RU2360802C2

RU2360802C2 - Transport vehicle automatic flying machine

Info

Publication number: RU2360802C2
Application number: RU2007111767/11A
Authority: RU
Inventors: Вениамин Михайлович Горобцов (RU); Вениамин Михайлович Горобцов
Original assignee: Вениамин Михайлович Горобцов
Priority date: 2007-04-02
Filing date: 2007-04-02
Publication date: 2009-07-10
Also published as: RU2007111767A

Abstract

FIELD: transportation.

SUBSTANCE: transport vehicle comprises flight complex included into movable lifting-bearing plane with the following inbuilt components - gas generators (8), turbo-blowers (9) with varied traction vector, balancing platform (5), which is connected to lifting-bearing plane via axial rotary mechanism, and longitudinal guides with long slots (6), which are installed on bearing platform (7) above body (1) of transport vehicle, with the possibility of balancing platform (5) longitudinal displacement in them and combination of lifting-bearing plane with center of transport vehicle gravity. Transport vehicle also comprises pipelines of gas generator gas drive of turbo-blowers (9), which are combined into single gas-conducting manifold, gas jet steering wheels (10) and system of flight complex control and gas-jet steering wheels (10). Motion in land mode is provided by independent energy-power and control mechanisms of automobile type.

EFFECT: expansion of functional resources of transport vehicle.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области транспортных средств с сухопутным и воздушным режимами движения.The invention relates to the field of vehicles with land and air traffic modes.

В качестве функционального аналога существует изобретение по патенту US 5203520 /США/. Техническое решение известного изобретения заключается в применении в автомобильной конструкции вертолетного привода с несущим винтом, причем лопасти несущего винта выполнены телескопическими, а силовой привод к несущему и рулевому винтам обеспечивается на основе автомобильного двигателя. Недостатком известного изобретения являются силовые кинематические цепи большой протяженности, склонные к вибрациям, нередко разрушительным, и телескопические лопасти с расположенными в их внутренних полостях механизмами перемещения телескопических звеньев. Трубчатая их конструкция не позволяет обеспечить необходимые прочностные характеристики, в связи с чем о промышленной применимости известного изобретения можно говорить только в чисто гипотетическом аспекте. Конкретные недостатки вертолетного механизма известного изобретения приводятся ниже.As a functional analogue there is an invention according to patent US 5203520 / USA /. The technical solution of the known invention consists in the application of a rotary rotor drive with a rotor in an automobile structure, the rotor blades being made telescopic, and the power drive to the rotor and tail rotors is provided on the basis of an automobile engine. A disadvantage of the known invention is power kinematic chains of great length, prone to vibrations, often destructive, and telescopic blades with mechanisms for moving telescopic links located in their internal cavities. Their tubular design does not allow to provide the necessary strength characteristics, in connection with which the industrial applicability of the known invention can only be discussed in a purely hypothetical aspect. Specific disadvantages of the helicopter mechanism of the known invention are given below.

1. Как известно, индуктивная мощность лопастей вертолета составляет N=TV. Удельная нагрузка на ометаемую несущим винтом площадь составляет Р=Т/F_H. Если величину Р взять на уровне моря, то

. Величину Р принимают равной 250 н/м², что дает значение V=10,2 м/с. Приравнивая вес аналога к весу среднего легкового автомобиля, т.е. равным 1500 кг, получаем значение тяги Т=14714 н. Следовательно, индуктивная мощность равна 150 кВт.1. As you know, the inductive power of the helicopter blades is N = TV. The specific load on the area swept by the rotor is P = T / F _H. If the value of P is taken at sea level, then

. The value of P is taken equal to 250 n / m ² , which gives a value of V = 10.2 m / s. Equating the weight of an analog to the weight of an average passenger car, i.e. equal to 1500 kg, we obtain a thrust value of T = 14714 n. Therefore, the inductive power is 150 kW.

Полученная мощность составляет примерно 60% всей мощности на режиме висения. Остальная мощность идет на преодоление профильного сопротивления лопастей, на работу рулевого винта, потери в трансмиссии, обдувку вертолета и др. Учитывая крайне низкое аэродинамическое качество автомобильной части известного изобретения, можно принять, что величина потерь будет не менее половины мощности на режиме висения, тогда вся мощность на режиме висения будет равна 300 кВт или порядка 400 л.с. При этом следует заметить, что реальная автомобильная конструкция при такой мощности силовой установки будет иметь вес более 1500 кг.The resulting power is approximately 60% of the total power in hover mode. The remaining power is used to overcome the profile resistance of the blades, to operate the tail rotor, losses in the transmission, blowing of the helicopter, etc. Considering the extremely low aerodynamic quality of the automobile part of the known invention, it can be assumed that the loss will be at least half of the power in hovering mode, then the whole power in hovering mode will be equal to 300 kW or about 400 hp It should be noted that the real automotive design with such a power plant will have a weight of more than 1500 kg.

2. При удельной нагрузке на ометаемую поверхность Р=250 н/м² общая сметаемая площадь составит F=T/P, т.е. 60 м². Следовательно, длина лопастей составит порядка 4,5 м. В известном изобретении лопасти выполнены с телескопическими звеньями. Эти телескопические пустотелые звенья должны в основном воспринимать нагрузку, равную 1500 кг. Однако в полете нагрузка может возрастать в два-три раза за счет случайных воздушных потоков. Следовательно, телескопические пустотелые лопасти должны быть рассчитаны на возможную нагрузку до 4500 кг.2. With a specific load on the swept surface P = 250 n / m ^{2, the} total swept area will be F = T / P, i.e. 60 m ² . Therefore, the length of the blades will be about 4.5 m. In the known invention, the blades are made with telescopic links. These telescopic hollow links should basically absorb a load of 1,500 kg. However, in flight, the load can increase two to three times due to random air flows. Therefore, telescopic hollow blades should be designed for a possible load of up to 4500 kg.

При полете на лопасти действует еще центробежная сила. Например, у вертолета Ка-26 при тяге винта 3250 кг и оборотах винтов 300 об/мин центробежная сила на верхних лопастях достигает величины 7419 кг, на нижних - 7359. Длина лопастей Ка-26 в 1,4 раза больше, чем у аналога, однако телескопическая конструкция значительно снижает их подъемную силу, что потребует увеличения числа оборотов лопастей, к тому же телескопическая механизация лопастей увеличивает их вес, поэтому величину центробежной нагрузки нельзя считать меньшей 7000 кг. Прочностные характеристики нормальных лопастей при указанных нагрузках обеспечиваются на основе специальных технологий их производства. Пустотелые телескопические конструкции лопастей таких нагрузок не выдержат.During flight, centrifugal force also acts on the blades. For example, for a Ka-26 helicopter with a propeller thrust of 3250 kg and a screw speed of 300 rpm, the centrifugal force on the upper blades reaches 7419 kg, on the lower blades - 7359. The length of the Ka-26 blades is 1.4 times longer than that of the analogue, however, the telescopic design significantly reduces their lifting force, which will require an increase in the number of revolutions of the blades, in addition, the telescopic mechanization of the blades increases their weight, so the value of the centrifugal load cannot be considered less than 7000 kg. The strength characteristics of normal blades at these loads are provided on the basis of special technologies for their production. Hollow telescopic blade designs will not withstand such loads.

3. Известно, что при летных углах атаки примерно 70% подъемной силы приходится на подсасывающие силы, действующие на верхние поверхности лопастей, и только 30% на поддерживающие силы за счет давления на нижние поверхности. Это означает, что при нагрузке на несущую поверхность аналога от 15000 н до 45000 н на верхнюю поверхность пустотелых лопастей будет действовать подсасывающая сила от 10500 н до 31500 н, в то время как действующая на нижние поверхности поддерживающая сила будет равна от 4500 н до 13500 н. Таким образом, разность сил составит от 6000 н до 18000 н, что с большой вероятностью приведет к опасной деформации и разрушению телескопических пустотелых лопастей.3. It is known that at flight angles of attack approximately 70% of the lifting force is accounted for by suction forces acting on the upper surfaces of the blades, and only 30% by the supporting forces due to pressure on the lower surfaces. This means that when the load on the bearing surface of the analog is from 15,000 n to 45,000 n, the suction force from 10,500 n to 31,500 n will act on the upper surface of the hollow blades, while the supporting force acting on the lower surfaces will be from 4,500 n to 13,500 n . Thus, the force difference will be from 6000 n to 18000 n, which is likely to lead to dangerous deformation and destruction of telescopic hollow blades.

Техническим результатом заявляемого изобретения является создание транспортного средства /ТС/ с возможностью движения как по сухопутным дорогам, так и полета над территориями, абсолютно недоступными для любого вида сухопутного транспорта.The technical result of the claimed invention is the creation of a vehicle / vehicle / with the ability to move both on land roads and flying over territories that are completely inaccessible to any type of land transport.

Указанный технический результат достигается тем, что заявляемое ТС "Автолет" оснащается как сухопутными средствами движения, так и средствами полета, содержащими выносные турбовентиляторы с изменяемый вектором тяги, газогенераторы в качестве газового привода турбовентиляторов, газоструйные рули, газопроводы, объединенные в единую газопроводную систему, механизмы управления турбовентиляторами и газовыми рулями, причем движение в сухопутном режиме обеспечивается независимыми энергосиловыми и управляющими механизмами. С целью снижения веса ТС производят снижение мощности двигателя и массы связанных с ним механизмов. При наличии средств полета нет необходимости обеспечивать высокие скорости ТС при движении по сухопутным дорогам. Тяжелые участки, например проселочных дорог, преодолевают в полетном режиме. В принципе возможно применение двигателей с воздушным охлаждением, а также вариаторов.The specified technical result is achieved by the fact that the claimed Avtolet vehicle is equipped with both ground means of movement and flight means containing remote turbofans with a variable thrust vector, gas generators as a gas turbofan drive, gas jet steering wheels, gas pipelines combined into a single gas pipeline system, mechanisms control turbofan and gas rudders, and the movement in land mode is provided by independent power and control mechanisms. In order to reduce the weight of the vehicle, the engine power and the mass of the mechanisms associated with it are reduced. With the availability of flight means, there is no need to provide high vehicle speeds when driving on land roads. Heavy sections, such as country roads, overcome in flight mode. In principle, it is possible to use air-cooled engines, as well as variators.

В качестве газогенераторов в ТС "Автолет" более целесообразно применить ТРД с центробежными компрессорами. Они обладают сравнительно высокой степенью повышения давления в одной ступени, конструктивной простотой и существенно меньшим числом деталей, более благоприятной характеристикой, меньшей чувствительностью к условиям эксплуатации по сравнению с осевыми. Применение центробежных компрессоров особенно оправдано в газогенераторах малых размеров, что как раз имеет место в заявляемом изобретении. Центробежная ступень устанавливается вместо нескольких осевых, у которых из-за малых высот рабочих лопаток в этом случае особенно сказывается влияние радиальных зазоров над лопатками. И хотя в общем случае КПД центробежной ступени несколько меньше осевой в газогенераторах малых размеров центробежный компрессор может иметь КПД даже выше, чем осевой.It is more expedient to use turbojet engines with centrifugal compressors as gas generators in the Avtolet TS. They have a relatively high degree of pressure increase in one stage, structural simplicity and a significantly smaller number of parts, a more favorable characteristic, less sensitivity to operating conditions compared to axial. The use of centrifugal compressors is especially justified in gas generators of small sizes, which just takes place in the claimed invention. A centrifugal stage is installed instead of several axial ones, in which, due to the small heights of the working blades, the influence of radial clearances above the blades is especially affected in this case. And although in the general case the efficiency of the centrifugal stage is slightly less than the axial in small gas generators, the centrifugal compressor can have an efficiency even higher than the axial.

Сходные замечания можно сделать и относительно газовых турбин. При небольших расходах рабочего тела, т.е. в маломощных газогенераторах, радиальные турбины могут быть предпочтительнее.Similar remarks can be made regarding gas turbines. At low flow rates of the working fluid, i.e. in low power gas generators, radial turbines may be preferable.

Оптимальная конструктивная схема заявляемого изобретения ТС "Автолет" представляется следующей. Наилучшим расположением полетного комплекса /ПК/ является его размещение поверх ТС. При таком его расположении обеспечивается необходимая устойчивость в полете. В качестве газогенераторов следует применять ТРД с центробежными компрессорами и радиальные турбины. Их весовые и габаритные характеристики позволяют расположить их на ПК и сократить длину газопроводов.The optimal structural diagram of the claimed invention, the vehicle "Avtolet" is as follows. The best location of the flight complex / PC / is its placement on top of the vehicle. With this arrangement, the necessary stability in flight is ensured. As gas generators, turbojet engines with centrifugal compressors and radial turbines should be used. Their weight and overall characteristics make it possible to place them on a PC and reduce the length of gas pipelines.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, на которых показан пример исполнения ТС "Автолет" с поворотной подвижной рамой с именяемой геометрией /ПРИГ/ и размещенными на ней центробежными газогенераторами и турбовентиляторами.The essence of the claimed invention is illustrated by drawings, which show an example of the performance of the Avtolet vehicle with a rotatable movable frame with the named geometry / PRIG / and centrifugal gas generators and turbofans placed on it.

Фиг.1 - TC "Автолет" в режиме полета.Figure 1 - TC "Car" in flight mode.

Фиг.2 - ТС "Автолет" в сухопутном режиме движения.Figure 2 - TS "Avtolet" in land mode of movement.

Заявляемое ТС /фиг.1, 2/ содержит корпус 1, выполненный по автомобильной схеме, поверх которого расположен полетный комплекс в составе поворотной подвижной рамы с изменяемой геометрией, газогенераторов, турбовентиляторов, несущей и балансировочной платформ и газоструйные рули. Поворотная подвижная рама с изменяемой геометрией содержит центральную часть 2 и две боковые части 3 с турбовентиляторами, связанные с центральной частью через штанги 4, которые перемещают в боковых пазах центральной части 2. Центральная часть ПРИГ расположена на балансировочной платформе 5 и связана с ней через поворотный круг /показан штриховой линией/ с возможностью поворота его в кольцеобразном пазу балансировочной платформы 5. Балансировочная платформа расположена в продольных пазах 6 несущей платформы 7, жестко связанной с корпусом 1.The inventive vehicle / Fig. 1, 2 / contains a housing 1 made according to an automobile circuit, on top of which there is a flight complex consisting of a rotatable movable frame with variable geometry, gas generators, turbofan, carrier and balancing platforms and gas-jet steering wheels. The rotatable movable frame with variable geometry contains a central part 2 and two side parts 3 with turbofan, connected to the central part through rods 4, which move in the lateral grooves of the central part 2. The central part of the PRIG is located on the balancing platform 5 and connected through the turntable / is shown by a dashed line / with the possibility of rotation in the annular groove of the balancing platform 5. The balancing platform is located in the longitudinal grooves 6 of the carrier platform 7, rigidly connected with the housing 1 .

Поверх центральной части ПРИГ расположены газогенераторы 8, связанные с единой газопроводящей магистралью, через которую газовый поток подается на турбовентиляторы 9 на боковых частях 3 и на газоструйные рули 10. Турбовентиляторы 9 и газоструйные рули 10 связаны с единой газопроводящей системой через телескопические стыковочные узлы 11 и 12, снабженные уплотнительными кольцами. Изменение вектора тяги турбовентиляторов 9 производят путем их поворота вокруг трубчатых осей 13 и цапф 14. Продольное перемещение боковых частей производят через гидропривод 15.On top of the central part of the PRIG are gas generators 8 connected to a single gas supply line through which the gas flow is supplied to turbofan fans 9 on the side parts 3 and to gas-jet rudders 10. Turbo-fans 9 and gas-jet rudders 10 are connected to a single gas-conducting system via telescopic docking units 11 and 12 equipped with o-rings. The change in the thrust vector of the turbofan 9 is carried out by turning them around the tubular axes 13 and the trunnions 14. The longitudinal movement of the side parts is carried out through a hydraulic actuator 15.

Управление ТС в полетном режиме производят с помощью газоструйного насадка 10 и выдвижных заслонок турбовентиляторов /не показаны/. Газоструйный насадок 10 содержит продольное 16 /фиг.2/ и поперечное 17 сопла и подвижную газовую заслонку 18. Технология управления состоит в полном или частичном перекрытии газовой заслонкой сопел и в повороте газоструйного насадка вокруг продольной оси. Выдвижные заслонки турбовентиляторов при выдвижении уменьшают площадь их проходного отверстия и тем самым подъемную силу правого или левого турбовентиляторов 9, что и приводит к устранению возникшего в полете крена ТС.The vehicle is controlled in flight mode using a gas-jet nozzle 10 and retractable shutters of turbofan / not shown /. The gas-jet nozzle 10 comprises a longitudinal 16 (Fig. 2/) and a lateral nozzle 17 and a movable gas shutter 18. The control technology consists in completely or partially blocking the nozzles by the gas shutter and in turning the gas-jet nozzle about a longitudinal axis. The retractable shutters of the turbofan when extending reduce the area of their bore and thereby the lifting force of the right or left turbofan 9, which eliminates the roll of the vehicle that occurred during the flight.

Сухопутный /автомобильный/ режим особенностей не имеет и в каких-либо пояснениях не нуждается.The land / automobile / regime does not have features and does not need any explanation.

Переход ТС к полетному режиму выполняют следующим образом.The transition of the vehicle to flight mode is as follows.

1. Производят разворот ПРИГ поперек ТС и фиксируют ее в этом положении.1. Make a turn PRIG across the vehicle and fix it in this position.

2. Выдвигают боковые части 3 ПРИГ и фиксируют их положение.2. Extend the lateral parts 3 of the PRIG and fix their position.

3. Производят запуск газогенераторов.3. Start the gas generators.

4. Определяют центр тяжести ТС, совмещают с ним ПРИГ и пробными "подскоками" производят корректировку ее положения.4. The center of gravity of the vehicle is determined, the PRIG is combined with it, and trial “jumps” are made to adjust its position.

5. Форсируют работу газогенераторов, производят взлет и путем изменения вектора тяги турбовентиляторов переходят в горизонтальный полет.5. They speed up the work of gas generators, take off and by changing the thrust vector of the turbofan pass into horizontal flight.

При переходе к сухопутному режиму после посадки производят останов газогенераторов, сдвигают боковые части ПРИГ к центру, поворачивают ПРИГ вдоль ТС и фиксируют все подвижные части.Upon transition to the land mode after landing, the gas generators are stopped, the lateral parts of the PRIG are shifted to the center, the PRIG is rotated along the vehicle and all the moving parts are fixed.

Claims

1. A vehicle with land and air modes of movement, made on the basis of automobile and aircraft mechanisms, characterized in that it contains a flight complex consisting of a movable lifting-bearing plane with gas generators, turbofans with a variable thrust vector, a balancing platform associated with it lifting plane through the axial rotary mechanism, and longitudinal guides with longitudinal grooves located on the carrier platform on top of the vehicle body, with the possibility of longitudinal movement of the balancing platform in them and the combination of the lifting-bearing plane with the center of gravity of the vehicle, the pipelines of the gas-generating gas drive of turbofans, combined into a single gas-supply line, gas-jet rudders and a control system for the flight complex and gas-jet rudders, and the movement in land mode is ensured by independent power and driving mechanisms of the automobile type.

2. The vehicle according to claim 1, characterized in that the gas-jet steering wheels comprise a gas-jet nozzle connected to a single gas supply line, with longitudinal and transverse nozzles and a gas choke with the possibility of turning the gas-jet nozzle around a longitudinal axis with simultaneous overlapping of the gas choke with a full one or partial both nozzles.