RU2758789C1 - Aircraft with vertical takeoff and landing (e.n. soloukhina's apparatus) - Google Patents

Aircraft with vertical takeoff and landing (e.n. soloukhina's apparatus) Download PDF

Info

Publication number
RU2758789C1
RU2758789C1 RU2021106716A RU2021106716A RU2758789C1 RU 2758789 C1 RU2758789 C1 RU 2758789C1 RU 2021106716 A RU2021106716 A RU 2021106716A RU 2021106716 A RU2021106716 A RU 2021106716A RU 2758789 C1 RU2758789 C1 RU 2758789C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aircraft
impeller
ring
rotor
air
Prior art date
Application number
RU2021106716A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Дмитриевич Солоухин
Original Assignee
Николай Дмитриевич Солоухин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Дмитриевич Солоухин filed Critical Николай Дмитриевич Солоухин
Priority to RU2021106716A priority Critical patent/RU2758789C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2758789C1 publication Critical patent/RU2758789C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60FVEHICLES FOR USE BOTH ON RAIL AND ON ROAD; AMPHIBIOUS OR LIKE VEHICLES; CONVERTIBLE VEHICLES
    • B60F5/00Other convertible vehicles, i.e. vehicles capable of travelling in or on different media
    • B60F5/02Other convertible vehicles, i.e. vehicles capable of travelling in or on different media convertible into aircraft
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C29/00Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft

Abstract

FIELD: aircraft engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of combined vehicles, in particular to the designs of aircraft based on cars. A feature of the construction of the aircraft is the absence of an open main rotor and its small dimensions, which allows it to fit into the dimensions of the car. The device provides a complete separation of air flows between the main rotor and the impeller with two blade crowns, which is achieved by means of a separation device fixed between them, located between the main rotor and the impeller and a small cup inside which a bearing is mounted connected to the upper edge of the engine shaft. The device is also equipped with a small cup with a bearing, which is connected to the upper edge of the motor shaft and mounted on centered spacers connected to the aircraft body, under a protective mesh. The separation device is made of an annular diaphragm, a cylindrical ring, thin-walled partitions of guide channels evenly spaced around the circumference, the outer edge of the annular diaphragm is connected to the end of the cylindrical ring, and the ring itself is connected to the body of the aircraft. The gearbox is connected to the main rotor and the motor shaft.
EFFECT: reliability and efficiency of the aircraft are improved.
1 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к области летательных аппаратов и может быть использовано для перемещения людей и грузов, в том числе и в пределах городов, как безопасный летательный аппарат (далее - ЛА), у которого нет открытого несущего воздушного винта.The invention relates to the field of aircraft and can be used to move people and goods, including within cities, as a safe aircraft (hereinafter - LA), which does not have an open main rotor.

Рабочий винт расположен внутри, по сути, неподвижного корпуса имеющего габариты ∅ 1,25 м и высота ~ 0,4 м, что обеспечивает его возможность объединения с легковым автомобилем и его дальнейшую безопасную эксплуатацию в условиях города, т.к. нет опасности зацепиться вращающимся винтом за посторонние предметы, не требуется оборудование специальных взлетно-посадочных зон. Объединение ЛА с автомобилем по существу позволяет получить новый продукт, который может найти широкое применение на рынке товаров и услуг. Использование разработанных в настоящее время двигателей в предлагаемом устройстве делает ЛА по цене соизмеримым с обычным автомобилем.The working propeller is located inside, in fact, a stationary body with dimensions ∅ 1.25 m and a height of ~ 0.4 m, which makes it possible to combine it with a passenger car and its further safe operation in urban conditions, since there is no danger of the rotating propeller catching on foreign objects, no need to equip special take-off and landing zones. Combining an aircraft with a car essentially allows you to get a new product that can be widely used in the market for goods and services. The use of currently developed engines in the proposed device makes the aircraft at a price commensurate with a conventional car.

Такое выполнение ЛА позволяет уменьшить его габариты и упростить конструкцию и, как следствие, позволяет скомплексировать его с легковым автомобилем.Such an implementation of the aircraft makes it possible to reduce its dimensions and simplify its design, and, as a consequence, allows it to be integrated with a passenger car.

Известны летательные аппараты с вертикальным взлетом - посадкой (вертолеты) (см. Б.Н. Юрьев "Аэродинамический расчет вертолетов" Оборонгиз. М. 1956 г.). Несмотря на широкое использование этих устройств, они обладают тем недостатком, что они используют значительные размеры лопастей (несущие винты). Требование получить большую тягу заставляет конструкторов применять диаметры доходящие до 37 м (обычно 12÷25 м) (см. книгу Б.Н. Юрьева, стр. 51). Использование таких вертолетов в условиях города небезопасно, к тому же их изготовление требует значительных материальных затрат.Known aircraft with vertical takeoff - landing (helicopters) (see BN Yuriev "Aerodynamic calculation of helicopters" Oborongiz. M. 1956). Despite the widespread use of these devices, they have the disadvantage that they use significant blade sizes (rotor blades). The requirement to obtain a large thrust forces the designers to use diameters up to 37 m (usually 12 ÷ 25 m) (see BN Yuriev's book, p. 51). The use of such helicopters in urban conditions is unsafe, and besides, their manufacture requires significant material costs.

Известен ряд летательных аппаратов, типа летающая тарелка габариты которых значительно меньше вертолетов патент RU 2071441 B64C 27/20 1997 г., патент Япония №57-61640 В64С 27/20 1982 г., заявка ФРГ № OS 34491 В 34/с 1986 г., аэродинамический движитель RU 2153442 В64С 27/20 С2 1998 г., патент RU 2560172 С, RU 2652423 С.A number of aircraft are known, such as a flying saucer, the dimensions of which are much smaller than helicopters patent RU 2071441 B64C 27/20 1997, Japan patent No. 57-61640 В64С 27/20 1982, application of Germany No. OS 34491 В 34 / since 1986 , aerodynamic propulsion device RU 2153442 В64С 27/20 С2 1998, patent RU 2560172 С, RU 2652423 С.

Наиболее близко по своей технической сущности к предлагаемому устройству (прототип) является устройство описанное в патенте RU 2713751 С1 2019 г. The closest in technical essence to the proposed device (prototype) is the device described in patent RU 2713751 C1 2019.

Летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой содержащий двигатель с валом, корпус, несущий винт, рабочее колесо, редуктор, вспомогательную систему обеспечивающую отклонение направления воздушного потока от внутреннего лопаточного венца по радиусу рабочего колеса в сторону внешнего лопаточного венца и n-воздухозаборников, расположенных на корпусе ЛА, рабочее колесо выполнено с двумя лопаточными венцами, один из лопаточных венцов расположен в кольце сформированным корпусом ЛА и внешним краем рабочего колеса, а другой расположен под внутренней плоскостью несущего винта, внешние края лопастей несущего винта соединены с обечайкой, а внутренние - со стаканом, который соединен с валом двигателя, лопасти несущего винта имеют аэродинамический профиль и установлены под углом 8-10 градусов к плоскости диска, лопасти несущего винта установлены со скважностью между собой, n-преобразователи-трансформеры расположенные равномерно под сформированным кольцом равномерно заполняя его, а выходы каждого из них имеют квадратное сечение равное по площади их входам и установлены они неподвижно, n-воздуховоды вход каждого из которых конструктивно соединен с выходом одного из n-преобразователей-трансформеров, а их выходы объединены в четыре группы, каждая из которых образует плотную матрицу укладки, заключенную в тубус, четыре блока управления, каждый из блоков управления выполнен в виде углового патрубка и механизма его перемещения, три из четырех выходов плотных матриц укладки пространственно разнесены между собой по основанию ЛА и расположены один в головной части ЛА, а два других в задней его части, четвертый блок управления компенсирует угловое вращение ЛА вызванное работой рабочего колеса и несущего винта, два тубуса расположенные в задней части ЛА выполнены составными из двух частей, разделенных эластичной вставкой, обе эластичные вставки выполнены в виде пустотелого шарового шарнира имеющего подвижную и неподвижную части, с каждой из которых соединены соответственно по одной из двух частей тубуса, одна из частей каждого тубуса установлена неподвижно, а другая с возможностью углового отклонения в вертикальной и горизонтальной плоскостях и механизма углового отклонения каждой подвижной части тубуса, внутренний лопаточный венец расположен внутри рабочего колеса и ориентирован таким образом, что направление воздушного потока прошедшего через него параллельно по отношению к направлению потока от внешнего лопаточного венца, внутренний лопаточный венец максимально приближен к внешнему лопаточному венцу, площади обеих частей тубуса, соединенных с пустотелым шаровым шарниром имеют разные сечения, площадь подвижной части тубуса А2 меньше площади неподвижной части тубуса A1.An aircraft with vertical take-off and landing containing an engine with a shaft, a body, a rotor, an impeller, a gearbox, an auxiliary system providing a deviation of the direction of the air flow from the inner blade ring along the radius of the impeller towards the outer blade ring and n-air intakes located on the body Aircraft, the impeller is made with two blades, one of the blades is located in the ring formed by the aircraft body and the outer edge of the impeller, and the other is located under the inner plane of the main rotor, the outer edges of the rotor blades are connected to the shell, and the inner ones are connected to the glass, which is connected to the engine shaft, the rotor blades have an aerodynamic profile and are installed at an angle of 8-10 degrees to the plane of the disk, the rotor blades are installed with a duty cycle between themselves, n-transformers are located evenly under the formed ring, filling it evenly, and the outputs are each of them has a square cross-section equal in area to their inputs and they are installed immovably, n-ducts, the input of each of which is structurally connected to the output of one of the n-transformer converters, and their outputs are combined into four groups, each of which forms a dense stacking matrix enclosed in a tube, four control units, each of the control units is made in the form of an angled pipe and a mechanism for its movement, three of the four outputs of dense packing matrices are spatially separated from each other along the base of the aircraft and are located one in the head of the aircraft, and two others in the rear its parts, the fourth control unit compensates for the angular rotation of the aircraft caused by the operation of the impeller and the rotor, two tubes located in the rear of the aircraft are made of two parts, separated by an elastic insert, both elastic inserts are made in the form of a hollow ball joint having a movable and fixed part, each of which is connected, respectively, one of two parts of the tube, one of the parts of each tube is stationary, and the other with the possibility of angular deflection in the vertical and horizontal planes and the mechanism of angular deflection of each movable part of the tube, the inner blade ring is located inside the impeller and is oriented in such a way that the direction of the air flow passing therethrough parallel to the direction of flow from the outer blade row, the inner vane crown is as close to the outer blade rows, the area of both sides of the tube connected to the hollow ball joint have different cross-sectional area of the movable portion of the tube a 2 is smaller than the area of the fixed part of the tube a 1 ...

Недостатком летательного аппарата, описанного в патенте RU 2713751 С1, является ненадежность и эффективность его работы, что требует внесения изменений и уточнений в составные части предложенной схемы построения ЛА.The disadvantage of the aircraft described in the patent RU 2713751 C1 is the unreliability and efficiency of its operation, which requires changes and clarifications in the components of the proposed aircraft construction scheme.

Эффективность работы ЛА обусловлена количеством воздушной массы канализируемой через ЛА и ее скоростью, с которой эта масса канализируется.The efficiency of an aircraft is determined by the amount of air mass channeled through the aircraft and its speed with which this mass is channeled.

Повышение надежности работы ЛА во многом определяется относительной независимостью воздушных потоков от лопастей несущего винта и воздушного потока формируемого внутренним лопаточным венцом на входе во внешний лопаточный венец, расположенный на периферии рабочего колеса.An increase in the reliability of the aircraft operation is largely determined by the relative independence of the air flows from the rotor blades and the air flow formed by the inner blade ring at the entrance to the outer blade ring located on the periphery of the impeller.

В указанном патенте на входе во внешний лапаточный венец рабочего колеса необходимые воздушная масса частично формируется как от внутреннего лопаточного венца рабочего колеса, так и от лопасти несущего винта. Оба эти потока формируются от конструктивных элементов вращающихся в разные стороны и, следовательно, потоки воздушной массы от них идут в разных направлениях частично гасят друг друга. В результате результирующая скорость на входе в преобразователи-трансформеры фактически будет зависеть, по сути, только от скорости внешнего лопаточного венца и, как следствие этого, существенно снижается кинетическая энергия выходного воздушного потока ЛА, что приводит к снижению надежности его работы.In this patent, at the inlet to the outer flange of the impeller, the required air mass is partially formed both from the inner vane of the impeller and from the rotor blade. Both of these flows are formed from structural elements rotating in different directions and, therefore, the air mass flows from them go in different directions, partially extinguish each other. As a result, the resulting speed at the entrance to the transformer-converters will actually depend, in fact, only on the speed of the outer blade row and, as a consequence, the kinetic energy of the output air flow of the aircraft is significantly reduced, which leads to a decrease in the reliability of its operation.

Другим существенным недостатком работы ЛА является свободной конец вала на котором закреплены несущий винт и рабочее колесо. В результате вращения вала с несущим винтом и рабочим колесом он испытывает колебания и биения. Учитывая, что рабочее колесо, по сути, вращается внутри не подвижно установленных преобразователей-трансформеров имеющих зазор 1÷2 мм колебания вала от вращающейся нагрузки приводят к нарушению надежности работы ЛА. Из двух вращающихся элементов связанных с с вращающимся валом наименее критичным к возможным биениям является несущий винт, поскольку он вращается в свободном пространстве имея большие зазоры Δ с корпусом ЛА и с зазором относительно диафрагмы разделительного устройства h. В связи с чем, для повышения надежности работы ЛА, редуктор должен быть соединен с несущим винтом, а не с рабочим колесом, а конец вала должен быть установлен и закреплен в шарикоподшипнике конструктивно расположенным в малом стакане, который установлен на трех регулируемых растяжках, соединенных с корпусом ЛА под защитной сеткой.Another significant disadvantage of the aircraft operation is the free end of the shaft on which the main rotor and the impeller are fixed. As a result of the rotation of the shaft with the rotor and the impeller, it experiences vibrations and beats. Considering that the impeller, in fact, rotates inside non-movably installed transformer converters with a clearance of 1 ÷ 2 mm, shaft oscillations from a rotating load lead to a violation of the aircraft reliability. Of the two rotating elements associated with a rotating shaft, the least critical to possible beats is the main rotor, since it rotates in free space having large gaps Δ with the aircraft body and with a gap relative to the separation device diaphragm h. In this connection, in order to increase the reliability of the aircraft, the gearbox must be connected to the main rotor, and not to the impeller, and the end of the shaft must be installed and fixed in a ball bearing structurally located in a small glass, which is installed on three adjustable braces connected to the aircraft body under the protective mesh.

В предложенном патенте воздушные потоки, участвующие в работе несущего винта и рабочего колеса полностью независимы друг от друга.In the proposed patent, the air flows involved in the operation of the rotor and the impeller are completely independent of each other.

Для разведения этих потоков разделительное устройство и рабочее колесо со вспомогательной входной системой само формирует и канализирует через себя воздушный поток, который и участвует в получении кинетической энергии воздушной массы, участвующей в перемещении ЛА в пространстве.To separate these flows, the separating device and the impeller with an auxiliary input system itself form and channel an air flow through itself, which is involved in obtaining the kinetic energy of the air mass involved in the movement of the aircraft in space.

Повышение эффективности использования ЛА обусловлено скоростью его перемещения в пространстве, которая достигается увеличением скорости канализируемых пучков воздушной массы на выходе тубусов ЛА, что позволяет существенно увеличить скорость перемещения ЛА в пространстве.An increase in the efficiency of using an aircraft is due to the speed of its movement in space, which is achieved by increasing the speed of the channeled beams of air mass at the exit of the aircraft tubes, which makes it possible to significantly increase the speed of movement of the aircraft in space.

Эта задача решается в предлагаемом аппарате благодаря тому, что с целью повышения надежности и эффективности работы ЛА он снабжен неподвижно установленным разделительным устройством расположенным между несущим винтом и рабочим колесом и малым стаканом внутри которого установлен подшипник соединенный с верхним краем вала двигателя, расположен малый стакана на трех центрируемых растяжках связанных с корпусом ЛА под защитной сеткой, разделительное устройство выполнены из кольцевой диафрагмы, ширина кольца которой больше ширины лопаток несущего винта, цилиндрического кольца, внутренний диаметр которого больше или равен диаметру внешнего лопаточного венца и Кру-тонкостенных перегородок направляющих каналов, равномерно расположенных по окружности, внешний край кольцевой диафрагмы соединен с торцом цилиндрического кольца, а само кольцо соединено с корпусом ЛА и имеет высоту равную длине лопаток внутреннего лопаточного венца, все входы Кру-перегородок направляющих каналов ориентированы вдоль направления воздушных потоков от внутреннего лопаточного венца, соединены они с кольцевой диафрагмой и входные грани перегородок выполнены ножевыми, а выходные грани перегородок установлены под углом γ между самой перегородкой и касательной к внутреннему диаметру цилиндрического кольца по направлению движения рабочего колеса и соединены направляющие перегородки также с внутренний поверхностью цилиндрического кольца, вспомогательная система соединена с внутренней плоскостью кольцевой диафрагмы перед тонкостенными перегородками по направлению движения воздушной массы, а редуктор соединен с несущим винтом.This problem is solved in the proposed device due to the fact that in order to increase the reliability and efficiency of the aircraft, it is equipped with a stationary separating device located between the main rotor and the impeller and a small glass inside which a bearing is installed connected to the upper edge of the engine shaft, a small glass is located on three centered braces connected to the aircraft body under a protective mesh, the separating device is made of an annular diaphragm, the ring width of which is greater than the width of the rotor blades, a cylindrical ring, the inner diameter of which is greater than or equal to the diameter of the outer blade ring and K ru- thin-walled partitions of the guide channels, evenly spaced circumferentially, the outer edge of the annular diaphragm is connected to the end of the cylindrical ring, and the ring itself is connected to the aircraft body and has a height equal to the length of the blades of the inner blade row, all inputs K py - the septa of the guide channels are oriented inward l the direction of air flows from the inner blade row, they are connected to the annular diaphragm and the inlet faces of the partitions are made with knife, and the outlet faces of the partitions are set at an angle γ between the partition itself and the tangent to the inner diameter of the cylindrical ring in the direction of movement of the impeller and the guide partitions are also connected to the inner surface of the cylindrical ring, the auxiliary system is connected to the inner plane of the annular diaphragm in front of the thin-walled partitions in the direction of the air mass movement, and the gearbox is connected to the rotor.

Все выходные грани Кру-перегородок могут быть установлены под углом γ3 по отношению к образующим цилиндрического кольца от его основания, обеспечивая тем самым поворот воздушной массы после их прохождения в сторону внешнего лопаточного венца. Так, например, угол γ3 может быть принят, равным 30°. В этом случае все перегородки имеют скрутку.All the outlet faces of the K py -partitions can be installed at an angle γ 3 with respect to the generatrices of the cylindrical ring from its base, thereby ensuring the rotation of the air mass after their passage towards the outer blade row. So, for example, the angle γ 3 can be taken equal to 30 °. In this case, all partitions are twisted.

На фиг. 1 дан продольный разрез предлагаемого устройства и его возможная компоновка в легковом автомобиле.FIG. 1 shows a longitudinal section of the proposed device and its possible layout in a passenger car.

На фиг. 2 - приведен вид сверху.FIG. 2 is a top view.

На фиг. 3 - приведен вид сбоку блока управления расположенного в головной части летательного аппарата (ЛА).FIG. 3 is a side view of the control unit located at the head of the aircraft.

На фиг. 4 - показано положение углового патрубка по отношению к матрице воздуховодов при перемещении ЛА по курсу.FIG. 4 - shows the position of the corner pipe in relation to the matrix of air ducts when the aircraft moves along the course.

На фиг. 5 показан вид сбоку одного из 2-х блоков управления расположенных в задней части ЛА, где показано положение углового патрубка по отношению к тубусу соединенного с концом воздуховодов уложенных в плотную матрицу. Режим работы ЛА - взлет-посадка.FIG. 5 shows a side view of one of the 2 control units located in the rear of the aircraft, which shows the position of the corner pipe in relation to the tube connected to the end of the air ducts laid in a dense matrix. The aircraft operating mode is takeoff and landing.

На фиг. 6 - показано положение углового патрубка в задней части ЛА при перемещении его по курсу. Вид в горизонтальной плоскости.FIG. 6 - shows the position of the corner pipe in the rear of the aircraft when moving it along the course. Horizontal view.

На фиг. 7 показаны форма и взаимное положение тонкостенных перегородок разделительного устройства расположенного между несущим винтом и рабочим колесом.FIG. 7 shows the shape and relative position of the thin-walled partitions of the separating device located between the rotor and the impeller.

На фиг. 8 показан шариковый стабилизатор пространственного положения рабочего колеса с принудительным движением сепаратора.FIG. 8 shows a ball stabilizer for the spatial position of the impeller with forced movement of the separator.

На фиг. 9 приведен вариант возможного построения шарового пустотелого шарнира, две части которого соединены с двумя частями одного из тубусов, расположенного в задней части ЛА.FIG. 9 shows a variant of a possible construction of a spherical hollow joint, two parts of which are connected to two parts of one of the tubes located in the rear of the aircraft.

На внешнюю поверхность неподвижной части шарового шарнира 39 и на внутреннюю поверхность подвижной его части могут быть нанесены антифрикционные пленки, обладающие низким коэффициентом трения скольжения.On the outer surface of the stationary part of the ball joint 39 and on the inner surface of its movable part, anti-friction films with a low coefficient of sliding friction can be applied.

На фиг. 10 показан один из возможных вариантов редуктора, обеспечивающего вращение несущего винта в обратном направлении относительно рабочего колеса, соединенного с валом.FIG. 10 shows one of the possible options for a gearbox that rotates the rotor in the opposite direction relative to the impeller connected to the shaft.

ЛА содержит: вал 1 рабочего двигателя, защитную сетку 2, установленную на входе ЛА, исключающую попадание на винт посторонних предметов, несущий винт 3, рабочее колесо 4 с двумя лопаточными венцами, вспомогательную систему 5, отклоняющую воздушный поток после внутреннего лопаточного венца 7 по радиусу рабочего колеса в сторону внешнего лопаточного венца 6 рабочего колеса, редуктор 8 соединенной с несущим винтом, воздуховоды 9, преобразователи-трансформеры 10, расположенные по кругу и заполняющие полностью кольцо под внешним лопаточной венцом, блоки управления 11 (1, 2, 3), каждый из которых связан с одним из трех блоков плотных матриц укладки воздуховодов, блок управления 12 компенсацией углового вращения ЛА, тубусы 13 состоящие из двух частей, одна из которых неподвижна установлена, а другая - с возможностью углового отклонения, обечайка 14 несущего винта, воздуховоды 15, 16, 17, 18 объединены в четыре блока плотных матриц, патрубок 19, винт перемещение 20, 24, имеющий винтовую канавку по которой передвигается гайка-каретка 22, 25, двигатель безредукторный моментный 21, 23 редуктор которого соединен с винтом перемещения, а статор закреплен неподвижно, толкатель 26, шаровая опора 27, рамка 28, шаровой шарнир из неподвижной части 33 и подвижной части 39, жалюзи 30 с блоком управления и его механизмом поворота, шариковая опора 31, включающая направляющие для шариков 34, 35, шарики 36, сепаратор 37, базовая поверхность 38 для опоры рабочего колеса, коническая шестеренка 40 соединенная с валом двигателя (ведущая коническая шестерня), коническая шестеренка 41, сателлит конические 42, шарикоподшипники 43, ось сателлитов 44, кольцевая диафрагма 45 разделительного устройства, тонкостенные перегородки направляющих каналов 46, воздухозаборники 47, цилиндрическое кольцо 48, тонкое кольцо 49 понизу соединенное с перегородками каналов, обеспечивающее их жесткость при прохождении воздушного потока.The aircraft contains: the shaft 1 of the working engine, the protective mesh 2 installed at the inlet of the aircraft, excluding the ingress of foreign objects onto the propeller, the main rotor 3, the impeller 4 with two blade rims, the auxiliary system 5, which deflects the air flow after the inner blade ring 7 along the radius impeller towards the outer blade ring 6 of the impeller, reducer 8 connected to the rotor, air ducts 9, transformer converters 10 located in a circle and filling completely the ring under the outer blade ring, control units 11 (1, 2, 3), each of which it is connected to one of three blocks of dense matrices for laying air ducts, a control unit 12 for compensating the angular rotation of the aircraft, tubes 13 consisting of two parts, one of which is stationary, and the other with the possibility of angular deflection, a shell 14 of the main rotor, air ducts 15, 16, 17, 18 are combined into four blocks of dense matrices, a branch pipe 19, a screw movement 20, 24, having a helical groove on which the carriage nut 22, 25 moves, the gearless torque motor 21, 23 whose gearbox is connected to the movement screw, and the stator is fixed stationary, the pusher 26, the ball bearing 27, the frame 28, the ball joint from the stationary part 33 and the movable part 39, louvers 30 with a control unit and its rotation mechanism, ball bearing 31, including guides for balls 34, 35, balls 36, separator 37, base surface 38 for supporting the impeller, bevel gear 40 connected to the motor shaft (drive bevel gear), bevel gear 41, conical satellite 42, ball bearings 43, satellites axis 44, annular diaphragm 45 of the separating device, thin-walled partitions of guide channels 46, air intakes 47, cylindrical ring 48, thin ring 49 connected to the bottom of the partitions of the channels, ensuring their rigidity during the passage of air flow.

Рабочее колесо 4 выполнено с двумя лопаточными венцами 6 и 7 (фиг. 1). Один из двух лопаточных венцов (внешний) расположен в зазоре, образованном краем рабочего колеса и корпусом ЛА. Другой лопаточный венец 7 (внутренний) рабочего колеса расположен внутри частично пустотелого рабочего колеса и ориентирован он таким образом, что отклоняемый им воздушный поток направлен вертикально вверх. Т.е. воздушные потоки от обоих лопаточных венцов идут в противоположных направлениях (параллельно друг другу). Конструкция рабочего колеса и вспомогательной системы 5 (фиг. 1) позволяет отклонить воздушный поток, прошедший через лопаточный венец 7 по горизонтали (по радиусу) в сторону внешнего лопаточного венца. Это способствует как повышению результирующей скорости воздушного потока на входе в преобразователи-трансформеры, так и стабильному заполнению всего кольцевого зазора воздушной массой.The impeller 4 is made with two blade rows 6 and 7 (Fig. 1). One of the two blade rows (outer) is located in the gap formed by the edge of the impeller and the aircraft body. Another vane 7 (inner) of the impeller is located inside the partially hollow impeller and is oriented in such a way that the air flow deflected by it is directed vertically upward. Those. air flows from both blade rows go in opposite directions (parallel to each other). The design of the impeller and the auxiliary system 5 (Fig. 1) allows you to deflect the air flow passing through the blade 7 horizontally (along the radius) towards the outer blade row. This contributes to both an increase in the resulting air flow rate at the inlet to the transformer converters and a stable filling of the entire annular gap with air mass.

Густота решетки (количество лопаток) обоих лопаточных венцов, угол установки профиля лопатки и его конфигурация определяется аэродинамическим расчетом исходя из обеспечения производительности устройства (максимального количества канализируемого воздушного потока) и скорости его на входе в преобразователи-трансформеры. Лопатки выполнены с бесциркуляционным обтеканием. Для расчетов принято значение числа лопаток (густота) в каждом из венцов, равным, например, 80÷100 штук. Во внешнем венце профиль лопатки выбирается из необходимости отклонения воздушного потока, при вращающемся колесе, вниз в сторону преобразователей-трансформеров 9, расположенных под ним. Внешний край этого венца может быть соединен со второй обечайкой. С внешним краем рабочего колеса и низом второй обечайки с его внутренней частью соединена мембрана вдоль всего периметра, формируя входную зону в неподвижно установленные преобразователи-трансформеры. Возможно создание уплотнения между подвижными и неподвижными частями.The density of the cascade (number of blades) of both blade rows, the angle of the blade profile and its configuration are determined by an aerodynamic calculation based on the provision of the device's performance (the maximum amount of canalized air flow) and its speed at the entrance to the transformer-converters. The blades are made with non-circulation flow. For calculations, the value of the number of blades (density) in each of the crowns is taken, equal, for example, 80 ÷ 100 pieces. In the outer rim, the blade profile is selected from the need to deflect the air flow, with the rotating wheel, downward towards the converters-transformers 9 located under it. The outer edge of this rim can be connected to the second rim. A membrane is connected to the outer edge of the impeller and the bottom of the second shell with its inner part along the entire perimeter, forming an inlet zone into the stationary mounted converters-transformers. It is possible to create a seal between moving and stationary parts.

Преобразователь-трансформер 10 и мембраны выполнены из тонкостенной полированной стальной ленты толщиной 0,5÷1 мм (например, по ГОСТ 21997-76).Transformer-transformer 10 and membranes are made of thin-walled polished steel tape 0.5 ÷ 1 mm thick (for example, according to GOST 21997-76).

Плотные матрицы укладки воздуховодов определяют конструктивные параметры рабочего колеса, например, размер каждого из воздуховодов равен 50×50 мм и, следовательно, площадь входа каждого из трансформеров должна также иметь 2500 мм2. Данному условию соответствуют его средний размер, например, 62,5 мм × 40 мм, при этом больший размер трансформера лежит вдоль среднего диаметра внешнего лопаточного венца. Учитывая, что при плотной укладки четырех матриц их общее число равно 57, то при толщине стальных стенок трансформера равным 1 мм, длина окружности среднего диаметра внешнего лопаточного венца составляет

Figure 00000001
а его радиус ~585,4 мм (0,585 м).Dense matrices for laying the air ducts determine the design parameters of the impeller, for example, the size of each of the air ducts is 50 × 50 mm and, therefore, the entrance area of each of the transformers should also have 2500 mm 2 . This condition corresponds to its average size, for example, 62.5 mm × 40 mm, while the larger size of the transformer lies along the average diameter of the outer blade row. Considering that with the dense stacking of four matrices, their total number is 57, then with the thickness of the steel walls of the transformer equal to 1 mm, the circumference of the average diameter of the outer blade row is
Figure 00000001
and its radius is ~ 585.4 mm (0.585 m).

При данном радиусе и максимальной угловой скорости при максимальной частоте вращения f = 25 ГцAt a given radius and maximum angular speed at maximum rotation frequency f = 25 Hz

w = 6,28 рад⋅25 = 157 рад/с,w = 6.28 rad⋅25 = 157 rad / s,

линейная окружная скорость составит:the linear peripheral speed will be:

υок = w⋅r = 91,8 м/с.υ ok = w⋅r = 91.8 m / s.

Оценим скорость воздушной массы на входе в преобразователи-трансформеры. Результирующая скорость υp воздушной массы складывается из двух составляющих: окружной скорости внешнего лопаточного венца и скорости воздушной массы от внутреннего лопаточного венца прошедшей через разделительное устройство.Let us estimate the speed of the air mass at the entrance to the transformer converters. The resulting velocity υ p of the air mass consists of two components: the peripheral speed of the outer blade row and the speed of the air mass from the inner blade row passing through the separating device.

Сложение двух скоростей действующих на один и тот же воздушный поток, направленных под углом друг к другу позволяют получить результирующую скорость перемещения воздушные массы.The addition of two speeds acting on the same air flow, directed at an angle to each other, make it possible to obtain the resulting speed of movement of air masses.

Скорость от внутреннего лопаточного венца (радиальная), при его среднем радиусе, например, равном rвн = 0,45 м при частоте его вращения f = 25 Гц составит υвн = 70,65 м/с. Но данная скорость составляет угол γ с направлением окружной скорости от внешнего лопаточного венца.The speed from the inner blade row (radial), with its average radius, for example, equal to r vn = 0.45 m at a frequency of its rotation f = 25 Hz, will be υ vn = 70.65 m / s. But this speed makes an angle γ with the direction of the peripheral speed from the outer blade row.

Представляет интерес оценить параметры результирующей скорости воздушного потока на входе в преобразователи-трансформеры при двух значениях угла γ:It is of interest to estimate the parameters of the resulting air flow velocity at the inlet to the transformer converters at two values of the angle γ:

cos γ1 = 45° и cos γ2 = 30°.cos γ 1 = 45 ° and cos γ 2 = 30 °.

В первом случае значение угла равно γ1 = 0,707, а во втором - γ2 = 0,866 и, следовательно, радиальная скорость, спроектированная на окружную составит: υγ1 = 49,9 м/с и υγ2 = 61,2 м/с, и, следовательно, результирующая скорость будет соответственно υр1 = 141 м/с и υр2 = 152 м/с.In the first case, the value of the angle is equal to γ 1 = 0.707, and in the second - γ 2 = 0.866 and, therefore, the radial speed projected to the circumferential will be: υ γ1 = 49.9 m / s and υ γ2 = 61.2 m / s , and, therefore, the resulting speed will be, respectively, υ р1 = 141 m / s and υ р2 = 152 m / s.

Каждый из n-преобразователей-трансформеров позволяет преобразовать 1/n часть площади кольца в квадрат, площадь которого равна 1/n площади кольца. Каждый из выходов преобразователей 10 соединен с одним из воздуховодов 9 (фиг. 1). Каждый из воздуховодов входит в одну из четырех плотных матриц укладки. По 16 штук при плотной их укладке (4×4) для трех групп плотных матриц 15, 16, 18 (фиг. 2) и одной из девяти штук при плотной укладке (3×3) 17 (фиг. 2).Each of the n transformers transforms 1 / n of the area of the ring into a square, the area of which is 1 / n of the area of the ring. Each of the outputs of the converters 10 is connected to one of the air ducts 9 (Fig. 1). Each of the ducts fits into one of four dense stacking matrices. 16 pieces with their dense packing (4 × 4) for three groups of dense matrices 15, 16, 18 (Fig. 2) and one of nine pieces with dense packing (3 × 3) 17 (Fig. 2).

Внутренние поверхности воздуховодов 9 должны иметь полированную (зеркальную) поверхность, что способствует снижению потерь скорости воздушной массы при ее прохождению по ним. (Например, шероховатость поверхности применительно к ГОСТ 2789-59 по классу чистоты 13 или 14).The inner surfaces of the air ducts 9 must have a polished (mirror) surface, which helps to reduce the speed loss of the air mass as it passes through them. (For example, the surface roughness in relation to GOST 2789-59 according to the cleanliness class 13 or 14).

С каждой плотной матрицы укладки соединен один из четырех блоков управления 11(1), 11(2), 11(13) и 12. Три из которых 11(1), 11(2), 11(13) пространственно разнесены по основанию ЛА (фиг. 2), а четвертый 12 расположен над блоком управления 11(1) в передней части ЛА.Each dense stacking matrix is connected to one of four control units 11 (1), 11 (2), 11 (13) and 12. Three of which 11 (1), 11 (2), 11 (13) are spatially spaced along the base of the aircraft (Fig. 2), and the fourth 12 is located above the control unit 11 (1) in the front of the aircraft.

Важной частью нормального функционирования ЛА является обеспечение стабильного пространственного положения рабочего колеса, т.к. вращающиеся его части, в частности край лопаточного венца 6 вращается, по сути, внутри неподвижной части преобразователей-трансформеров 10. Края каждого из трансформеров (вдоль внешнего и внутреннего диаметров) выполнены с ушками, за которые они крепятся к неподвижным кольцам. Зазор между подвижными и неподвижными частями может составлять малую величину (~ 1-2 мм).An important part of the normal functioning of the aircraft is to ensure a stable spatial position of the impeller, because its rotating parts, in particular the edge of the blade ring 6, rotates, in fact, inside the stationary part of the transformer-transformers 10. The edges of each of the transformers (along the outer and inner diameters) are made with lugs for which they are attached to the fixed rings. The gap between movable and fixed parts can be small (~ 1-2 mm).

В предложенном ЛА стабильность рабочего колеса достигается использованием шарикового стабилизатора пространственного положения рабочего колеса (фиг. 8). Одна из двух направляющих шарикового стабилизатора 34 соединена с низом рабочего колеса, а другая 35 - с базовым кольцом 38, соединенного с корпусом автомобиля. Базовое кольцо имеет отшлифованную плоскую поверхность, необходимой жесткости, обеспечивая пространственную стабилизацию вращающегося по ней шарикового стабилизатора (34, 35). Шариковый стабилизатор собран из условия обеспечения минимальных биений корпуса рабочего колеса (~ 50 мкм). На фиг. 10 показан один из возможных вариантов построения редуктора, обеспечивающего противоположное направление вращения несущего винта, относительно рабочего колеса, соединенного с валом рабочего двигателя. Редуктор содержит: коническую шестерню 40, соединенную с валом, две конические шестеренки 42 (сателлиты), выходную коническую шестерню, имеющую вращение в обратном направлении относительно вала (передаточное число i = -1) и скрепленный с ним несущий винт 3. На фиг. 10 также показаны: вспомогательная ось 44, на которой установлены сателлиты, и шарикоподшипники 43.In the proposed aircraft, the stability of the impeller is achieved by using a ball stabilizer of the spatial position of the impeller (Fig. 8). One of the two guides of the ball stabilizer 34 is connected to the bottom of the impeller, and the other 35 is connected to the base ring 38 connected to the car body. The base ring has a polished flat surface of the required rigidity, providing spatial stabilization of the ball stabilizer rotating along it (34, 35). The ball stabilizer is assembled to ensure minimum runout of the impeller housing (~ 50 microns). FIG. 10 shows one of the possible options for constructing a gearbox that provides the opposite direction of rotation of the main rotor relative to the impeller connected to the shaft of the working engine. The gearbox contains: a bevel gear 40 connected to the shaft, two bevel gears 42 (satellites), an output bevel gear, which rotates in the opposite direction relative to the shaft (gear ratio i = -1) and a bearing screw 3 attached to it. FIG. 10 also shows: the auxiliary axle 44, on which the satellites are mounted, and the ball bearings 43.

Функционирование ЛА связано с необходимостью его пространственного перемещения в воздушной среде. Это обеспечивается за счет возможности отклонения канализируемых воздушных потоков в задней части ЛА в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (по горизонту α1 и по вертикали β1). Механизм углового перемещения обеспечивает отклонение подвижной части тубуса 13(2) фиг. 9, конструктивно соединенной с подвижной частью пустотелого шарового шарнира 33 фиг. 9 как в горизонтальной плоскости в диапазоне углов, равных α1 = ±25°, так и вертикальной плоскости в тех же углах β1 = ±25°.The functioning of the aircraft is associated with the need for its spatial movement in the air. This is provided due to the possibility of deflecting the canalized air flows in the rear of the aircraft in two mutually perpendicular planes (along the horizon α 1 and along the vertical β 1 ). The angular movement mechanism ensures the deflection of the movable part of the tube 13 (2) of FIG. 9, structurally connected to the movable part of the hollow ball joint 33 of FIG. 9 both in the horizontal plane in the range of angles equal to α 1 = ± 25 °, and in the vertical plane in the same angles β 1 = ± 25 °.

Для реализации углового отклонения в вертикальной плоскости ЛА снабжен корытцем, охватывающем с нижней стороны шаровой шарнир (на чертеже не показан). В плоскости, содержащей центр вращения шарнира, ниже ее в цапфах установлен вал, конструктивно соединенный с корытцем, с возможностью его поворота, а на расстоянии -100 мм от вала вертикально расположен винт. Один конец винта закреплен в шарикоподшипнике, соединенного с корпусом аппарата, а другой в роторе двигателя безредукторного моментного (ДБМ). Статор ДБМ закреплен неподвижно на корпусе ЛА. При вращении винта по нему перемещается гайка (каретка) с которой соединена цапфа. Внутри цапфы расположен вал, имеющий скользящую посадку. Толкатель одним из двух концов установлен в цапфе винта, а другим концом он соединен с шаровой опорой, установленной на корытце. При перемещении гайки (каретки) при вращении винта вместе с ней перемещается толкатель, обеспечивая поворот корытца, а вместе с ней подвижную часть тубуса, обеспечивая тем самым отклонение воздушного пучка прошедшего через него в вертикальной плоскости.To implement the angular deflection in the vertical plane, the aircraft is equipped with a trough that embraces a spherical joint from the lower side (not shown in the drawing). In the plane containing the center of rotation of the hinge, below it in the pins there is a shaft, structurally connected to the trough, with the possibility of its rotation, and a screw is vertically located at a distance of -100 mm from the shaft. One end of the screw is fixed in a ball bearing connected to the body of the apparatus, and the other in the rotor of a gearless torque motor (DBM). The DBM stator is fixed to the aircraft body. When the screw rotates, the nut (carriage) with which the trunnion is connected moves along it. A shaft with a sliding fit is located inside the trunnion. The pusher with one of its two ends is installed in the screw trunnion, and at the other end it is connected to a ball bearing mounted on the trough. When the nut (carriage) moves when the screw rotates, the pusher moves with it, ensuring the rotation of the trough, and with it the movable part of the tube, thereby ensuring the deflection of the air beam passing through it in the vertical plane.

Аналогично работает и механизм углового перемещения подвижного тубуса в горизонтальной плоскости. На подвижной части тубуса установлена рамка, а параллельно тубусу расположен винт 24 (фиг. 6). С одной стороны он закреплен в шарикоподшипнике, а с другой в роторе двигателя (ДБМ). Статор двигателя 23 и шарикоподшипник закреплены на корытце. Вдоль винта при его вращении перемещается гайка (каретка) 25 с которой соединена цапфа, внутри которой расположен вал со скользящей посадкой. К валу присоединен толкатель 26, который другим концом соединен с шаровой опорой 27, установленной на рамке 28. При вращении винта 24 по нему перемещается гайка (каретка) 25, а вместе с ней перемещается толкатель 26, который через шаровую опору 27 отклоняет рамку 28 и связанную с ней подвижную часть тубуса 13(2), в результате чего происходит отклонение воздушного пучка прошедшего через него. В горизонтальной плоскости пучок отклоняется в диапазоне углов α1 = ±25°. Для обеспечения нормального функционирования ЛА в горизонтальной плоскости аппарат может быть укомплектован вторым механизмом угловых перемещений, аналогичным первому, установленным с противоположной стороны рамки и скрепленный с корытцем. Особенностью работы ЛА при одновременном использовании двух механизмов угловых перемещений (одного из двух блоков управления, например, 11(2)) является перемещение гаек (кареток) по соответствующим винтам в противоположных направлениях. Для другого блока управления, установленного в задней части ЛА, например 11(3), используют аналогичный механизм, описанный выше для блока 11(2).The mechanism of angular movement of the movable tube in the horizontal plane works in a similar way. A frame is installed on the movable part of the tube, and a screw 24 is located parallel to the tube (Fig. 6). On the one hand, it is fixed in a ball bearing, and on the other hand, in the motor rotor (DBM). The stator of the motor 23 and the ball bearing are fixed on the trough. A nut (carriage) 25 moves along the screw during its rotation, with which a trunnion is connected, inside which a shaft with a sliding fit is located. A pusher 26 is attached to the shaft, which at its other end is connected to a ball bearing 27 mounted on a frame 28. When the screw 24 rotates, a nut (carriage) 25 moves along it, and a pusher 26 moves along with it, which deflects the frame 28 through the ball bearing 27 and associated with it the movable part of the tube 13 (2), as a result of which there is a deflection of the air beam passing through it. In the horizontal plane, the beam is deflected in the range of angles α 1 = ± 25 °. To ensure the normal functioning of the aircraft in the horizontal plane, the apparatus can be equipped with a second angular movement mechanism, similar to the first, installed on the opposite side of the frame and fastened to the trough. A feature of the aircraft operation with the simultaneous use of two angular displacement mechanisms (one of the two control units, for example, 11 (2)) is the movement of the nuts (carriages) along the corresponding screws in opposite directions. For another control unit installed in the rear of the aircraft, for example 11 (3), a similar mechanism is used as described above for unit 11 (2).

Воздушные потоки от блоков 11(2), 11(3) могут отклоняться независимо друг от друга в обоих плоскостях (в вертикальной и горизонтально), расширяя возможности перемещения транспортного средства в воздушной среде.Air flows from blocks 11 (2), 11 (3) can deviate independently of each other in both planes (vertical and horizontal), expanding the possibilities of movement of the vehicle in the air.

На фиг. 2 с помощью стрелки В показаны направления воздушного потока от блока управления.FIG. 2, arrow B shows the direction of the air flow from the control unit.

Заполняют воздушным потоком весь кольцевой зазор внешнего лопаточного венца. Весь воздушный поток прошедший кольцевой зазор перехватывают с помощью nт-преобразователей-трансформеров расположенных за кольцевым зазором и nв гибких воздуховодов. Вход каждого из воздуховодов соединен с выходом одного из nт-преобразователей-трансформеров. Объединяют все воздуховоды в четыре группы плотных матриц на их выходе (Фиг. 2, позиции 15, 16, 17, 18).The entire annular gap of the outer blade row is filled with an air flow. The entire air flow passing through the annular gap is intercepted by means of n t -transformer-transformers located behind the annular gap and n in flexible air ducts. The inlet of each of the air ducts is connected to the outlet of one of the n t -transformer-transformers. Combine all air ducts into four groups of dense matrices at their outlet (Fig. 2, positions 15, 16, 17, 18).

Пространственно разносят три группы плотных матриц вдоль основания ЛА, располагая одну из групп впереди ЛА, а две другие в его задней части на равных расстояниях от оси вращения винта, формируя три точки опоры ЛА, что делает его устойчивым при взлете - посадке (фиг. 1, фиг. 2). При взлете - посадке ЛА работает как его несущий винт, так и кинетическая энергия воздушной массы, перехваченная рабочим колесом и канализированная с помощью воздуховодов.Three groups of dense matrices are spatially spaced along the base of the aircraft, placing one of the groups in front of the aircraft, and the other two in its rear part at equal distances from the axis of rotation of the rotor, forming three support points of the aircraft, which makes it stable during takeoff and landing (Fig. 1 , fig. 2). During takeoff and landing of the aircraft, both its main rotor and the kinetic energy of the air mass, intercepted by the impeller and channeled through the air ducts, work.

Рациональная разводка воздуховодов по четырем группам плотных матриц требует исключении или уменьшении поворотов воздуховодов под значительными углами с целью уменьшения динамического сопротивления при прохождении по ним воздушной массы. В этой связи целесообразно матрицу управления (3×3) из девяти преобразователей-трансформеров формировать не в задней части ЛА, а в его передней части поз. 12 (фиг. 1). С этой же целью допускается для ряда воздуховодов перед преобразователями-трансформерами вводить на их входе вставки позволяющие располагать трансформеры не вертикально, а горизонтально. Вставки формируют, также как преобразователи-трансформеры и соединяют с ними соответственно.Rational routing of air ducts in four groups of dense matrices requires the elimination or reduction of turns of the air ducts at significant angles in order to reduce the dynamic resistance when the air mass passes through them. In this regard, it is advisable to form a control matrix (3 × 3) of nine transformer converters not in the rear part of the aircraft, but in its front part, pos. 12 (Fig. 1). For the same purpose, it is allowed for a number of air ducts in front of the transformer converters to insert inserts at their inlet that allow the transformers to be positioned horizontally rather than vertically. The inserts are formed, as well as transformer converters, and connected to them, respectively.

Вход во в ставку представляет собой как и у преобразователей-трансформеров 1/nт часть кольца со средним диаметром, равным, например, 62,5 мм и радиальным размером, равным 40 мм, т.е. входная площадь его равна 2500 мм, а выход имеет форму прямоугольника со сторонами 62,5 мм и 40 мм. В этом случае преобразователи-трансформеры соединенные со вставкой должны иметь входное отверстие в форме того же прямоугольника.The entrance to the rate, as in the case of 1 / n- t transformer converters, is a part of a ring with an average diameter equal to, for example, 62.5 mm and a radial dimension equal to 40 mm, i.e. its entrance area is 2500 mm, and the exit has the shape of a rectangle with sides of 62.5 mm and 40 mm. In this case, transformer converters connected to the insert must have an inlet in the form of the same rectangle.

Скорость подъема ЛА и пространственного его перемещения обеспечивается частотой вращения двигателя.The speed of aircraft lifting and its spatial movement is provided by the engine speed.

Перемещение ЛА по курсу обеспечивается за счет кинетической энергии канализируемого воздушного потока с помощью трех блоков управления отклоняющих воздушные потоки вдоль строительной оси ЛА после из прохождения через соответствующие три плотные матрицы воздуховодов. Четвертый блок управления обеспечивает пространственную стабилизация ЛА, т.е. в предложенном устройстве отсутствует хвостовая часть присущая традиционным вертолетам, что делает его компактным.The movement of the aircraft along the course is ensured by the kinetic energy of the canalized air flow using three control units deflecting the air flows along the aircraft's construction axis after passing through the corresponding three dense matrices of air ducts. The fourth control unit provides spatial stabilization of the aircraft, i.e. the proposed device lacks the tail section inherent in traditional helicopters, which makes it compact.

Новые транспортное средство предполагается, что оно будет работать в двух режимах: первый режим работы в качестве летательного аппарата и второй режим работы в качестве легкового автомобиля. В рамках данной заявки рассматриваются только первый режим работы - работа в качестве ЛА.The new vehicle is expected to operate in two modes: the first mode of operation as an aircraft and the second mode of operation as a passenger car. Within the framework of this application, only the first mode of operation is considered - work as an aircraft.

Рассмотрим работу ЛА отдельно для прохождения воздушной массы через рабочее колесо и через несущий винт.Let us consider the operation of the aircraft separately for the passage of the air mass through the impeller and through the main rotor.

Работает устройство следующим образом. В начальном положении, перед взлетом, угловые патрубки блоков управления 11 (1, 2, 3) фиг. 1 устанавливаются в исходное положение обеспечивая отклонения воздушных потоков прошедших через них вниз ЛА, стрелки А на фиг. 1. Скорость подъема ЛА и скорость его пространственного перемещения обеспечивается частотой вращения двигателя. Несущий винт и рабочее колесо работают независимо друг от друга используя собственные входные потоки.The device works as follows. In the initial position, before takeoff, the corner pipes of the control units 11 (1, 2, 3) of FIG. 1 are set to their original position providing deflection of the air flows passing through them down the aircraft, arrows A in FIG. 1. The speed of aircraft lifting and the speed of its spatial movement is provided by the engine speed. The rotor and impeller work independently of each other using their own input flows.

Полное разделение воздушных потоков для рабочего колеса и несущего винта требует обеспечения достаточного объема воздушной массы подаваемого для работы внешнего лопаточного венца. Вход воздушной массы осуществляют через nвоз-воздухозаборники расположенные по разные стороны корпуса ЛА. Воздушная масса пройдя через воздухозаборники по сути используется для охлаждения двигателя обтекая его перед входом во внутренний лопаточный венец.Complete separation of the air flow for the impeller and rotor requires the provision of a sufficient volume of air mass supplied for the operation of the external blade row. Entrance is via the air mass n WHO -vozduhozaborniki located on opposite sides of the body. The air mass passing through the air intakes is essentially used to cool the engine by flowing around it before entering the inner blade ring.

После прохождения воздушной массы через внутренний лопаточный венец рабочего колеса она вспомогательные системой 5 фиг. 1, конструктивно связанную с неподвижно установленной кольцевой диафрагмой отклоняется в направлении внешнего лопаточного венца проходя вдоль тонкостенных перегородок направляющих каналов 46 фиг. 9 изменяющих направление движения воздушной массы на угол γ.After the passage of the air mass through the inner blade ring of the impeller, it is supported by the auxiliary system 5 of FIG. 1, structurally associated with a fixedly mounted annular diaphragm, is deflected in the direction of the outer blade row passing along the thin-walled partitions of the guide channels 46 of FIG. 9 changing the direction of movement of the air mass by the angle γ.

Разделение воздушных потоков для несущего винта и рабочего колеса требует при выборе конструктивных параметров, обеспечить прохождение через них необходимой воздушные массы для полного и постоянного заполнения воздушной массой внешнего лопаточного венца при максимальной скорости вращения рабочего колеса и, как следствие этого, полное заполнение преобразователей-трансформеров воздушной массой.The separation of air flows for the rotor and the impeller requires, when choosing design parameters, to ensure the passage of the necessary air mass through them for complete and constant filling of the external blade row with air mass at the maximum speed of rotation of the impeller and, as a consequence, complete filling of the transformer-transformers with air mass.

При указанных результирующих скоростях объем воздушной массы на входе в преобразователи-трансформеры, после прохождения через внешний лопаточный венец за один оборот рабочего колеса, составит:At the indicated resulting velocities, the volume of the air mass at the inlet to the converters-transformers, after passing through the outer blade row in one revolution of the impeller, will be:

суммарная входная площадь преобразователей-трансформеровtotal input area of transformers

SΣ = S1пр⋅57 = 0,1425 м2 S Σ = S 1pr ⋅57 = 0.1425 m 2

За время равное одному обороту рабочего колеса t1об = 0,04 с (f = 25 Гц) при указанных результирующих скоростяхFor a time equal to one revolution of the impeller t 1ob = 0.04 s (f = 25 Hz) at the indicated resulting speeds

υр1 = 141 м/с и υp2 = 152 м/сυ р1 = 141 m / s and υ p2 = 152 m / s

прохождение воздушной массы - третья координата, необходимого объема составит

Figure 00000002
the passage of the air mass - the third coordinate, the required volume will be
Figure 00000002

для первого случая

Figure 00000003
for the first case
Figure 00000003

для второго случая

Figure 00000004
for the second case
Figure 00000004

а необходимый объем воздушной массы равенand the required volume of air mass is

Figure 00000005
Figure 00000005

для одного оборота рабочего колесаfor one impeller revolution

V1 об = 0,8 м3, V2 1об = 0,866 м3 V 1 rev = 0.8 m 3 , V 2 1 rev = 0.866 m 3

Данный объем для принятых параметров рабочего колеса должен также пропускать как внутренний лопаточный венец, так и суммарные воздухозаборники.For the adopted parameters of the impeller, this volume must also pass both the inner blade row and the total air intakes.

Учитывая, что средний радиус внутреннего лопаточного венца меньше аналогичного среднего радиуса внешнего лопаточного венца, и, следовательно, линейная скорость его меньше, то обеспечить необходимый объем воздушной массы на входе во внешней лопаточный венец возможно только увеличив габариты внутреннего лопаточного венца, т.е. увеличив его площадь Sвн Considering that the average radius of the inner blade ring is less than the same average radius of the outer blade ring, and, therefore, its linear velocity is less, then it is possible to provide the required volume of air mass at the entrance to the outer blade ring only by increasing the dimensions of the inner blade ring, i.e. increasing its area S ex

Sвн = π(R2-r2)S ext = π (R 2 -r 2 )

приняв, например, R = 0,5 м, а r = 0,38 мtaking, for example, R = 0.5 m, and r = 0.38 m

Sвн = 0,33 м2.S ext = 0.33 m 2 .

При окружной скорости внутреннего лопаточного венца время прохождения воздушной массы равно

Figure 00000006
а объем воздушной массы канализируемый внутреннем лопаточной венцом составит V = 0,93 м3. То есть больше необходимого объема воздушной массы.At the peripheral speed of the inner blade row, the time of passage of the air mass is
Figure 00000006
and the volume of the air mass channeled by the inner blade row will be V = 0.93 m 3 . That is, more than the required volume of air mass.

Входная площадь воздухозаборников также должна быть равна или больше площади кольца внутреннего лопаточного венцаThe inlet area of the air intakes must also be equal to or greater than the area of the inner blade ring.

Sвоз ≥ Sвн S air ≥ S int

приняв количество воздухозаборников равным четырем, для одного из них S1 воз ≥ 0,08 м3 при ширине ~0,14 м и высоте равной 0,6 м площадь каждого из них будет Sвоз = 0,084 м2.assuming the number of air intakes equal to four, for one of them S 1 carr ≥ 0.08 m 3 with a width of ~ 0.14 m and a height of 0.6 m, the area of each of them will be S car = 0.084 m 2 .

Т.е. суммарная их площадь Sвоз больше необходимой Sвн = 0,28 м2. Воздухозаборники защищены защитной сеткой и жалюзи.Those. their total area S WHO longer necessary corolla S = 0.28 m 2. The air intakes are protected by a protective mesh and shutters.

Воздушная масса, перехваченная внешним лопаточным венцом 6 рабочего колеса 5, полностью заполняет все пятьдесят семь входов воздуховодов. В начальный период работы ЛА воздушные потоки, канализируемые тремя блоками воздуховодов 15, 16, 18 фиг. 2, с помощью механизмов перемещения 20, 21 обеспечивают отклонение воздушных пучков вниз фиг. 3, фиг. 5 (стрелка А). По мере нарастания скорости вращения несущего винта 4 и рабочего колеса 5 нарастает как подъемная сила винта, так и кинетическая энергия канализируемой воздушной массы, что позволяет поднять ЛА над поверхностью земли. После отрыва ЛА от земли, при определенной скорости несущего винта и рабочего колеса, появляется возможность перевести ЛА в режим перемещения его по курсу, что обеспечивается частичным или полным перемещением угловых патрубков 19 с помощью соответствующих механизмов перемещения 20, 21. Так в носовой части ЛА угловой патрубок совмещается с выходным тубусом фиг. 4, а в задней части ЛА они наоборот выводятся из выходной зоны обоих тубусов 13 соответствующими механизмами фиг. 6. Направление воздушных потоков при этом на указанных фигурах обозначены стрелкой с буквой Б. Пространственное перемещение ЛА достигается с помощью двух воздушных потоков канализируемых в задней части ЛА, имеющих возможность независимых отклонений воздушных пучков, как в горизонтальной, так и вертикальной плоскостях. Изменение скорости подъема-спуска осуществляется путем изменения скорости вращения несущего винта и рабочего колеса.The air mass, intercepted by the outer blade ring 6 of the impeller 5, completely fills all fifty-seven inlets of the air ducts. In the initial period of aircraft operation, the air flows channeled by three air duct blocks 15, 16, 18 of FIG. 2, by means of the movement mechanisms 20, 21, the air beams are deflected downward in FIG. 3, fig. 5 (arrow A). As the speed of rotation of the main rotor 4 and the impeller 5 increases, both the lifting force of the propeller and the kinetic energy of the channeled air mass increase, which makes it possible to lift the aircraft above the earth's surface. After taking off the aircraft from the ground, at a certain speed of the rotor and the impeller, it becomes possible to transfer the aircraft to the mode of moving it along the course, which is ensured by partial or complete movement of the angular pipes 19 using the corresponding movement mechanisms 20, 21. So, in the bow of the aircraft, the angular the branch pipe is aligned with the outlet tube of FIG. 4, and in the rear part of the aircraft, on the contrary, they are removed from the exit zone of both tubes 13 by the corresponding mechanisms of FIG. 6. In this case, the direction of air flows in these figures are indicated by an arrow with the letter B. The spatial movement of the aircraft is achieved using two air flows channeled in the rear of the aircraft, which have the ability to independently deflect the air beams, both in the horizontal and vertical planes. The change in the rate of ascent and descent is carried out by changing the speed of rotation of the main rotor and the impeller.

Вспомогательная система 5 установлена неподвижно и соединение ее с кольцевой диафрагмой позволило существенно облегчить конструкцию рабочего колеса.The auxiliary system 5 is fixedly installed and its connection with the annular diaphragm made it possible to significantly facilitate the design of the impeller.

Необходимость комплексирования летательного аппарата (ЛА) с легковым автомобилем накладывают ограничение при выборе максимального диаметра несущего винта, поскольку он должен вписываться в габариты легкового автомобиля. В этом случае несущий винт будет расположен внутри корпуса автомобиля, что делает его безопасным при эксплуатации. Вписаться в указанные габариты корпуса может несущий винт имеющий максимальный диаметр ~1,25 м. Приняв количество его лопастей kнв равной 4.The need to integrate an aircraft (AC) with a passenger car imposes a restriction on the choice of the maximum diameter of the main rotor, since it must fit into the dimensions of a passenger car. In this case, the main rotor will be located inside the car body, which makes it safe to operate. The main rotor with a maximum diameter of ~ 1.25 m can fit into the indicated dimensions of the body. Taking the number of its blades k HB equal to 4.

Несущий винт 3, образованный из kнв-лопастей, имеющих аэродинамический профиль и установленных под углом 8°÷10° к плоскости кольцевой диафрагмы разделительного устройства. Ширина лопастей, равна ~350 мм.Ball spindle 3, formed of k HB -lopastey having an airfoil and mounted at an angle of 8 ° ÷ 10 ° to the plane of the annular diaphragm separating device. The width of the blades is ~ 350 mm.

Лопасти несущего винта выполнены в виде кольцевых сегментов фиг. 2, заключенных между обечайкой 14 с внешней стороны и стаканом с внутренней. Стакан соединен с редуктором 8 (фиг. 10). Проекции лопастей несущего винта 3 на диафрагму имеют скважность между собой. В частности скважность, показанная на фиг. 2 равна длине лопасти несущего винта. Значение скважности может быть иной по отношению к ширине лопасти несущего винта, обеспечивая его подъемную силу.The rotor blades are made in the form of annular segments of FIG. 2, enclosed between the shell 14 on the outside and the glass on the inside. The glass is connected to the gearbox 8 (Fig. 10). The projections of the rotor blades 3 on the diaphragm have a duty cycle between each other. In particular, the duty cycle shown in FIG. 2 is equal to the length of the main rotor blade. The value of the duty cycle may be different in relation to the width of the rotor blade, providing its lifting force.

Вращение несущего винта над кольцевой диафрагмой разделительного устройства фактический обеспечивает работу ЛА подобно его работе экрана-плана, увеличивая его подъемную силу, а сам несущий винт, фактически, представляет части вращающегося крыла, испытывающие подъемную силу при вращении.The rotation of the main rotor over the annular diaphragm of the separating device actually ensures the operation of the aircraft like its work of the screen-plan, increasing its lift, and the main rotor itself, in fact, represents the parts of the rotating wing experiencing lift during rotation.

Несущий винт вращается внутри корпуса ЛА с зазором по его диаметру Δ, равном например ~25 мм и с зазором относительно кольцевой диафрагмы h, равной ~ 50 мм. Кроме того, в корпусе ЛА по всему периметру напротив диаметра несущего винта установлены окна-щели. Оптимальное количество и ширина окон определяется аэродинамическим расчетом и экспериментальными исследованиями. Возможно круговое формирование окна. Оно также как и сверху ЛА должно быть защищено сеткой. В режиме работы транспортного средства в качестве легкового автомобиля все воздухозаборники должны иметь возможность закрытия.The main rotor rotates inside the aircraft body with a clearance along its diameter Δ, for example, equal to ~ 25 mm and with a clearance relative to the annular diaphragm h equal to ~ 50 mm. In addition, slot windows are installed in the aircraft body along the entire perimeter opposite the rotor diameter. The optimal number and width of windows is determined by aerodynamic calculations and experimental studies. The circular formation of the window is possible. It, like the top of the aircraft, must be protected by a net. When the vehicle is operating as a passenger car, all air intakes must be able to be closed.

Соединение обоих лопаточных венцов, выполненных в виде отдельных элементов, с двумя частями рабочего колеса может быть реализовано с помощью сварки их и соответствующей частью рабочего колеса и укреплено при помощи шпилек (винтов) через лопасти (или соединенные с лопастями).The connection of both blade rows, made in the form of separate elements, with two parts of the impeller can be realized by welding them and the corresponding part of the impeller and reinforced with pins (screws) through the blades (or connected to the blades).

Из гидро - и аэродинамики известно, что законы движения жидкостей справедливы и для газов, если скорость потока оказывается меньше скорости звука, поскольку в этом случае газы можно считать практически несжимаемыми. (Скорость звука в воздухе при температуре 0°С составляет 331,8 м/с).From hydro - and aerodynamics it is known that the laws of motion of liquids are also valid for gases if the flow velocity turns out to be less than the speed of sound, since in this case the gases can be considered practically incompressible. (The speed of sound in air at 0 ° C is 331.8 m / s).

При канализации воздушной массы через воздуховоды, пустотелый шаровой шарнир и тубусы фактически имеет место прохождение воздушной массы через различные сечения трубы. При течении по трубам, через любое сечение трубы за равные промежутки времени t должны протекать одинаковые объемы V, поскольку воздух в нашем случае практически несжимаем. Поэтому через сечение с меньшей площадью воздух (как и жидкость) проходит быстрее.When the air mass is channeled through the air ducts, the hollow ball joint and the tubes, the air mass actually passes through various sections of the pipe. When flowing through pipes, through any section of the pipe for equal intervals of time t, the same volumes V should flow, since air in our case is practically incompressible. Therefore, air (like liquid) passes through a section with a smaller area faster.

Если

Figure 00000007
- площадь сечения 1 (неподвижный тубус),If
Figure 00000007
- cross-sectional area 1 (fixed tube),

Figure 00000008
- площадь сечения 2 (подвижный тубус),
Figure 00000008
- cross-sectional area 2 (movable tube),

ν1 - скорость потока в сечении 1,ν 1 - flow velocity in section 1,

ν2 - скорость потока в сечении 2,ν 2 - flow velocity in section 2,

то уравнение потока (уравнение непрерывности) имеет видthen the flow equation (continuity equation) has the form

Figure 00000009
Figure 00000009

Или, говоря другими словами, чем меньше сечение выходного тубуса, тем выше скорость прохождения по нему воздушной массы.Or, in other words, the smaller the cross-section of the outlet tube, the higher the speed of the air mass passing through it.

Так, например, уменьшим размеры подвижного тубуса, конструктивно связанного с пустотелым шаровым шарниром с 200×200 мм до 140×140 мм мы увеличиваем скорость выходного потока в 2,04 раза.So, for example, we reduce the dimensions of the movable tube, which is structurally connected with the hollow ball joint from 200 × 200 mm to 140 × 140 mm, we increase the output flow rate by 2.04 times.

Оценим потенциальные возможности данного ЛА. Как отмечалось выше, эффективность его работы определяется запасенной кинетической энергией воздушной массы, канализируемой с помощью аппарата. Известно, что кинетическая энергия определяется зависимостьюLet's evaluate the potential capabilities of this aircraft. As noted above, the efficiency of its operation is determined by the stored kinetic energy of the air mass channeled by the apparatus. It is known that the kinetic energy is determined by the dependence

Figure 00000010
Figure 00000010

где υp - суммарная линейная скорость,where υ p is the total linear velocity,

m - масса воздуха, канализируемая в единицу времени.m is the mass of air channeled per unit of time.

Определим обе эти величины.Let's define both of these quantities.

Как отмечалось выше результирующая скорость на входе в преобразователи-трансформеры для принятых значений составляет υр1 = 141 м/с и υp2 = 152 м/с.As noted above, the resulting velocity at the entrance to the transformer-converters for the adopted values is υ р1 = 141 m / s and υ p2 = 152 m / s.

Канализируемая воздушная масса определиться из ее объема прошедшего в единицу времени и нормальной плотности воздуха ρ = 1,29 кг/м3.The canalized air mass is determined from its volume passed per unit of time and the normal air density ρ = 1.29 kg / m 3 .

Объем воздушной массы определяется входной площадью всех 57 элементарных воздушных каналов и скоростью их заполнения в единицу времени. При входной площади каждого из 57 каналов 50×50 м2 их общая площадь составит S = 0,1425 м2.The volume of the air mass is determined by the entrance area of all 57 elementary air channels and their filling rate per unit time. With the entrance area of each of the 57 channels 50 × 50 m 2, their total area will be S = 0.1425 m 2 .

При суммарной скорости νc = 141 м/с за один оборот рабочего колеса (t = 0,04 с) третья координата для определения объема воздушной массы составит St = υct = 5,64 мWith a total speed ν c = 141 m / s for one revolution of the impeller (t = 0.04 s), the third coordinate for determining the volume of the air mass will be S t = υ c t = 5.64 m

Объем канализируемой массы V за один оборот рабочего колеса составит V = 0,8 м3, а общий объем канализируемой массы в единицу времени (f = 25 Гц), равен VΣ = 20 м3, а его масса составит mв = 25,8 кг.The volume of the channeled mass V per one revolution of the impeller will be V = 0.8 m 3 , and the total volume of the channeled mass per unit time (f = 25 Hz) is equal to V Σ = 20 m 3 , and its mass will be m in = 25, 8 kg.

Подставив полученные значения в формулу кинетической энергии, найдемSubstituting the obtained values into the kinetic energy formula, we find

Figure 00000011
Figure 00000011

Данная запасенная энергия позволяет перемещать ЛА с определенной скоростью. Скорость его перемещения определиться из значенияThis stored energy allows the aircraft to move at a certain speed. The speed of its movement is determined from the value

Figure 00000012
Figure 00000012

где m - масса ЛА.where m is the mass of the aircraft.

Приняв массу, равной m1 = 2000 кг и m2 = 1500 кг, определим скорость перемещения ЛА для двух значений его массы.Taking the mass equal to m 1 = 2000 kg and m 2 = 1500 kg, we determine the speed of the aircraft movement for two values of its mass.

В первом случае при m1 скорость перемещения равна υЛА = 16,0 м/с, что составляет υЛА = 57,6 км/ч.In the first case, when m 1, the speed of movement is equal to υ LA = 16.0 m / s, which is υ LA = 57.6 km / h.

Во втором случае при m2 скорость перемещения равна υЛА = 18,49 м/с, что составляет υЛА = 66,6 км/ч.In the second case, when m 2, the speed of movement is equal to υ ЛА = 18.49 m / s, which is υ ЛА = 66.6 km / h.

Увеличение скорости перемещения ЛА в пространстве может быть легко достигнута за счет повышения скорости канализируемых воздушных потоков через подвижные части тубуса.An increase in the speed of movement of the aircraft in space can be easily achieved by increasing the speed of the canalized air flows through the moving parts of the tube.

С учетом уменьшения размера выходной площади подвижного тубуса с коэффициентом уменьшения, равным р = 2,04. Скорости на выходе ЛА составят υp1 = 287,6 м/с и υр2 = 310,08 м/с.Taking into account the reduction in the size of the outlet area of the movable tube with a reduction factor equal to p = 2.04. The speeds at the aircraft exit will be υ p1 = 287.6 m / s and υ p2 = 310.08 m / s.

Повышение выходной скорости на выходе подвижного тубуса в р = 2,04 раза позволяет аналогичным образом увеличить скорость перемещения ЛА. Так при массе ЛА равной m1 = 2000 кг скорость перемещения ЛА может составить составят υp1 = 117,5 км/ч, а для массы ЛА, равной m2 = 1500 кг, она составит vp2 = 135,9 км/ч.An increase in the output speed at the exit of the movable tube by a factor of p = 2.04 makes it possible to increase the speed of the aircraft movement in a similar way. So when the mass of the aircraft is equal to m 1 = 2000 kg, the speed of movement of the aircraft can be υ p1 = 117.5 km / h, and for the mass of the aircraft equal to m 2 = 1500 kg, it will be v p2 = 135.9 km / h.

Представляет интерес оценить предельные скорости перемещения ЛА за счет изменения площади выходного тубуса, помня, что ее изменения ограничены скоростью звука в воздухе (νзв = 331,8 м/с).It is of interest to estimate the limiting speeds of the aircraft movement due to the change in the area of the exit tube, remembering that its changes are limited by the speed of sound in the air (ν sv = 331.8 m / s).

Как показывает оценка, при данной скорости размеры тубуса могут быть уменьшены до размера 130×130 мм, при этом скорость воздушного потока на выходе ЛА увеличивается в 2,37 раза и, соответственно, скорости перемещения ЛА для указанным масс m1 и m2 составят υ1 = 133 км/ч и υ2 = 154 км/ч соответственно. Дальнейшее увеличение скорости ЛА в пространстве может быть получено только путем увеличения канализируемой воздушной массы, а это требует увеличения мощности двигателя (Значение плотности воздуха ρ кг/м3 при расчетах приняты при температуре t = 0 Си давлении р = 101,3 кПа).As the estimate shows, at a given speed, the dimensions of the tube can be reduced to a size of 130 × 130 mm, while the speed of the air flow at the exit of the aircraft increases by 2.37 times and, accordingly, the speed of movement of the aircraft for the indicated masses m 1 and m 2 will be υ 1 = 133 km / h and υ 2 = 154 km / h, respectively. A further increase in the speed of the aircraft in space can be obtained only by increasing the canalized air mass, and this requires an increase in engine power (The value of the air density ρ kg / m 3 in the calculations is taken at a temperature t = 0 Cu and a pressure p = 101.3 kPa).

Для канализации полученной массы воздуха mв = 25,8 кг с указанной скоростью 141 м/с запасенная энергия составила 256494 Дж. При этом она была запасена в течение одной секунды, что эквивалентно указанной мощности в ваттах. Выразив данную мощность в лошадиных силах (1 л.с. = 736 Вт) получим необходимую мощность Р для прокачивания указанной массы воздуха с полученной скоростью P1 = 348 л.с.For sanitation resulting air mass m in kg = 25.8 to said velocity 141 m / s stored energy amounted to 256,494 J. Thus it was laid up for one second, which is equivalent to the specified power in watts. Expressing this power in horsepower (1 HP = 736 W), we obtain the required power P for pumping the specified air mass at the obtained speed P 1 = 348 HP.

Оценим необходимую мощность для выхода ЛА на его максимальную скорость.Let us estimate the power required for the aircraft to reach its maximum speed.

Момент сил, действующий на несущий винт и рабочее колесо и сообщающий ему угловое ускорение ε, равенThe moment of forces acting on the rotor and the impeller and imparting angular acceleration ε to it is equal to

М = J⋅ε,М = J⋅ε,

где J - момент инерции.where J is the moment of inertia.

Несущий винт и рабочее колесо могут быть представлены в качестве дисков (реальное значение может быть получено только после конструктивной проработки). Величина J может быть найдена из зависимостиThe rotor and the impeller can be presented as discs (the real value can be obtained only after structural study). The value of J can be found from the dependence

Figure 00000013
Figure 00000013

где m - масса диска,where m is the mass of the disk,

r - радиус диска.r is the radius of the disc.

Оба вращаемых элемента (несущий винт

Figure 00000014
и рабочее колесо
Figure 00000015
выполнены пустотелыми) максимально облегчены. Приняв массу несущего винта, равным
Figure 00000016
а рабочего колеса
Figure 00000017
при радиусе r = 0,682 м получим значения J1 = 1,7кг⋅м2, и J2 = 5,11 кг⋅м2.Both rotatable elements (main rotor
Figure 00000014
and impeller
Figure 00000015
hollow) are as lightweight as possible. Taking the mass of the main rotor equal to
Figure 00000016
and the impeller
Figure 00000017
with a radius of r = 0.682 m, we obtain the values J 1 = 1.7 kg⋅m 2 , and J 2 = 5.11 kg⋅m 2 .

Приняв угловое ускорение ε = 31,4 рад/с2 (5 оборотов за 1 секунду) момент силы равенTaking the angular acceleration ε = 31.4 rad / s 2 (5 revolutions per 1 second), the moment of force is

М = 6,81⋅31,4 = 213,8 Н⋅мM = 6.81⋅31.4 = 213.8 N⋅m

При этом необходимая мощность в случае вращательного движения равнаIn this case, the required power in the case of rotary motion is

Р = М⋅ω,P = M⋅ω,

Р = 213,8⋅31,4 = 6713,3 Вт или Р = 9,12 л.с.P = 213.8⋅31.4 = 6713.3 W or P = 9.12 hp.

Оценим подъемную силу, создаваемую несущим винтом и скоростью подъема ЛА для выбранной массы m1 = 2000 кг и m2 = 1500 кг. Расстояние h между несущим винтом и рабочим колесом выбирается из условия работы подъемной силы крыла в свободном пространстве.Let us estimate the lift generated by the rotor and the aircraft lifting speed for the selected mass m 1 = 2000 kg and m 2 = 1500 kg. The distance h between the rotor and the impeller is selected from the condition of the wing lift in free space.

Подъемная сила крыла в свободном пространстве может быть оценена из зависимостиThe lift of the wing in free space can be estimated from the dependence

Figure 00000018
Figure 00000018

где R - подъемная сила, ρ - плотность воздуха (1,29 кг/м3), А - площадь крыла, с - аэродинамический коэффициент, υ - линейная скорость.where R is the lift, ρ is the air density (1.29 kg / m 3 ), A is the wing area, c is the aerodynamic coefficient, υ is the linear velocity.

Сумма площадей всех четырех лопастей равна А = 0,47 м2.The sum of the areas of all four blades is equal to A = 0.47 m 2 .

Аэродинамический коэффициент с при угле наклона лопастей рабочего винта α = 8÷10 градусов имеющих аэродинамический профиль, равен с = 1,2÷1,4.The aerodynamic coefficient c at an angle of inclination of the rotor blades α = 8 ÷ 10 degrees having an aerodynamic profile is equal to c = 1.2 ÷ 1.4.

При максимальной скорости вращения несущего винта 25 Гц угловая скорость составляет 157 рад/с, а линейная скорость для среднего радиуса винта r ~ 0,425 м, равна 66,7 м/с. Для принятых значений подъемная сила R = 1888 Н.At a maximum rotor speed of 25 Hz, the angular speed is 157 rad / s, and the linear speed for the average rotor radius r ~ 0.425 m is 66.7 m / s. For the accepted values, the lifting force R = 1888 N.

Из основного уравнения динамики сила, равнаFrom the basic equation of dynamics the force is equal to

R = m⋅а.R = m⋅а.

Для принятых значений m1 и m2 скорость подъема ЛА составит υ1 = 0,94 м/с, υ2 = 1,3 м/с ("с" принята равной 1,4).For the accepted values of m 1 and m 2 , the aircraft ascent speed will be υ 1 = 0.94 m / s, υ 2 = 1.3 m / s ("s" is taken equal to 1.4).

Поскольку несущий винт выполняет второстепенную функцию в перемещении ЛА в пространстве, целесообразно определить ту минимальную скорость вращения несущего винта при которой за счет подъемной силы винта, для выбранной массы, происходит эффект зависания (эффект трогания), а вся канализируемая воздушная масса через ЛА может быть использована для его перемещения в пространстве.Since the main rotor performs a secondary function in the movement of the aircraft in space, it is advisable to determine the minimum rotational speed of the main rotor at which, due to the lifting force of the rotor, for the selected mass, the hovering effect (starting effect) occurs, and all the air mass channeled through the aircraft can be used to move it in space.

В начальный период взлета-посадки ЛА скорость вращения несущего винта минимальна. При скорости вращения винта, равной f = 10 Гц угловая скорость составит ω = 62,8 рад/с, а линейная скорость для среднего радиуса винта υ = 27 м/с.In the initial period of takeoff and landing of the aircraft, the rotational speed of the main rotor is minimal. At a propeller rotation speed equal to f = 10 Hz, the angular velocity will be ω = 62.8 rad / s, and the linear velocity for the average propeller radius υ = 27 m / s.

Для принятых значений подъемная сила равна R ≈ 309 Н.For the accepted values, the lift force is R ≈ 309 N.

Из основного уравнения динамики R = m⋅а.From the basic equation of dynamics R = m⋅а.

Приняв массу ЛА m = 1500 кгTaking the mass of the aircraft m = 1500 kg

а = R/m = 0,2 м/с2.a = R / m = 0.2 m / s 2 .

В начале движения ЛА из состояния покоя его перемещение может быть найдено из зависимости S = a⋅t2/2 и величина перемещения ЛА составит S = 0,1 м (эффект трогания).At the beginning of the movement from rest LA its movement can be found from the relation S = a⋅t 2/2 and the amount of displacement of the aircraft will be S = 0,1 m (breakaway effect).

Для массы ЛА m = 2000 кг минимальная частота вращения несущего винта, при которой происходит эффект зависания, увеличивается. Так при частоте f = 15 Гц ω = 94,2 рад/с, линейная скорость на среднем радиусе r ~ 0,425 м составит 40 м/с, а подъемная сила составит R = 663 Н.For an aircraft mass m = 2000 kg, the minimum rotor speed at which the hovering effect occurs increases. So at a frequency of f = 15 Hz ω = 94.2 rad / s, the linear velocity at an average radius of r ~ 0.425 m will be 40 m / s, and the lifting force will be R = 663 N.

При этом ускорение а = 0,34 рад/с2. Величина линейного перемещения ЛА в секунду составит S = 0,17 м, т.е. при указанной частоте вращения несущего винта и массе ЛА наблюдается эффект зависания и угловые патрубки имеют возможность постепенного пошагового перемещения для трех блоков управления 11(1), 11(2), 11(3) фиг. 2. Они начинают отклонять воздушные потоки вдоль основания ЛА, тем самым переводя его в режим движения. Изменение скорости подъема-спуска осуществляется путем изменения скорости вращения двигателя.In this case, the acceleration is a = 0.34 rad / s 2 . The value of the linear movement of the aircraft per second will be S = 0.17 m, i.e. at the specified rotational speed of the main rotor and the mass of the aircraft, the effect of hovering is observed and the angular pipes have the possibility of gradual step-by-step movement for three control units 11 (1), 11 (2), 11 (3) in Fig. 2. They begin to deflect air currents along the base of the aircraft, thereby transferring it to motion mode. The change in the rate of ascent and descent is carried out by changing the speed of rotation of the engine.

Оценим необходимую мощность рабочего двигателяLet's estimate the required power of the working motor

P = P1+P2,P = P 1 + P 2 ,

где P1 - мощность, обеспечивающая прокачку необходимого воздуха через устройство, Р2 - мощность, необходимая для преодоления сопротивления при вращении винта и лопаточных венцов рабочего колеса.where P 1 is the power for pumping the required air through the device, P 2 is the power required to overcome the resistance during the rotation of the propeller and impeller blades.

P1 = 348 л.с.P 1 = 348 HP

P2 = Рнв1лв2лв,P 2 = R nv + R 1lv + R 2lv ,

где Рнв - мощность, необходимая для преодоления сопротивления несущего винта,where R nv is the power required to overcome the resistance of the main rotor,

Р1лв - мощность, необходимая для преодоления сопротивления внешнего венца рабочего колеса,Р 1лв - power required to overcome the resistance of the outer rim of the impeller,

Р2лв - мощность, необходимая для преодоления сопротивления внутреннего венца рабочего колеса.Р 2лв - power required to overcome the resistance of the inner rim of the impeller.

Мощность необходимая при движении тела против потока равна произведению силы на скоростьThe power required when a body moves against the flow is equal to the product of force and speed

Р2 = F⋅υ,Р 2 = F⋅υ,

где F - сила (гидравлическое сопротивление), υ - относительная скорость движения тела в среде.where F is the force (hydraulic resistance), υ is the relative speed of the body in the medium.

Поскольку сила равна произведению давления на площадь F = Р⋅А, имеемSince the force is equal to the product of pressure and area F = Р⋅А, we have

Figure 00000019
Figure 00000019

где с - безразмерное число (для тела обтекаемой формы - аэродинамическое крыло с = 0,05), А - площадь наибольшего сечения тела в плоскости, перпендикулярной направлению потока.where c is a dimensionless number (for a streamlined body - an aerodynamic wing c = 0.05), A is the area of the largest section of the body in a plane perpendicular to the direction of flow.

Ребро аэродинамического профиля Н = 1,5 см, а его длина L = 22,5 см, количество лопастей kнв = 4. Общая площадь А = 0,0135 м2, υ - скорость среднего радиуса несущего винта -107 м/с.The airfoil rib H = 1.5 cm, and its length L = 22.5 cm, the number of blades k HB = 4. Total area A = 0.0135 m 2 , υ is the speed of the average radius of the main rotor -107 m / s.

ТогдаThen

Figure 00000020
Figure 00000020

с учетом пересчета единиц мощности Р2 ≈ 0,72 л.с.taking into account the conversion of power units Р 2 ≈ 0.72 hp

Оказывают гидравлическое сопротивление и входные ребра обоих лопаточных венцов рабочего колеса. При количестве лопаток в каждом венце, равном 200 штук, имеющих аэродинамический профиль с длиной входной грани ~ 35 мм и шириной каждой входной грани Н = 3 мм мощность необходимая для преодоления сопротивления при движении двух лопаточных венцов против потока определиться из приведенной выше зависимости для несущего винта. Для аэродинамического профиля лопаток с = 0,05, получим, что Р1лв = 1,1 л.с, а Р2лв = 0,72 л.с. Необходимая результирующая мощность двигателя для выбранных параметров с учетом мощности прокачки воздушной массы, равнаThe inlet ribs of both impeller blades also provide hydraulic resistance. With the number of blades in each crown equal to 200 pieces, having an aerodynamic profile with an input facet length of ~ 35 mm and a width of each input facet H = 3 mm, the power required to overcome the resistance when two blade arrays move against the flow is determined from the above dependence for the main rotor ... For the aerodynamic profile of the blades with = 0.05, we obtain that Р 1лв = 1.1 hp, and Р 2лв = 0.72 hp. The required resulting engine power for the selected parameters, taking into account the power of pumping air mass, is equal to

Р = 350 л.с.P = 350 HP

Т.е. необходим двигатель с мощностью Р ≈ 350 л.с.Those. an engine with a power of P ≈ 350 hp is required.

В настоящее время двигатели, обладающие такой мощностью, хорошо известны в автомобильной промышленности. Использование разработанных двигателей в предлагаемом устройстве делает ЛА по цене соизмеримым с обычном автомобилем.Engines of this power are now well known in the automotive industry. The use of the developed engines in the proposed device makes the aircraft at a price commensurate with a conventional car.

Отсутствие в ряде районов страны шоссейных дорог делает решение о создании фактически нового транспортного средства актуальным.The absence of highways in a number of regions of the country makes the decision to create a virtually new vehicle urgent.

Claims (1)

Летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой, содержащий двигатель с валом, корпус, несущий винт, рабочее колесо, редуктор, вспомогательную систему, обеспечивающую отклонение направления воздушного потока от внутреннего лопаточного венца по радиусу рабочего колеса в сторону внешнего лопаточного венца, и n-воздухозаборников, расположенных на корпусе ЛА, рабочее колесо выполнено с двумя лопаточными венцами, один из лопаточных венцов расположен в кольце, сформированном корпусом ЛА и внешним краем рабочего колеса, а другой расположен под внутренней плоскостью несущего винта, внешние края лопастей несущего винта соединены с обечайкой, а внутренние - со стаканом, который соединен с валом двигателя, лопасти несущего винта имеют аэродинамический профиль и установлены под углом 8-10 градусов к плоскости диска, лопасти несущего винта установлены со скважностью между собой, nт - преобразователи-трансформеры, расположенные равномерно под сформированным кольцом, равномерно заполняя его, а выходы каждого из них имеют квадратное сечение, равное по площади их входам, и установлены они неподвижно, nв – воздуховоды, вход каждого из которых конструктивно соединен с выходом одного из nт - преобразователей-трансформеров, а их выходы объединены в четыре группы, каждая из которых образует плотную матрицу укладки, заключенную в тубус, четыре блока управления, каждый из блоков управления выполнен в виде углового патрубка и механизма его перемещения, три из четырех выходов плотных матриц укладки пространственно разнесены между собой по основанию ЛА и расположены один в головной части ЛА, а два других в задней его части, четвертый блок управления компенсирует угловое вращение ЛА, вызванное работой рабочего колеса и несущего винта, два тубуса, расположенные в задней части ЛА, выполнены составными из двух частей, разделенных эластичной вставкой, обе эластичные вставки выполнены в виде пустотелого шарового шарнира, имеющего подвижную и неподвижную части, с каждой из которых соединены соответственно по одной из двух частей тубуса, одна из частей каждого тубуса установлена неподвижно, а другая с возможностью углового отклонения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, и механизма углового отклонения каждой подвижной части тубуса, внутренний лопаточный венец расположен внутри рабочего колеса и ориентирован таким образом, что направление воздушного потока, прошедшего через него, параллельно по отношению к направлению потока от внешнего лопаточного венца, внутренний лопаточный венец максимально приближен к внешнему лопаточному венцу, площади обеих частей тубуса, соединенные с пустотелым шаровым шарниром, имеют разные сечения, площадь подвижной части тубуса А2 меньше площади неподвижной части тубуса А1, отличающийся тем, что с целью повышения надежности работы ЛА он снабжен неподвижно установленным разделительным устройством, расположенным между несущим винтом и рабочим колесом и малым стаканом, внутри которого установлен подшипник, соединенный с верхним краем вала двигателя, расположен малый стакана на трех центрируемых растяжках, связанных с корпусом ЛА, под защитной сеткой, разделительное устройство выполнено из кольцевой диафрагмы, ширина кольца которой больше ширины лопаток несущего винта, цилиндрического кольца, внутренний диаметр которого больше или равен диаметру внешнего лопаточного венца и Кру тонкостенных перегородок направляющих каналов, равномерно расположенных по окружности, внешний край кольцевой диафрагмы соединен с торцом цилиндрического кольца, а само кольцо соединено с корпусом ЛА и имеет высоту, равную длине лопаток внутреннего лопаточного венца, все входы Кру перегородок направляющих каналов ориентированы вдоль направления воздушных потоков от внутреннего лопаточного венца, соединены они с кольцевой диафрагмой и входные грани перегородок выполнены ножевыми, а выходные грани перегородок установлены под углом γ между самой перегородкой и касательной к внутреннему диаметру цилиндрического кольца по направлению движения рабочего колеса и соединены направляющие перегородки также с внутренний поверхностью цилиндрического кольца, вспомогательная система соединена с внутренней плоскостью кольцевой диафрагмы перед тонкостенными перегородками, а редуктор соединен с несущим винтом.An aircraft with vertical take-off and landing, containing an engine with a shaft, a body, a main rotor, an impeller, a gearbox, an auxiliary system that provides a deviation of the direction of the air flow from the inner blade ring along the radius of the impeller towards the outer blade ring, and n-air intakes, located on the aircraft body, the impeller is made with two blade rows, one of the blade rows is located in the ring formed by the aircraft body and the outer edge of the impeller, and the other is located under the inner plane of the main rotor, the outer edges of the rotor blades are connected to the shell, and the inner - with a glass, which is connected to the engine shaft, the rotor blades have an aerodynamic profile and are installed at an angle of 8-10 degrees to the plane of the disk, the rotor blades are installed with a duty cycle between each other, n t are transformer-converters located evenly under the formed ring, filling it evenly, and the outputs of each of them have a square cross-section equal in area to their inputs, and they are fixed stationary, n in - air ducts, the input of each of which is structurally connected to the output of one of n t - transformer converters, and their outputs are combined into four groups, each of which it forms a dense packing matrix, enclosed in a tube, four control units, each of the control units is made in the form of an angular pipe and a mechanism for its movement, three of the four outputs of dense packing matrices are spatially separated from each other along the base of the aircraft and one is located in the head of the aircraft , and the other two in its rear part, the fourth control unit compensates for the angular rotation of the aircraft caused by the operation of the impeller and the rotor, two tubes located in the rear of the aircraft are made of two parts, separated by an elastic insert, both elastic inserts are made in the form hollow ball joint having movable and fixed parts, with each of which are connected respectively, one of the two parts of the tube, one of the parts of each tube is stationary, and the other with the possibility of angular deflection in the vertical and horizontal planes, and the mechanism of angular deflection of each movable part of the tube, the inner blade ring is located inside the impeller and is oriented in such a way that the direction of the air flow passing through it is parallel to the direction of flow from the outer blade row, the inner blade row is as close as possible to the outer blade row, the areas of both parts of the tube connected to the hollow ball joint have different sections, the area of the moving part of the tube is А 2 smaller than the area a fixed part of the tube 1, characterized in that in order to improve the reliability of the aircraft is provided with a fixedly mounted separating device arranged between rotor and impeller, and small cup, inside which a bearing connected to the upper edge of the shaft and of the engine, a small glass is located on three centered braces connected to the aircraft body, under a protective mesh, the separating device is made of an annular diaphragm, the ring width of which is greater than the width of the rotor blades, a cylindrical ring, the inner diameter of which is greater than or equal to the diameter of the outer blade ring and To py of thin-walled partitions of the guide channels, evenly spaced around the circumference, the outer edge of the annular diaphragm is connected to the end of the cylindrical ring, and the ring itself is connected to the aircraft body and has a height equal to the length of the blades of the inner blade row, all inputs K py of the partitions of the guide channels are oriented along the direction air flows from the inner blade row, they are connected to an annular diaphragm and the inlet edges of the partitions are knife-cut, and the outlet edges of the partitions are set at an angle γ between the partition itself and the tangent to the inner diameter of the cylindrical ring in the direction of movement of the working its wheels and guide baffles are also connected to the inner surface of the cylindrical ring, the auxiliary system is connected to the inner plane of the annular diaphragm in front of the thin-walled baffles, and the gearbox is connected to the rotor.
RU2021106716A 2021-03-16 2021-03-16 Aircraft with vertical takeoff and landing (e.n. soloukhina's apparatus) RU2758789C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021106716A RU2758789C1 (en) 2021-03-16 2021-03-16 Aircraft with vertical takeoff and landing (e.n. soloukhina's apparatus)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021106716A RU2758789C1 (en) 2021-03-16 2021-03-16 Aircraft with vertical takeoff and landing (e.n. soloukhina's apparatus)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2758789C1 true RU2758789C1 (en) 2021-11-01

Family

ID=78466874

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021106716A RU2758789C1 (en) 2021-03-16 2021-03-16 Aircraft with vertical takeoff and landing (e.n. soloukhina's apparatus)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2758789C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3454238A (en) * 1967-10-25 1969-07-08 Kenneth W Goodson Lifting-jet-body aircraft configuration
CN1948084A (en) * 2006-05-18 2007-04-18 刘宏茂 Lift force control method of rotating wing fan and vertiautomobile
RU2360802C2 (en) * 2007-04-02 2009-07-10 Вениамин Михайлович Горобцов Transport vehicle automatic flying machine
CN102616095A (en) * 2012-03-26 2012-08-01 史智勇 Vertical lifting aerocar with ring-shaped rotor wings
RU2713751C1 (en) * 2019-01-10 2020-02-07 Николай Дмитриевич Солоухин Aircraft with vertical take-off and landing (soloukhina's device)

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3454238A (en) * 1967-10-25 1969-07-08 Kenneth W Goodson Lifting-jet-body aircraft configuration
CN1948084A (en) * 2006-05-18 2007-04-18 刘宏茂 Lift force control method of rotating wing fan and vertiautomobile
RU2360802C2 (en) * 2007-04-02 2009-07-10 Вениамин Михайлович Горобцов Transport vehicle automatic flying machine
CN102616095A (en) * 2012-03-26 2012-08-01 史智勇 Vertical lifting aerocar with ring-shaped rotor wings
RU2713751C1 (en) * 2019-01-10 2020-02-07 Николай Дмитриевич Солоухин Aircraft with vertical take-off and landing (soloukhina's device)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8181902B2 (en) Aerodynamic lifting device and airborne craft
US10107196B2 (en) Adjustable size inlet system
US3489374A (en) Air-ground vehicle
US4084918A (en) Wind motor rotor having substantially constant pressure and relative velocity for airflow therethrough
US3507461A (en) Rotary wing aircraft
CA2767294C (en) Craft and method for assembling craft with controlled spin
US2955780A (en) Fluid sustained and fluid propelled flying vehicle
US6402088B1 (en) Passenger vehicle employing a circumferentially disposed rotatable thrust assembly
US7556218B2 (en) Aerodynamic lifting device and airborne craft
AU659787B2 (en) Aircraft with a ducted fan in a circular wing
EA014867B1 (en) Airborne vehicle
US7370828B2 (en) Rotary wing aircraft
CN105416572B (en) A kind of ducted fan vector propulsion system
RU2652423C1 (en) Vtol aircraft (e.n. solukhina's craft)
RU2713751C1 (en) Aircraft with vertical take-off and landing (soloukhina's device)
RU2758789C1 (en) Aircraft with vertical takeoff and landing (e.n. soloukhina's apparatus)
US3630470A (en) Vertical takeoff and landing vehicle
CN205738061U (en) A kind of ducted fan vector propulsion system of rotor/wing convertible plane
RU2560172C9 (en) Vtol aircraft (e soloukhina's craft)
US20090016877A1 (en) Thrust vectoring shroud for fluid dynamic device
US6669138B1 (en) Rotary aeronautical lifting cell
US6565038B2 (en) Supersonic propellers for aircrafts
EP3405389B1 (en) System, assemblies and methods for mechanical-thrust power conversion multifans
US3018068A (en) Disc aircraft with multiple radially disposed gas turbine engines
US3365149A (en) Aircraft