Настоящее изобретение относится к SMA (SMA - аппарат еамоперемещения) с энерго ффективным приводом и может быть использовано для создания нового вида приводов и новых аппаратов са м о и ерем ещ сил я .

Известно, что выбросная струя г аза ид двига теля горизонтальной тяги (например, серийный авиалайнер Boeing-737-800) выходит из-под крыла самолета. При дтом дакая выходящая под давлением пло тная масса гада создает подъемную (вертикальную) тягу самолету из-за разности давления таза под и над его крыльями.

Известны проекты (htip://ne« s.vpH,by/!t/texno/ \merika»ey~poka aH-samo!etv- bodu ego.html), в ко торых предусмотрен ы создание дополни тельной подъемной (верт икальной) т яги самолету за счет низкою давления вытяжной струи над самолетом, создаваемого двигателем т оризон тальной тяги.

Недост атками таких указанных технических решений являются то, что в приводах SMA не эффективно используется струи текущей среды входящего и выходящего из сондн движителя горизонтальной тяти: (а) противоположного направления боковые поперечные векторы сил создаваемые составляющими струи перед движителем и сзади движителя горизонтальной тяги при входе в переднее сопло и при выходе из заднего сопла движителя текущей среды взаимно компенсируют и не используется для создания вертикальной тяги и создания дополнительной силы горизонтальной тяги.

(Ь) противоположного направления вертикальные поперечные векторы сил создаваемые составляющими струи используется, для создания вертикальной тяги и дополнит ельной силы горизонтальной тяги, только спереди или сзади движители (т акие технические решения можно называть одностороннее системы тяги).

Недостатками указанных технических решений односторонних комбинированных вертикальных векторов т яги также является то, что рассмотрены они только применительно к отдельным видам объектов без рассмотрение общих основ и возможности односторонних комбинированных в ртикальных векторов тяги

Известны Lockheed Martin F-35

Lightning И — истребитель с укороченным взлётом и вертикальной посадкой с измененяемым направлением выходного сопла - задний гибки гофренный трубопровод заднего сопла может направит тягу как но горизонтали, так и по вертикали (для вертикальных взлет а и посадки).

Такие технические решений не вносит энергоэффективности - все противоположного направления поперечные векторы сил создаваемые составляющими ст руи текущей среды взаимно компенсируются. К тому же изменение направлений струи из заднего сопла требует значительных дополнительных затрат энергии.

7 Основной адачей настоящею изобретения являются предложения новой концепции энергоэффективного привода SMA, а также устройства для его осуществления на основе эффективного управления дав/гением и массой струйного течения текучей среды, принудительно созданного приводом. При этом предложенные в данном изобретении варианты устройства охватывает все виды SMA.

Изобретение дополнительно обеспечивает повышение уровня защиты окружающей среды.

Заявляемые новая концепция энергоэффект ивно привода SMA и устройства для его осуществления соот ве ствую критериям изобретения, так как на дату подачи заявки не выявлено аналогичных решений. Предложенные здесь концепции и устройство для его осущест вления имеют ряд существенные отличий от известных способов и устройств, для их осуществления.

Предлаг аемый SMA (SIY1 А - аппарат самонеремещения в одном ш видов: наземный транспорт, надводные, подводные и летательные аппараты, гибридные транспорты и аппараты) включае нейтральную систему отсеков, исполнительные органы и привод, содержащий составляющих: источник энергии, передаточный механизм, и органы управления.

Настоящее изобретение может быт ь осуществлено во многих вариантах, и только некоторые привилегированные варианты конструкции будут описаны посредством примеров в сопровождающих чертежах, представляемых в схематическом виде.

На фиг. 1а-5 показаны варианты выполнения движи елей и ею составляющих для SMA.

На фиг. 6а- 18 показаны примеры выполнения на SMA одноярусных (по высоте SMA включае один ряд движителей сие темы тяги) систем тяг: - на фиг. 6a-7d показаны одноярусные боковые системы тяги на двух плане (12S си с гема гиги);

~ на фиг. 8-14 показаны одноярусные боковые системы тяги на одно плане (11S система тяги);

- на фиг, 15 и 16 показана одноярусная центральна система тяги на одно плане

(1 1C система тяг и);

- на фиг. 17 и 18 показаны одноярусная объединенная система тяги на двух плане (12 система тяги).

На примере выполнения на S A грехи ярусных на фиг. 19-24, 29 и двухъярусных 24-28 (но высоте SMA включает соответственно т и и два ряда движителей) систем тяг _» показаны возможности выполнения многоярусных систем тяг на SMA.

На фиг. 1а-5, показаны варианты выполнения движителей и его составляющих. На фиг. 1а-5 введены систематизированные общие обозначения: движитель системы тяги выполнен одно-, или м н огосекто р и ой (одна из которых является моторной): Еп - сектор входа, Mr - сектор мотора, 1иш - промежуточный сектор, Ех - сектор выхода; VI и V2 - передний и задний клапаны; Р - винт (мотор) движи еля; Р1 и Р2 - два винта одного движителя; От† и Or j - верхний и нижний отверстия канала движителя; Ог1 и Ог2 - переднее и заднее отверстия канала движителя; «Р - угол расположения плоскости винт ов, отсчит анный против часовой стрелки, но отношению оси сектора мотора Mr, ог раниченный в пределах яА»< о <л^2; передний и задний клапаны движителя в петлевом виде прикреплены к осям sjl и sj2, как показаны на фиг. 1, расположенные соответственно, в верхнем углу в стыке между передний и верхний отверстий канала движителя, и в нижнем углу в стыке заднего и нижнего отверстия канала движителя, и выполнены с обеспечением возможности регулируемого поворота, расположения плоскости клапанов, вокруг оси внутри своего сектора соответственно на углы y 1 и i ?2, отсчитанные против часовой стрелки, по отношению горизонтальной плоскости система тяги, и в част ном случае xpi и y2 ограниченны в пределах 0< y 1<да2, 0< y2<n 2 и при их крайних положениях поворот закрывает одну из сопел.

Например, на фиг. 2а и 2Ъ при ? /Л~ 2~0, передний и задний клапаны закрывают, соответственно верхний и нижний сопла, при yI~ гр2~ п/2 передний и задний клапаны закрывают, соот ветственно переднее и заднее сопла.

На фиг. la-3d показаны с регулируемыми направлениями тяги движители. Канал любого движителя може быть выполнен с прямой или кривой осью. На фиг. 1а 1с (на фиг. la, 1Ь с прямой осью) и (на фиг. 1с с прямой осью) показаны 3~х секционный, с клапанными регулят орами направлений тяги мною секционные (грех секционные) движители. На фиг. 2а и 2Ь показаны 4-х секционные, е клапанными и поворотными регуляторами направлений тяги (с двойным выходом), с кривой осью движители.

На фиг. 1 с, 2а и 2Ь предыдущая секция к секции выхода Ех расположена под углом 02 с, отсчит анный против часовой ст релки, по отношению горизонтальной плоскост и система тяги, ограниченный в пределах - (-я^<р2с<я^), т.е. с изгибо верх или вниз при 02с^О; соотношение величины смещения 1т2с уровня секции выхода Ех, гго высоте, относительно, уровня секции входа Ей к величине ее высоты 1П ограниченно в пределах (-10< h2c/hl<l(l).

На фиг . 2а и 2Ь показаны два подвида канала клапанный и осевой поворотный регулируемыми направлениями т яги движителя (с двойным выходом). В гшх моторная секция Mr выполнена с обеспечением возможности осевого поворота на угол г/>М, вокруг заданной его оси. Угол yM ~ между перпендикуляром к плоскости сопла (открытой част и) секции мотора Mr и горизонтальной плоскостью канала движителя, отсчитанный против часовой стрелки от горизонтальной плоскости канала движителя, ограничен в пределах 0< yM<p/2. При его одном крайнем положении поворота он полностью меняет направление потока текущей среды, но отношению другою кра него иол ожен ня.

В принципе, движители, покатанные на фиг. 2а и 2Ь, могут быть выполнены бет клапанов в входной Еп и выходной Ех секциях, так как направление стру текучей среды может бы ь регулирован поворо ом секции мотора Mr вокруг заданной оси.

Движители, покатанные на фиг. е, 2а и 2Ь, могут быть выполнены е прямой осью. При п ом на фиг. 2а и 2Ь нет необходимости в промежуточной секции I пт.

Канально-односекционный - коротко-канальной (длина канала меньшее чем его высот а) или длишнькаиальной (длина канала больше ем его высота) с прямой осью секция мотора r канала движителя, выполненный с обеспечением возможности их поворота но заданный оси, как показанные на фиг. 2а и 2Ь, могут быть использованы в виде кольцевог о движителя, как отдельный узел.

На фиг. 3a-3d показаны петлевой и осевой поворотный движитель. На фит. За с боку показаны диапазоны углов поворотов частей движителя. В общем случае, угол yR между заданной горизонтальной плоскостью 0 ^Si O ^S2 (крыловой «тяговой поверхностью») и плоскостью 0 ^R, 0 ^R2 опорною узла SU винта Р, отсчитанный против часовой стрелки от плоскости 0 ^s * О ⁸² к плоскости O ^m O ^iU ограничен в пределах

~п12< уМ < тг/2.

Угол gR между плоскост ью <9 О ^ш опорного узла SU винт а Р и плоскостью О ^1* вращения винт а Р, отсчитанный против часовой стрелки от плоскости 0 ^RI 0 ^R2 к плоскости O ^ί>i O ^h ограничен в пределах

0< gR < p.

Ь Возможностей регулирования углов yR и gR обеспечиваются через подвижные, соответственно, нет левое Ш и осевое At соединения,

На фиг. ЗЬ, Зе и 3d показаны подвида выполнения опорною узла SA винта Р в петлевой и осевой поворотной движителе. На фиг. ЗЬ, Зе и 3d с переду показаны, соответст венно: винт (без канальной односекционной) с опорным узлом в виде балки SIU ; винт (без канальной односекдионной) с опорным узлом в виде полукольца 1 с поперечной балкой 2; коротко-канальной односекциоииый винт в кольце Rg с соединительна» балкой СВ, и с опорным узлом в виде балки S1J.I.

Движители, показанные на фиг. 3a-3d, могут быть выполнены, в частном случае, только пет левом поворот ном виде. В этом случае на фиг. 3a-3d осевое соединение At буде отсутствовать, опорный узел SU впита Р буде расположен в плоскости параллельной с плоскостью вращения винта. При этом случае, угол yR ограничен в пределах

0< yR < it 12.

Также отме им, что любой канал движитель, в том числе длинио-канальиый- движнтель, может быт выполнен е постоянными направления, и тяги и с прямой или кривой осью как на фиг,4Ь.

На фиг. 1Ь, чтобы нс нагромоздить чертеж, показан канал движителя, выполненный в четырехугольной форме. На практ ике форма поперечного сечения канала движителя буде выбран из ряда: круглое кольцо; вытянутое кольцо (в виде: овальное колыш; кольцо с границей из прямых линии и секторов круга, в частности двух параллельных прямых ог раниченный с двух торцовых сторон двумя полуокружностями). На фиг. 5 показан одни из возможных вариантов выполнения форма поперечного сечения канала движителя ТР с двумя винтами Р 1 и Р2, вытянутой в одном из направлений (в вертикальном или горизонтальном направлений) относительно горизонтальной плоскости системы тяги. Конечно, степень вытянутос и формы поперечного сечения канала движители, в принципе, может быть произвольной, На фиг. 6а-29, которые относятся к одноярусным (фиг. 6а- 1 ) и мног оярусным (фиг. 19-29) системам тяг, для ряда часто встречающихся объектов введены систематизированные общие обозначения: С - центральная система отсеков (содержащий фюзеляж, кабину, грузовой отсек и т.п.); W - крыло; W1 и W2 - расположенные на разных уровнях, соответственно переднее и заднее (заднее крыло выше че переднее) крыла; W11 и W12 - расположенные на одном уровнях два крыла; гонкими линиями со стрелками показаны направлений струй текущей среды; ТР - движитель; в общем случае, имеются три 1-й (нижний) ряд (левая ТР ¹¹ и правая ТР ⁵ ' группы), 2-ой ряд (левая ТР ²¹ , центральная ТР ^2с и правая ТР ^2г группы) и 3-и ряд (левая ТР ³¹ , центральная ТР ^3с и правая ТР ³ ' группы) движителей, которых будем называть, соответственно 1-ым, 2-ым и 3-им ярусами системы движителей; киля горизонтальной стабилизации на нижнем крыле 1.21 и 1.2 г - вниз направленные, соответственно левый и правый, 1.1 С и 1.1 г ~ верх направленные, соответственно левый и правый; киля горизонтальной стабилизации на верхнем крыле 2.21 и 2.2г - вниз направленные, соответственно левый и правый, 2.11 и 2.1г - верх направленные, соответственно левый и правый; ТРИ и ТР12 две части одного движителя, соо ветственно расположенные над и под (одного или двух разных) крыл; В ¹ и В ² ~ продольная ось сим м етр и и объ екта .

На других фигурах, кроме фигуры la, lb, 18, 19, 21, 23, 26 и 28, киля горизонтальной стабилизации не показаны. Можно подразумевать, что они мог т быть прикреплены, направленными вверх, к крыле впереди движителя и/или могут быть прикреплены, направленными вниз _» к крыле сзади канала движителя, чтобы их использовать для дополнительной функции - как одну из составляющих группы боковых «тяговых поверхностей» системы тяги, На фиг. 6a-7d показаны технологии выполнения одноярусных боковой системы тяги на двух плане (12S система тяги), которая включает систему движителей (движитель или группа параллельных движителей), размещенные симметрично но бокам, относительно центральной системы отсеков.

Для J2S систем тяги характерно то, что: заднее крыло W2 выше переднею крыла W 1 ; плоскость переднего и заднего отверстия канала движителя присоединены в перехлест, соответственно с верхней поверхностью задней границы переднего крыла и с нижней поверхностью передней границей заднего крыла, в том числе с учетом дополнительной «присоединительной тяговой части», при ее наличии.

На фиг. 6а и 6Ь сбоку показаны одни SMA при 2-х режимах работы ею прямолинейного движителя, со тве с венно при вертикальной тят е (фиг. 6а) и при переходе ее на ZV-тягу (фиг. 6Ь). Отметим, что в J.2S системах тяги, также и любых одноярусным системах тяги может быть использован, не только с прямой осью, но и любого вида движитель, который обеспечивает ZV-тягу или ZV-тягу и вертикальную тягу.

На фиг. 7a-7il с верху показаны одна из симметричных частей SMA с 12S системой тяги. На фиг. 7а и 71» сист емы тяги показаны без дополнительных «присоединит ельных тяговых частей» крыл для присоединения е каналом движителя. На фиг. 7с и 7d системы тяги показаны е дополнительными «присоединительными тяговыми частями» w l .l и w2.2 крыл для присоединения к движителям. Как видно из этих фигур ТРИ - часть канала движителя над передним крылом W1; ТР12 - часть канала движителя иод задним крылом W2.

На фиг. 8-14 покатаны одноярусные боковые системы тят и на одно плане (11S тяги) выполненные на однокрылый SMA (на среднее плане фит, 8 и на высоко плане фиг. 9) или одноуровневых двух крылах - на одинаковой высоте но горизонтальной плоскости SMA смежные два крыла (фиг. 10).

На фит. 8-10 с верху, на фиг. 11-13 с боку покатаны возможности выполнения 11S т яги на S1V1A. Движители US тяги на любом из SMA, покатанных на фиг. 8-10, выбраны из ряда с примой оси канал движи еля косого расположения, как показано на фиг. 11, или кривой осью с наклоном оси одной части канала движителя, как показано на фиг. 12 и 13. При атом часть канала движителя, включая переднее и заднее отверстий канала движителя, расположены е образованием желоба на крылах, (для перехода от верхней части к нижней части одного крыла или двух одноуровневых крыл): желоба wll и w22 на крылах, спереди и/нли сзади движителя могут быть выполнены постоянной высотой (как показаны на фиг. 12) или убывающей высоты (как показаны на фиг. 13), е удалением от отверстии канала движителя, с расширяющейся ширина, и с удалением от отверстии канала движителя.

Н фиг. 14, с переду, показана одна из двух симметричных частей одноярусной боковой системы тяги на одно плане (11S тяги).

При 12S- и 1 1 S -системах гиги группу «тяговы поверхностей», при режиме ZV- тяги, как видно из фиг. 6а-14, составляют «тяговые поверхности» крыла (верхняя поверхность переднею крыла и нижняя поверхность заднего крыла при 12S, и определенные участ ки верхней и нижней поверхность одног крыла или одноуровневых двух крыл при 11 S), боковые поверхности центрального отсека (отсековая «тяговая поверхность»), и боковые поверхности киля, если имеются такие кили.

На фиг. 15 и 16 показана одноярусная центральная система ZV-тяги на одно плане (11С система ZV-тяги). Также, на основе предыдущих пояснении система тяг, нетрудно представить одноярусную центральную система ZV-тяги на двух плане (12С система ZV-тяги).

Ори 110- и 12С-СНС гемах тяги группу «тяговых поверхностей», при режиме ZV- тяги, составляют «тяговые поверхности» крыла (верхняя поверхност ь переднего крыла и нижняя поверхность заднего крыла при 12С, и определенные участки верхней и нижней поверхность одного крыла или одноуровневых двух крыл при 11 С), верхняя поверхности центрального от еска (отсековая «тяговая поверхность»), и боковые поверхности киля, если имеются такие кили.

На фиг. 17 и 18 покатаны сверху (фиг. 17) и спереди (фиг. 18) один из представителей одноярусных объединенных систем тяг на двух плане (121J система тяги). 1211-систему тяг и и группу «тяг овы поверхностей», при ним, можно рассматривать как совокупность, соответственно 12S-, 12С~ систем тяг и совокупность г пп «тяговых поверхностей» 12S-, 12С- систем тяг. На фиг, 19-24, на примере выполнения на SMA трехъярусной (но высоте SMA включает три ряда движи елей системы т яги) системы тяги, показана возможности выполнения мног оярусных систем т яг на SM A.

На фиг. 19-24 показаны трехъярусные объединенные системы тяг на двух планах (320 системы тяги): (а) на фиг. 19 и 20, соответственно спереди и сбоку, показана при работе система тяги в режиме:

- 1-ой ярус системы движителей работает в режиме - горизонтальной тяги и с зади движителя вертикальной вверх направленной тяги на нижней «тяговой поверхности» нижнего крыла;

- 2-ой ярус системы движителей работает в режиме ZV-тяги;

- 3-ой ярус системы движителей работает в режиме - горизонтальной тяги и с п среди движителя вертикальной вверх направленной тяги на верхней «тяговой поверхности» верхнего крыла;

(Ь) на фиг. 21 и 22, соответственно спереди и сбоку, показана при работе системы гиги в режиме вертикальной вверх тягл е жранным эффектом на «тяговых поверхностях»;

(с) на фиг. 23 и 24, соответственно спереди и сбоку, показана при работе системы т яги в режиме:

- 1-ой ярус системы движителей работает в режиме горизонтальной тяги и с зады скомпенсированные вертикальные тяги на нижней и верхней «тяговых поверхностях» нижнего крыла;

- 2-ой ярус системы движителей рабо тае т в режиме ZV-тяги;

- 3-ой ярус системы движителей работает в режиме горизонтальной тяги и с переду скомпенсированные вертикальные тяги на нижней и верхней «тяговых поверхностях» верхнего крыла;

Огметим т акже, что один или более движители системы тяги могут работать в режиме горизонтальная тяга и спереди или сзади движителя не компенсированной вертикальной тяги на нижней и верхней «тяговых поверхностях» одного крыла. Такой режим можно создать, когда угол yR между плоскостью крыла W и плоскостью опорного узла SU винта Р отличен от нули yR Ф 0.

Чтобы обеспечить работу системы тяги в режиме (с), который включает режим скомпенсированные вертикальные тяги на нижней и верхней «тяговых поверхностях» верхнего крыла, движитель должен быть выполнен петлевым и осевым поворотным.

Если движители выполнены только петлевым поворотным, то система тяги может работать т олько в режимах (а), (Ь) и в пределах между ними, т.е. в пределах

0< yR < тг/2. На основе вышеизложенных и фиг. 19-24, нет рудно догадаться как выполнить:

- трехьярусную, в подвидах центральной 320 системы тяги или боковой 32S

системы тяги, на дву х плане;

- двухъярусную, в подвидах объединенной 221 , нейт ральной 22С или боковой 22S систем тяг , на двух плане;

- двухьярусных, в подвидах объединенной 2Ш, нейтральной 21С или боковой 21S систем тяг, на одно плане.

Для примера, если на фиг. 19-24 убрать центральные г уппы движителей ТР и TP ^2t , то они превращаются на SMA с боковыми 32S системами тяги.

Отметим также, добавив нижний ярус (левая ТР” и правая ТР ^|г группы) движителей любому из двухпланов, например, показанных на фиг. 6a-7d, 17, 18, и одно гглану, например, показанных на фиг. ба-7с1, соответственно получим двухъярусных на двух плане и двухъярусных на одно плане.

Некоторые примеры двухьярусных боковых систем тяг на двух плане (22S системы тяги) показаны на фиг. 25-28: (a) на фиг. 25 и 26, соответственно спереди и сбоку, показаны при работе в режиме вертикальной тяги;

(B) на фиг. 27 и 28, соответственно спереди и сбоку, показаны при работе в режиме горизонтальной гиги (при этом 2-ой ярус системы движителей работает в режиме ZV- тяги).

На фиг. 25-28 при изменений направлений тяги использован петлевой поворотный со шторным узлом движители. На фиг. 27-28 введены обозначений: S.C, S.c и S.r - соответственно левый, центральный и правый шторы перегородки, и которые при их вертикальном положении (на фиг. 25 и 26) огораживает пространство под вторым крылом W2 от влияния смежного с ним движителя (закрывает крыло чтобы не допустить снижение давления под ним), при их горизонтальном положении (на фиг. 27 и 28) служит дополнительной «рабочей поверхностью» крыла в виде продолжения второго крыла W2 и увеличивает давления под ним.

Как отмечено, любой одноярусная или многоярусная система тяги может быть выполнен с постоянным или регулируемым направлениями тяги (по меньше мере, один движитель выполнен регулируемым направлениями тяги).

На фиг. 29 показан пример трехъярусиой боковой системы тяги на двух плане (32S системы тяги), где боковые движители имеют постоянные направлений тяг - движители ТР" и ТР ²¹ могут работать только в режиме вертикальной тяги, движитель ТР ³¹ может работать только в режиме ZV-тяги. При этом верхний уровень поверхностей движителей вертикальных тяг выполнены, соответственно при ее расположении в переде, и сзади движитель ZV-тяги: не выше нижнего переднего уровня отверстия канала движителя ZV-тяги; не ниже верхнего заднего уровня отверстия канала движителя ZV-тяги.

14

ИСПРАВЛЕННЫЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 91 ) ISA/RU Многоярусная тяга, включая ZV-тягу, основаны в использовании, для движения SMA, динамику окружающей его текущей среды, и в сочетании с ней специальных экранных эффектов от «тяговых поверхностей» при воздействии на них струей текущей среды, созданными движителем(ями) передней и/или задней его(их) сторонах.

Многоярусная тяга, включая ZV-тягу, позволяет существенно снизить энергетические затраты при любом режиме перемещения SMA (наземного, подводного, надводного, летательного, включая их гибридов) в любой текущей среде или на к рапине двух разных сред, одна или оба из которых являются текущей.

Они также позволяет существенно повысить безопасность эксплуатаций SMA ^, Например, они позволяют создать S A с любой низкой скоростью «сваливания» (S A теряет устойчивоеть/управляемоеть движения из-за преобладания гравитационного тяготения), включая вертикальный подъем и приземление, что наиболее важно для э к cl i дуэта ци и л етател ь н ых а н п а р з ов.

Многоярусная-, и ZV-тига, основаны в использовании, для движения SMA, динамику окружающей его текущей среды, и в сочетании с ней специальных экранных эффектов от «тяговых поверхностей» при воздействии на них струей текущей среды, созданными движи гелем(ями) передне и/или задней его(их) сторонах.

Многоярусная-, и/иди ZV-тяга, позволяет существенно снизить энергетические затраты при любом режиме перемещения SMA (наземного, подводного, надводного, летательного, включая их гибридов) в любой текущей среде иди на границе дву разных сред, одна или оба из которых являются текущей.

Они также позволяет существенно повысить безопасность эксплуатации SMA. Например, они позволяют создат ь SMA с любой низкой скоростью «сваливания» (SMA теряет стойчивость/управляемость движения m-за преобладаний гравитационного тяготения), включая вертикальный подъем и приземление, что наиболее важно для ксплуатации летательных аппаратов.