzanego przez sprężarkę wirnikową i wysyłanego przez rury pędne, ważne części maszynowe, jak na przykład rury pędne i/lub sprężarka wirnikowa, mogą być korzystnie zbudowane z lekkich włóknistych tworzyw warstwowych. Zaleta ta pozostaje zachowana nawet wówczas, gdy z wyrzucanym strumieniem powietrza są mieszane gazy spalinowe silnika tłokowego.

Korzystnym zastosowaniem, zgodnie z wynalazkiem, aparatu indywidualnego do latania, jest jego użycie jako środka transportowego do niesienia pierwszej pomocy w · akcjach ratunkowych w terenach trudnodostępnych lub w centrach aglomeracji wielkich miast, gdzie na skutek ruchu drogowego lub innych utrudnień, nie można normalnymi środkami komunikacji dotrzeć na czas do rannych osób. Kolejnym korzystnym zastosowaniem, zgodnego z wynalazkiem, aparatu indywidualnego do latania jest wykorzystanie przy wielkich pożarach wieżowców, umożliwiające dostarczenie systemów ratowniczych zagrożonym osobom, względnie ewakuowanie osób za pomocą takiego aparatu. Jest to szczególnie przydatne jeżeli zastosowanie normalnych środków, jak drabiny ratunkowe, lub helikoptery jest niemożliwe lub niecelowe.

Ponadto, zgodny z wynalazkiem, aparat indywidualny do latania służy do dyspozycji jako szczególnie lekki, mały i niekosztowny środek transportu powietrznego, któremu do startu i lądowania wystarczą minimalne powierzchnie. Przy starcie i lądowaniu jest on zasadniczo mniej wrażliwy na otoczenie, niż na przykład aparaty napędzane turbinami gazowymi, przy których w pobliżu ziemi występuje niebezpieczeństwo, że recyrkulacja gazów spalinowych zredukuje siłę ciągu, lub że zanieczyszczenia, jak kurz, liście, drobne kamyki, itp. zostaną zassane przez agregat napędowy i uszkodzą go.

Zgodny z wynalazkiem aparat indywidualny do latania jest więc przydatny, aby szybko i w sposób niekosztowny osiągnąć trudnodostępne rejony, na przykład przy wykonywaniu zadań kontroli i nadzoru. Zgodny z wynalazkiem aparat jest łatwy do manewrowania i umożliwia osobie pilotującej przelot przez tereny zalesione i wykorzystanie bardzo małych skrytek. Możliwy jest również na dłuższych dystansach lot w pobliżu powierzchni ziemi. Istnieją więc liczne możliwości zastosowania do celów militarnych, przy czym znaczny zasięg działania aparatu, jak również jego zwarta budowa mają tu decydujące znaczenie stwarzając szerokie pole działania. Także ogólna działalność w zakresie sportów lotniczych stwarza interesujące możliwości wykorzystania, zgodnego z wynalazkiem aparatu indywidualnego do latania.

175 216

Dzięki zalecanemu nowatorskiemu, szczególnie prostemu rozwiązaniu rodzaju napędu, który stanowi kombinację silnika spalinowego, otoczonego płaszczem wirnika łopatkowego i podwójnej rury pędnej, stało się możliwe uzyskanie optymalnego prowadzenia strumienia powietrza i tym samym wysokiego stopnia wykorzystania energii napędowej silnika. Przez bezpośrednie sprzężenie osi obrotowej silnika spalinowego i sprężarki wirnikowej, oraz optymalne dostosowanie zakresu liczby obrotów silnika spalinowego do rozwiązania konstrukcyjnego sprężarki wirnikowej pod względem aerodynamicznym, uzyskano to, że strumień powietrza przepływa przez cały układ rur pędnych i wylatuje z prędkością poddźwiękową, wskutek czego współczynnik sprawności urządzenia zapewniającego siłę nośną, to znaczy urządzenia napędowego ze sprężarką wirnikową, w porównaniu z aparatem indywidualnym do latania napędzanym turbiną gazową, z której strumień gazów wylatuje w znacznie wyższym zakresie prędkości, wzrósł jeszcze bardziej. Zgodny z wynalazkiem aparat indywidualny do latania ma w związku z tym mniejsze zużycie paliwa i dlatego pozwala na wykonywanie długotrwałych lotów.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 pokazuje schematycznie przedmiot wynalazku w widoku z boku, fig. 2 - widok z przodu z częściowym przekrojem, fig. 3 - widok z przodu i fig. 4 - widok z góry, zgodnego z wynalazkiem aparatu indywidualnego do latania, który jest przytroczony na plecach osoby pilotującej, fig. 5,6 przedstawiają chłodnicę wodną na leju ssawnym sprężarki, fig. 7 przedstawia napędzany od wału napędowego wirnik chłodzący i część chłodnicy wodnej, fig. 8 przedstawia elementy chłodnicy wodnej na końcach rur pędnych w aparacie ze zdalnie sterowanym urządzeniem sterującym, fig. 9 przedstawia układ obejściowy dla doładowania mocy silnika tłokowego, fig. 10 przedstawia kołnierz przyłączeniowy silnika napędowego, fig. 11 - budowę przegubu Cardana w obszarze sprężarki wirnikowej, fig. 12 - w schematycznym widoku z góry część aparatu indywidualnego do latania, według fig. 1-4, fig. 13,14,15,16 pokazują odpowiednio w schematycznym widoku bocznym inną część aparatu indywidualnego do latania zgodnego z wynalazkiem, według fig. 1-4, fig. 17 a, b, c, d ilustruje schematycznie sposób działania systemu ratowniczego zgodnego z wynalazkiem aparatu do latania według fig. 1-4.

Jak to widać zwłaszcza na fig. 1, aparat indywidualny do latania przylega do pleców pilota P. Zbiornik paliwa 10 ukształtowany jako gorset zawiera powierzchnię styku z plecami pilota P. Poprzez system pasów 16, które są uformowane w postaci siodełka, osiąga się za pomocą nakładkowego zamocowania pasów 17 mocne połączenie między pilotem i aparatem indywidualnym do latania. Równocześnie służy ono do przenoszenia aparatu przed i po locie. Pionowa oś X wspólnego punktu ciężkości aparatu i pilota względnie ładunku, przebiega w normalnej pozycji lotu aparatu, pomiędzy urządzeniem napędowym 100 i pilotem P, zasadniczo po środku dysz wylotowych 304,305, które są umieszczone ponad wspólnym punktem ciężkości aparatu i pilota P. Za pomocą uchwytu gazu 310, na jednym z dwóch ramion sterujących 309, regulowana jest moc silnika tłokowego, który stanowi urządzenie napędowe 100, i który jest uruchamiany za pomocą startera ręcznego 105. Urządzenie napędowe 100 jest poprzez zwykły system tworzenia mieszanki zasilane w paliwo ze zbiornika paliwa 10. Zbiornik paliwa 10 może być przy tym podzielony na kilka części, lub może być kilka zbiorników na paliwo.

Na aparacie indywidualnym do latania jest umieszczona sprężarka wirnikowa 200 z łopatkami wirnika sprężarki z włókien węglowych 203, której stalowy wał wirnika łopatkowego 208 za pośrednictwem wału napędowego 108 z włókien węglowych, stojącego w normalnej pozycji lotu aparatu indywidualnego do latania, zasadniczo pionowo, jest sprzężony z wałem korbowym 107 urządzenia napędowego 100.

Wał wirnika łopatkowego 208 kończy się w wykonanej z aluminium piaście sprężarki 204, w której są wbudowane łopatki sprężarki 203. Przy tym wał wirnika łopatkowego 208 zwykle jest wyposażony w łożyska samosmarowne.

Sprężarka łopatkowa 200 zasysa powietrze z otoczenia poprzez lej ssący 202 sprężarki wykonany z włókien węglowych, który w normalnej pozycji lotu aparatu do latania, znajduje się w położeniu poziomym ponad głową pilota, po czym wyrzuca powietrze z dużą prędkością poprzez wykonany z włókien węglowych stojan 205, służący do wyrównania strumienia powietrza, pionowo w dół, na dwie wykonane z włókien węglowych rury pędne 300. Dysze

175 216 wylotowe 304, 305, umieszczone po obu stronach pilota na końcach wylotowych powietrza rur pędnych 300, dostarczają siły nośnej, która aparat indywidualny do latania i pilota odrywa od ziemi i utrzymuje w zawieszeniu.

Zwiększenie mocy urządzenia napędowego 100 powoduje w rezultacie podwyższenie liczby obrotów sprężarki wirnikowej 200. Pobór mocy przez łopatki sprężarki 203 podwyższa prędkość wypływu powietrza w dysz wylotowych 304, 305, co przyczynia się do zwiększenia siły nośnej.

Przez wyrównanie wyjściowego momentu pędu sprężarki za pomocą dostrojonych do geometrii sprężarki, wykonanych z włókien węglowych łopatek stojana, uzyskuje się bardzo efektywne przetworzenie mocy silnika urządzenia napędowego 100 na energię przepływu strumienia, która zostaje doprowadzona do rur pędnych 300. Jest to zasadnicze ulepszenie w porównaniu ze zwykłymi napędami wirników helikopterowych oraz napędów śmigłowych. Tuleja skrętna 106 na swym górnym końcu połączona jest połączeniem śrubowym z kołem łopatkowym stojana 205’, a na swym dolnym końcu - z wręgą łączącą 9. Wręga łącząca 9 jest na swych obu końcach połączona trwale z ramą 1, utrzymującą urządzenie napędowe 100, zbiornik paliwa 10 i sprężarkę wirnikową 200. Dzięki temu konstrukcja nośna zostaje usztywnione i unika się skręcenia ramy 1 momentem obrotowym wytworzonym przez urządzenie napędowe 100.

Za pomocą ramion sterujących 309, połączonych trwale z rurami pędnymi 300 przez połączenia śrubowe 319, oraz za pomocą przegubu Cardana 2 (patrz zwłaszcza fig. 3, 4 i 11), który łączy rury pędne 300 ze stojanem 205 sprężarki wirnikowej 200, można poruszyć obydwie rury pędne 300, oraz znajdujące się na ich końcach wylotowych powietrza dysze wylotowe 304, 305, w każdym kierunku o kąt około +/- 10° (patrz oznaczenie linią kreskową położeń wychylonych na fig. 2). Te ruchy sterownicze umożliwiają pilotowi dokonanie takiej zmiany wypadkowej siły wyrzucanego przez rury pędne 300 strumienia powietrza, że zbiega się ona z osią punktu ciężkości X kompletnego aparatu do latania (łączenia z pilotem) co pozwala na lot w zawisie. Niewielkie odchylenia od tego położenia powodują dodatkowo lot w kierunku poziomym. Te możliwości nastawcze są dlatego konieczne, że muszą uwzględniać różny ciężar pilota.

Najefektywniejsza metoda skompensowania momentu obrotowego urządzenia napędowego 100 i spężarki wirnikowej 200, przeciwnie skierowanym momentem obrotowym, polega na skręceniu 306, 307 (patrz zwłaszcza fig. 1 i 4) obydwu rur pędnych 300, tak, że ich dysze wylotowe 304, 305 odchylają strumień wznoszący na tyle, aby znosił moment obrotowy. Dokładnego dostrojenia kompensacji momentu obrotowego dokonuje się za pomocą łopatek wyrównawczych 302, umieszczonych w obszarze dysz wylotowych 304, 305.

Dalsza możliwość skompensowania momentu obrotowego wytworzonego przez urządzenie napędowe 100 i sprężarkę wirnikową 200, przeciwnie skierowanym momentem obrotowym, jest widoczna na fig. 12 i polega na tym, aby z przepływającego strumienia powietrza wydzielić jego niewielką ilość. Uzyskuje się to za pomocą dwóch dysz odchylających 209, które w pewnej odległości od osi punktu ciężkości X wydmuchują wydzielone fragmenty strumienia powietrza stycznie, z odchyleniem o 90°. Za pomocą uchwytu obrotowego 311 umieszczonego na jednym z ramion sterowniczych 309, nastawia się zawory dławiące 210, aby regulować strumienie powietrza wydmuchiwane przez dysze odchylające 209 i w ten sposób sterować przeciwnie skierowanym momentem obrotowym.

Odchylenie rur pędnych 300 następuje poprzez przegub Cardana 2 z pierścieniem Cardana 2’ służący do zawieszenia rur pędnych 300 na ramie 1 za pomocą połączeń jarzmowych 3 (patrz zwłaszcza fig. 2). Aby uszczelnić wolną przestrzeń ruchomą powstałą pomiędzy płaszczem sprężarki 201, umocowanym na stałe na ramie 1 i rurami pędnymi 300, zastosowano kompensator odchylenia 301, w postaci miecha z jedną lub kilkoma fałdami, który służy zarazem jako rozdzielacz strumienia powietrza i jest zamocowany za pomocą pierścieni zaciskowych, lub bezpośrednio zalaminowany, względnie połączony zależnie od materiału (z różnymi możliwościami materiałowymi). W ten sposób dla stabilizacji lotu strumień nośny może być odchylany w niezbędnym zakresie, przy niewielkich stratach. Odpowiednie uszczelnienie zastosowano również na przejściu wału napędowego 108. Płaszcz sprężarki 201, który otacza sprężarkę

175 216 wirnikową 200 jest za pomocą elementu ustalającego 207 ramy 1 połączony trwale z nią oraz z urządzeniem napędowym 100 i zbiornikiem paliwa 10.

Dalsze możliwe rozwiązania do odwracania lub odchylania strumienia napędowego, względnie do sterowania aparatu indywidualnego do latania i stabilizowania równowagi, są przedstawione na fig. 13-16.

Na fig. 13 jest widoczne, że urządzenie napędowe 100 z ramą 1 i ze zbiornikiem paliwa 10 oraz z umieszczonym na nim urządzeniem nośnym, połączone jest w pierwszy zespół a wszystkie rury pędne 300 ze sprężarką wirnikową 200, połączone są w drugi zespół, i że urządzenie napędowe 100 jest ze sprężarką wirnikową 200 połączone wałem Cardana 110. Ten wał Cardana 110 zawiera na przykład, jak przedstawiono, dwa homokinetyczne przeguby Cardana. Sterowanie uzyskuje się przez przesuwanie pionowej osi punktu ciężkości X za pomocą przegubu Cardana 2, pomiędzy pierwszym i drugim zespołem, w obszarze płaszcza sprężarki 201.

Na fig. 14 jest widoczne, że urządzenie napędowe 100, rama 1, sprężarka wirnikowa 200 i wszystkie rury pędne 300 połączone są w pierwszy zespół, a zbiornik paliwa 10 połączony jest w umieszczonym na nim urządzeniem nośnym dla pilota P, a drugi zespół, przy czym oba zespoły są za pomocą przegubu obrotowo-przechylnego 6 wzajemnie połączone.

Na fig. 15 jest widoczne, że do sterowania i stabilizowania aparatu indywidualnego do latania, umieszczone na krzyż łopatki sterujące 315, 316, są zamocowane wzdłuż i w poprzek na wale rurowym 314 poruszającym się wokół własnej osi, przy czym wyrzucany strumień powietrza może być odchylany w dowolnym kierunku. Wewnątrz wału rurowego 314 jest prowadzone cięgno linowe 303, za pomocą którego łopatka sterująca 316 porusza się wokół osi obrotu 317 poprzez uchwyt obrotowy 311. Z wałem rurowym 314 jest trwale połączona łopatka sterująca 315. Porusza się ona wokół własnej osi za pomocą jarzma sterującego 318 przez obrót ramienia sterującego 309 w przegubie obrotowym 313. Za pomocą tego, umieszczonego na wylotach powietrza z rur pędnych 300, układu odchylania strumienia napędowego można uzyskać stabilizację i sterowanie aparatu do latania.

Na fig. 16 jest widoczne, że w celu sterowania i stabilizowania aparatu indywidualnego do latania, na końcach rur pędnych 300 są zamocowane ruchomo za pomocą dalszego pierścienia Cardana 320 i dalszych kabłąków łączących 321 dysze sterujące 312. Przy tym ramiona sterujące 309 są trwale połączone z dyszami sterującymi 312. Wolna przestrzeń ruchowa pomiędzy dyszami sterującymi 312 i rurami pędnymi 300 zostaje uszczelniona za pomocą dalszego kompensatora odchylenia 322. Przez odchylenie strumienia napędowego osiąga się stabilne położenie równowagi, względnie można sterować aparatem indywidualnym do latania. Przy użyciu dalszych pierścieni Cardana do sterowania i stabilizacji aparatu indywidualnego do latania, można oczywiście zrezygnować z przegubu Cardana 2. Ażeby umożliwić obrót wokół własnej osi w zawisie, względnie aby móc latać po ciasnych krzywiznach, za pomocą cięgna linowego 303 i uchwytu ręcznego 311 zostają uruchomione łopatki wyrównawcze 302 (patrz fig. 2,3), które odchylają strumień powietrza, zależnie od ich nastawienia, do przodu lub do tyłu. To odchylanie, oprócz pomocniczego sterowania, dodatkowo wyrównuje jeszcze częściowo moment obrotowy sprężarki wirnikowej 200 i urządzenia napędowego 100. Ważny aspekt w odniesieniu do mocy silnika przy urządzeniu napędowym z silnikiem spalinowym, względnie z silnikiem tłokowym stanowi system wydechowy 101, w urządzeniu napędowym 100. Rury końcowe systemu wydechowego 101 są, ogólnie biorąc, skierowane w dół i dostarczają poprzez silnikowe gazy spalinowe, dodatkowej siły nośnej. Chłodnica wodna 103 do chłodzenia głowicy cylindrowej silnika tłokowego jest tak umieszczona, że następuje przez nią możliwie dobry przepływ powietrza otoczenia. Przepływ ten można za pomocą odpowiednich łopatek kierowniczych 109 w strumieniu powietrza dysz wylotowych 304, 305 wywołać lub wzmocnić.

Urządzenie napędowe 100 jest zamocowane na ramie 1 za pomocą zawieszenia silnika 4, głównymi śrubami mocującymi, na sprężynach tłumiących drgania 104. Dodatkowo istnieje możliwość, zamocowania silnika tłokowego śrubami głowicy cylindrowej, za pomocą zawieszenia głowicy cylindrowej 5, na ramie 1, w sposób tłumiący drgania. Tłumiący drgania kołnierz przyłączeniowy 102 z gwiazdowym łożyskowaniem gumowym wału silnika, lub wału korbowego 107, łączy go w sposób tłumiący wibracje, z tłumiącym wibracje wałem napędowym 108 wykonanym z włókien węglowych. Zbiornik paliwa 10, z umieszczonym na nim urządzę10

175 216 niem nośnym zostaje przykręcony poprzez podkładki gumowe, bezpośrednio na ramie 1. 'Na stronie wierzchołka zbiornika paliwa 10 znajduje się króciec do tankowania paliwa 13, odpowietrzenia zbiornika 12, oraz miernik elektryczny do pomiaru zawartości zbiornika paliwa. Skrętka do przyłączania przewodupaliwa 14 znajduje się na niższym, zwężającym się w kształcie leja, końcu zbiornika paliwa 10. Ściany progowe 15, lub wypiankowanie zbiornika paliwa 10 zapobiega kołysaniu się znajdującego się w nim paliwa. Przyrząd 308 do wskazywania zawartości zbiornika paliwa 10, liczby obrotów urządzenia napędowego 100 i temperatury urządzenia napędowego 100, znajduje się na ramieniu sterowniczym 309. Stojak 8, względnie wspornik, skręcony z ramą 1 jest przestawny na wysokość i pozwala na samodzielne odstawienie aparatu. Stojak 8 wysuwa się lub wsuwa w czasie lotu i ma amortyzator, który przy zderzeniu aparatu indywidualnego do latania z ziemią służy jako amortyzator wstrząsu 408. Stojak 8 może być ukształtowany również w ten sposób , że ma on oś obrotu lub, że w czasie lotu służy jako powierzchnia wsporcza dla pilota (nie pokazana). Osłona 206 piasty sprężarki 204 polepsza aerodynamiczne doprowadzanie zassanego powietrza.

Dalszy wariant chłodzenia silnika tłokowego jest przedstawiony na fig. 5 i 6. Pierścieniowa chłodnica wodna 111 (fig. 5), albo pierścieniowa chłodnica wodna z pierścieniem prowadzenia powietrza 112 (fig. 6) są ukształtowane kołowo i łączą się bez szwu z lejem ssącym 202 sprężarki wirnikowej 200, która w czasie pracy zasysa część dopływającego powietrza poprzez pierścieniową chłodnicę wodną 111,112. Dzięki pokazanemu optymalnemu umieszczeniu pierścieniowej chłodnicy wodnej na krawędzi leja ssącego 202 spężarki, względnie przez umieszczenie pierścienia prowadzenia powietrza dla lepszego doprowadzania powietrza do pierścieniowej chłodnicy wodnej, zasysanie powietrza z wysoką prędkością nie jest zakłócane lecz wspomagane.

Jeszcze jeden wariant chłodzenia silnika tłokowego urządzenia napędzającego 100 jest przedstawiony na fig. 7. Pod urządzeniem napędowym 100 jest umieszczony za pomocą ramy mocującej 114 wirnik chłodzący 115. Napęd wirnika chłodzącego odbywa się poprzez pasek zębaty 117 i koło pasowe 116 zamocowane na końcu wału korbowego 107. Strumień powietrza wytworzony przez wirnik chłodzący 115, za pośrednictwem kanału kierującego powietrze 118, jest doprowadzany do leżącej pod nim płaskiej chłodnicy 119 i przepływa przez nią. Przez zastosowanie kół pasowych 116 o różnych średnicach zmienia się liczbę obrotów wirnika chłodzącego.

Jeszcze jeden dalszy wariant chłodzenia silnika tłokowego jest przedstawiony na fig. 8. Figura ta pokazuje ponadto sytuację kiedy pilot P zastąpiony został przez zdalnie sterowane urządzenie sterujące 409. W celu chłodzenia silnika tłokowego, powietrze za pomocą kanałów kierujących 120 na rurze pędnej, zostaje odchylone z głównego strumienia w rurach pędnych 300 i doprowadzone do elementów chłodzących wodnych 121, które są umieszczone na końcach rur pędnych. Po zastąpieniu pilota P przez zdalnie kierowane urządzenie sterujące 409, można aparatu do latania używać bezzałogowo. Zdalnie sterowane urządzenie sterujące 409 przejmuje przy tym odchylanie rur pędnych 300 w celu sterowania, względnie dla regulacji równowagi. Dzięki zasadniczo lepszej sprawności sprężarki z wirnikiem łopatkowym w porównaniu z helikopterem tej samej kategorii określanej według ciężaru, zdalnie sterowany aparat indywidualny do latania omawianego typu nadaje się szczególnie do transportu materiałów i do zadań nadzoru.

Figura 9 pokazuje układ obejściowy (Bypassystem) 113 dla doładowania mocy silnika tłokowego. Układ obejściowy doładowania silnika 113 jest umieszczony pod pierścieniowym stojanem 205 sprężarki wirnikowej 200 i połączony bezpośrednio z lejami ssącymi gaźnika silnikowego.

Według fig. 10 kołnierz przyłączeniowy 102 od strony silnika jest ukształtowany jako kołnierz przyłączeniowy z rozruchowym kołem pasowym 122, tak, że rozruch silnika odbywa się za pomocą linki, nawiniętej na rozruchowe koło pasowe 122 i pociąganej ręcznie.

Szprychy 123 łączące kołnierz przyłączeniowy z rozruchowym kołem pasowym 122 mają łopatkowe skręcenie, które przy obrotach zapewnia cyrkulację powietrza i tym samym chłodzenie części, znajdujących się powyżej lub poniżej.

Jak widać z fig. 17 a, b, c, d awaryjny system ratowniczy 400 składa się z wystrzeliwanego za pomocą ładunku miotającego spadochronu 401, którego mechanizm jest wyzwalany przez

175 216 rączkę spadochronu awaryjnego 407 lub automatycznie. Ze względu na bardzo małą wysokość lotu, na której w większości aparat znajduje zastosowanie, wynika konieczność maksymalnie szybkiego otwarcia spadochronu 401 w razie awarii napędu siły nośnej. Ponieważ aparat do latania nie ma żadnego wystającego na zewnątrz śmigła lub skrzydeł, więc spadochron 401 może zostać wystrzelony pionowo w górę z bardzo krótkimi linkami.

Na oznaczonym na rysunku fig. 17a jako stopień 1 przedstawieniu, spadochron 401 znajdują się w stanie spakowanym w tulei spadochronowej 402 wraz z ładunkami miotającymi 403. Ładunki miotające do przyspieszenia otwarcia spadochronu 401 nie są jeszcze aktywne. Również w spakowanym spadochronie 401 znajduje się ładunek ekspandujący 404 z odpowiednim ładunkiem miotającym, który przez rozprężenie powoduje szybkie wypełnienie objętości spadochronu 401. Na przedstawieniu oznaczonym na fig. 17b jako stopień 2, środkowy ładunek miotający 403 wyciąga spadochron 401 z tulei spadochronu 402, aż do całkowitego rozciągnięcia linek ratunkowych spadochronu 405. Aktywizują one, jak to widać na przedstawieniu oznaczonym na fig. 17c jako stopień 3, pomocnicze ładunki miotające 403a i 403b, które przyspieszają otwarcie spadochronu 401. Również do szybkiego otwarcia przyczyniają się kieszonki strumieniowe 406. Równocześnie z pomocniczymi ładunkami miotającymi 403a i 403b zostaje zaktywizowany, znajdujący się w dolnej stronie spadochronu 401, ładunek ekspandujący 404. Z jego pomocą, otwiera się spadochron 401 w najkrótszym czasie.

W fazie oznaczonej na fig. 17d jako stopień 4, spadochron 401 znajduje się w stanie otwartym.

175 216

PU 'Μ

175 216

FIG.16

175 216

X

175 216

300—

304—

FIG.12

175 216

175 216

X

175 216

FIG. 8

175 216

X

175 216

200 202

FIG. 6

175 216

FOO

203 205 . 2ΰζ 203 2 oz

I- ..J.L '

FIG. 5

175 216

FIG.3

175 216

FIG. 2

175 216

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4.00 zł

Claims (21)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Aparat indywidualny do latania nasadzany na ładunek i mocowany na nim, składający się z: urządzenia nośnego zamocowanego do ładunku dla utworzenia, w zasadzie kształtowego, połączenia pomiędzy aparatem indywidualnym do latania i mocowanym do niego ładunkiem, urządzenia napędowego dla wytworzenia strumienia gazu, co najmniej jednego zbiornika paliwa do zasilania urządzenia napędowego, co najmniej dwóch rur pędnych, usytuowanych po bokach urządzenia nośnego, obok miejsc mocowania ładunku, które uchodzą do dysz wylotowych zamocowanych na ich końcach wylotowych powietrza, i przez które wychodzą nastawne kierunkowo, strumienie gazu, przy czym wyrzucane przez dysze wylotowe strumienie gazu wytwarzają siłę nośną, która powoduje wzniesienie, jak również ruch w powietrzu i zawis aparatu, znamienny tym, że urządzeniem napędowym (100) jest silnik napędowy zasilany ze zbiornika paliwa (10), który sprzężony jest przez obrotowy wał napędowy (108) bezpośrednio z wirnikiem łopatkowym (200’) sprężarki wirnikowej (200) że sprężarka wirnikowa (200) ma lej ssący (202) sprężarki, który usytuowany jest nad miejscem mocowania ładunku i który usytuowany jest nad miejscem mocowania ładunku, i którego główna oś przebiega pionowo, że obrotowy wał napędowy (108) sprężarki wirnikowej (200), jest usytuowany pionowo, a dysze wylotowe (304, 305) rur napędowych (300), są dyszami wylotowymi strumienia powietrza o prędkości poddźwiękowej i są usytuowane w płaszczyźnie zawierającej oś pionową (X) wspólnego punktu ciężkości i korzystnie ponad wspólnym punktem ciężkości aparatu indywidualnego do latania i przymocowanego do niego ładunku.
2. 2. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że urządzenie napędowe (100) zawiera silnik spalinowy.
3. 3. Aparat według zastrz. 2, znamienny tym, że silnik spalinowy jest silnikiem tłokowym.
4. 4. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że rury napędowe (300) i sprężarka wirnikowa (200) są zbudowane z materiałów lekkich takich jak wielowarstwowe materiały włókniste.
5. 5. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że zbiornik paliwa (10) z umieszczonym na nim urządzeniem nośnym, urządzenie napędowe (100) i sprężarka wirnikowa (200) są połączone w pierwszy zespół, a wszystkie rury pędne (300) połączone w drugi zespół i, że obydwa zespoły połączone są, za pomocą przegubu Cardana (2) i kompensatora odchylenia (301), w obszarze sprężarki wirnikowej (200).
6. 6. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że zbiornik paliwa (10) z umieszczonym na nim urządzeniem nośnym i urządzenie napędowe (100) są połączone w pierwszy zespół a wszystkie rury pędne (300) i sprężarka wirnikowa (200) są połączone w drugi zespół, i że obydwa zespoły połączone są wzajemnie za pomocą przegubu Cardana (2) w obszarze sprężarki wirnikowej (200), przy czym urządzenie napędowe (100) połączone jest ze sprężarką wirnikową (200) poprzez wał Cardana (110), który korzystnie zawiera dwa homokinetyczne przeguby Cardana.
7. 7. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że urządzenie napędowe (100), sprężarka wirnikowa (200) i wszystkie rury pędne (300) połączone są w pierwszy zespół a zbiornik paliwa (10) z umieszczonym na nim urządzeniem nośnym połączony jest w drugi zespół, i że obydwa zespoły połączone są za pomocą przegubu obrotowo-przechylnego (6).
8. 8. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że końce wylotowe powietrza rur pędnych (300) są usytuowane względem osi pionowej (X) punktu ciężkości skośnie oraz osiowo symetrycznie, i że w obszarze dysz wylotowych (304, 305) znajdują się łopatki wyrównawcze (302) dla precyzyjnego dostrojenia kompensacji momentu obrotowego.
9. 9. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że końce wylotowe powietrza rur pędnych (300) są skierowane do dołu oraz, że aparat wyposażony jest w dwie, usytuowane w kierunku poziomym dysze odchylające (209), a przed dyszami odchylającymi (209) włączone są zawory dławiące (210) dla precyzyjnego dostrojenia kompensacji momentu obrotowego.

   175 216
10. 10. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że w obszarze dysz wylotowych (304, 305) umieszczone są na krzyż łopatki sterujące (315,316) sterowane za pomocą cięgieł linowych.
11. 11. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że w obszarze dysz wylotowych umieszczone są ruchome dysze sterujące (312) nastawne poprzez przegub Cardana.
12. 12. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że zaopatrzony jest w system ratunkowy z co najmniej jednym spadochronem (401).
13. 13. Aparat według zastrz. 12, znamienny tym, że system ratunkowy zawiera ładunek ekspandujący do szybkiego nadmuchania spadochronu (401).
14. 14. Aparat według zastrz. 12, znamienny tym, że system ratunkowy zawiera wiele ładunków miotających (403,403a, 403b) do szybkiego wyciągnięcia i otwarcia spadochronu (401).
15. 15. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że jest wyposażony w amortyzator wstrząsu (408).
16. 16. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że na leju ssącym sprężarki (202) zamocowana jest pierścieniowa chłodnica wodna (111).
17. 17. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że na leju ssącym sprężarki (202) zamocowana jest pierścieniowa chłodnica wodna (111) z pierścieniem prowadzącym powietrza (112).
18. 18. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że na końcach rurowych rur pędnych (300) znajdują się elementy chłodzące wodne (121).
19. 19. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że pod urządzeniem napędowym (100) zamocowany jest wirnik chłodzący (115) napędzany poprzez wał napędowy (108) i chłodnica płaska (119).
20. 20. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że sprężarka wirnikowa (200) ma pierścieniowy stojan (205), pod którym znajduje się układ obejściowy doładowania silnika (113), połączony bezpośrednio w lejami ssącymi gaźnika silnika napędowego.
21. 21. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że z silnikiem napędowym połączony jest kołnierz przyłączeniowy (102), który od strony silnika jest ukształtowany jako kołnierz przyłączeniowy z rozruchowym kołem pasowym (122), połączonym z kołnierzem przyłączeniowym (102) szprychami łączącymi (123), w postaci łopatek.