Результат интеллектуальной деятельности: Пассажирский экраноплан

Изобретение относится к пассажирским транспортным средствам на динамической воздушной подушке, предназначенным для полетов на малой высоте над поверхностью земли с использованием экранного аффекта.

Известны пассажирские монорельсовые транспортные средства навесного типа, содержащие установленные на отдельной легкой тележке, соединенной с ходовой частью вагона, развернутые статоры линейного асинхронного тягового двигателя, охватывающие с двух сторон по вертикали неподвижный используемый в качестве ротора стальной монорельс, установленный на горизонтальной поверхности, поднятой над землей на опорах эстакады /см., например: Пассажирские монорельсовые дороги / Под ред. А.П. Михлева / М., 1969 [1]; а.с. СССР №195492, кл. В60L 13/00, 1978 [2]; патент Франции №2064773, кл. В65В 13/00, 1970 [3]/.

Недостатком всех известных устройств являются повышенные энергозатраты при использовании для массовой перевозки пассажиров.

Известны также легкие одноместные и четырехместные экранопланы для полетов либо только в экранном режиме низко над поверхностью воды, содержащие водоизмещающий корпус - лодку, центроплан в виде крыжа малого удлинения треугольной формы в плане с Т-образным хвостовым оперением в задней части, двигатель с воздушным винтом, поплавки остойчивости и концевые шайбы с элеронами /см., например: Н.И. Белавин. Экранопланы. Л.: Судостроение, 1977 [4]; патент Германии №1234535, кл. В60V 1/08, 1967 [5]; патент ФРГ №2317998, кл. В64С 35/00 [6]; патент РФ на изобретение №2185979, кл. В60V 1/18 [7]/, либо с возможностью удаления от водной поверхности, выполненные по схеме высокоплана, содержащие буксировочные катер или мотолодку, соединенные тросом с гидропланером, в кабине пилота которого расположены органы управления аэродинамическими рулями и замок отцепки троса катера /см. журнал "Моделист-конструктор", №3, 1969, стр. 15-16 [8]/.

Недостатками всех известных устройств являются ограниченные возможности их использования только для спортивных или туристических щелей при полетах над поверхностью воды с невозможностью применения для экономических пассажирских перевозок по заданным маршрутами, том числе и над поверхностью земли, значительная полетная масса за счет подъема в воздух двигателя с винтом, сложность самого механизма и процесса управления пилотом в кабине аэродинамическими вертикальными и горизонтальными рулями, высокие энергозатраты.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является легкий экраноплан, содержащий водоизмещающий корпус с кабиной пилота и пассажира, крыло малого удлинения с большой корневой хордой и эллипсовидной задней кромкой, снабженное поплавками по бокам и хвостовым оперением в виде двух килей с рулями направления и стабилизатора с рулем высоты, управляемыми из кабины пилота, а также автономную буксировочную мотоустановку, несущую двигатель экраноплана, имеющий дистанционное управление из кабины пилота, при этом корпусы экраноплана и мотоустановки соединены между собой с помощью горизонтальных осевых шарниров и телескопических амортизаторов двумя параллельными бортовыми буксировочными штангами с расположенной вдоль них системой дистанционного управления двигателем и входящими в контакт с концевыми выключателями на корпусе экраноплана /см. патент РФ на изобретение №2299822, кл. В60V 1/08, 2006 [9]/, и принятый за прототип.

Недостатками устройства-прототипа, позволяющего уменьшить полетную массу за счет установки двигателя экраноплана в автономную буксировочную мотоустановку, являются ограниченные возможности использования только спортивными или туристическими целями с невозможностью применения для экономических пассажирских перевозок по разнообразным маршрутам, а также предельная сложность механизма и самого процесса ручного управления пилотом из кабины педалями курсового угла, штурвалом элеронов и рулем высоты экраноплана при одновременном дистанционном управлении режимами двигателя мотоустановки и значительные энергозатраты.

Сущность изобретения заключается в создании универсального пассажирского транспортного средства, сохраняющего все достоинства пассажирской монорельсовой железной дороги [1] и легкого экраноплана [9] и одновременно свободного от недостатков, присущих данным конструкциям. При этом использование; в устройстве [1] в сочетании с ведущей тележкой с тяговым двигателем вместо вагонов для перевозки пассажиров экраноплана позволяет, сохраняя возможность массового скоростного перемещения пассажиров по любым регулярным маршрутам над любой поверхностью, резко повысить экономичность перевозок, сократить энергозатраты за счет исключения сил трения при электромагнитном взаимодействии при воздействии бегущего магнитного поля нагруженных вагонов с монорельсом и появлении подъемной силы динамической воздушной подушки, действующей на экраноплан в экранном режиме полета. С другой стороны, замена в устройстве [9] буксировочной мотоустановки легкой тележкой, подвешенной на монорельсе, сохраняя вышеуказанные достоинства экранного эффекта, обеспечивает возможность использования устройства для пассажирских перевозок по любым маршрутам при полностью автоматизированном дистанционном управлении с диспетчерских пультов в упрощенных экономичных режимах движения с минимальным энергопотреблением и нагрузками на обслуживающий персонал.

Технический результат - расширение возможностей использования вплоть до массовых пассажирских перевозок, упрощение и полная автоматизация процесса управления, повышение экономичности и снижение энергозатрат.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном пассажирском экраноплане, состоящем из корпуса с кабиной, крыла малого удлинения с большой корневой хордой и эллипсовидной задней кромкой, снабженного хвостовым вертикальным двухкилевым оперением с установленным на килях стабилизатором с шарнирно закрепленным рулем высоты, а также из автономной буксировочной мотоустановки, несущей двигатель экраноплана и соединенной с последним с помощью горизонтальных осевых цилиндрических шарниров и телескопических амортизаторов двумя параллельными боковыми буксировочными штангами, особенность заключается в том, что в кабине размещены сиденья для 15-20 пассажиров и силовой электромагнит для управления рулем высоты, крыло снабжено установленными по бокам двумя авиационными шасси, автономная буксировочная установка выполнена в виде легкой тележки с линейным асинхронным тяговым двигателем, размещенной по навесному типу с возможностью относительного перемещения на установленной на горизонтальной поверхности эстакады, поднятой опорами над землей, монорельсе, накрытом вместе с экранопланом и тележкой, и также закрепленным на указанной поверхности протяженным кожухом куполообразного поперечного сечения с высотой, достаточной для реализации экранопланом максимально эффективного экранного режима полета, цилиндрические шарниры подвижного крепления буксировочных штанг к корпусам экраноплана и тележки снабжены электромагнитными сцепными муфтами, обеспечивающими жесткую относительную фиксацию экраноплана и тележки в заданных режимах движения, при этом электромагнит управления рулями высоты через систему проводки, установленную вдоль штанг, и сцепные муфты электрически подключены к источнику питания статора тягового двигателя на тележке и снабжены бесконтактными датчиками переключения режимов движения, дистанционно связанными с блоками управления, установленными на пультах технического обеспечения монорельсовой дороги вдоль всей зоны ее прохождения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично изображено предлагаемое транспортное средство: на фиг. 1 - на виде сбоку / при взгляде перпендикулярно направлению движения; на фиг. 2 - на виде сверху; на фиг. 3 - на разрезе по А-А на фиг. 1.

Предлагаемый пассажирский экраноплан состоит из корпуса 1 с кабиной 2, в которой помещены сиденья 3 для размещения 15-20 пассажиров и установленный на полу в задней части кабины 2 электромагнит 4 управления рулем высоты 5. На корпусе 1 закреплено крыло 6 малого удлинения с большой корневой хордой и эллипсовидной задней кромкой 7. Такая конфигурация крыла 6 характерна для использования экранного эффекта в полете, то есть экранного режима полета на динамической воздушной подушке, осуществляемого /см. [9]/ на высоте порядка 1,5-2 м над опорной поверхностью /в данном случае - над горизонтальной поверхностью железобетонной эстакады 8, поднятой над землей 9 с помощью также железобетонных опор 10, разделенных пролетами/. Вышеуказанный экранный /крейсерский/ режим полета происходит со скоростью порядка 120 км/ч /см. [9], [4]/, и характеризуется максимальной экономичностью с минимальным расходом топлива и с использованием 0,4-0,5 мощности двигателя от максимальной. Крыло 6 снабжено двумя установленными по бокам на его нижней поверхности авиационными шасси 11, находящимися в выпущенном состоянии и имеющими воздухообтекаемую форму крепящих элементов. В задней хвостовой части крыла 6 на его горизонтальных силовых элементах установлено вертикальное оперение экраноплана, состоящее из двух вертикальных килей 12 с установленным сверху на них стабилизатором 13, на котором шарнирно закреплен руль высоты 5. По сравнению с устройством-прототипом [9] предлагаемый экраноплан свободен от рулей поворота /направления/, водного руля и установленных на крыле 6 концевых шайб с элеронами, а также, соответственно, от располагаемых в кабине 2 педалей путевого управления и штурвала управления элеронами и рулем высоты 5 вместе со связывающими их тросами и тягами. То есть в предлагаемом устройстве необходим только подъем экраноплана с взлетной поверхности на экранный режим высоты и снижение с данной высоты обратно на поверхность. При этом экраноплан снабжен автономной буксировочной мотоустановкой, несущей его двигатель, которая в предлагаемом устройстве выполнена в виде легкой тележки 14, применяемой в монорельсовых электроподвижных транспортных средствах /см., например, [1], [2]/, соединяемой с ходовой частью вагонов для перевозки пассажиров. Корпус 15 данной тележки 14 несет развернутый статор 16 линейного асинхронного тягового двигателя, расположенного по навесному типу конструирования таких транспортных средств /см. [1]/, и охватывающий по обе стороны по вертикали используемый в качестве ротора стальной направляющий монорельс 17, создающий бегущее электромагнитное поле и обеспечивающий возможность линейного перемещения тележки 14 относительно монорельса 17. При этом монорельс 17 с помощью вертикальных несущих стоек 18 установлен на горизонтальной поверхности эстакады 8, поднятой над землей 9 железобетонными опорами 10. Тележка 14 устойчиво навешена на монорельс 17 с предотвращением возможности опрокидывания тележки 14 и ее боковых смещений за счет двух вертикальных ходовых колес 19, связывающих тележку 14 спереди и сзади с верхней рабочей поверхностью монорельса 17, а также двух пар горизонтальных направляющих колес 20 с обеих сторон тележки 14, контактирующих с боками монорельса 17 по его верхнему уровнями таких же двух пар колес 21 - по нижнему уровню монорельса 17. Сверху все транспортное средство, то есть экраноплан вместе с ведущей тележкой 14, накрыты протяженным вдоль всей эстакады 8 с монорельсом 17 кожухом 22 куполообразного поперечного сечения, выполненного путем пластического изгиба из прочного прозрачного негорючего пластика и закрепленного торцами по бокам эстакады 8. Кожух 22 защищает рабочую поверхность эстакады 8 с монорельсом 17 от осадков, возможных посторонних предметов, а также препятствует воздействию на экраноплан ветровых нагрузок. Высота кожуха 22 выполнена достаточной для реализации экранопланом максимально эффективного экранного режима полета, причем должен быть предусмотрен еще запас по высоте для обеспечения безопасности в особых ситуациях. Тележка 14 соединена с корпусом 1 экраноплана двумя параллельными боковыми буксировочными штангами 23. Последние подвижно прикреплены к бортам корпуса 1 экраноплана в передней его части горизонтальными осевыми цилиндрическими шарнирами 24, такими же шарнирами 25 штанги 23 прикреплены по бортам корпуса 15 тележки 14. Конструкция буксировочных штанг 23, состоящих из телескопически соединенных между собой с помощью пружинного амортизатора труб, а также цилиндрических шарниров 24, 25 в предлагаемом устройстве полностью повторяет собой данные конструкции в устройстве-прототипе [19], поэтому они подробно здесь не рассматриваются. Однако в предлагаемой конструкции дополнительно на оси всех шарниров 24, 25 в зонах между корпусами экраноплана 1 или тележки 15 и примыкающим к ним боковым поверхностям буксировочных штанг 23 надеты электромагнитные сцепные муфты /конструкции последних стандартны и на чертежах не показаны/, каждая из которых состоит из двух полумуфт. При этом в каждой из муфт корпус одной из полумуфт жестко прикреплен к оси соответствующего шарнира 24, 25, а корпус другой полумуфты - к примыкающей к ней поверхности соответствующей буксировочной штанги 23. Муфты обеспечивают жесткую относительную фиксацию корпуса 1 экраноплана и тележки 14 в заданных указанных ниже режимах движения. При этом установленный в кабине 2 экраноплана электромагнит 4 управления рулем 5 высоты через специальную систему проводки, протянутую вдоль штанг 23, а также указанные выше электромагнитные сцепные муфты электрически подключены к источнику питания статора 16 тягового двигателя на тележке 14 и снабжены бесконтактными датчиками переключения режимов движения, дистанционно связанными с блоками управления, установленными на пультах технического обеспечения монорельсовой дороги вдоль всей зоны ее прохождения.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

В состоянии покоя экраноплан стоит на гладкой поверхности эстакады 8, при этом монорельс 17 расположен между двух шасси 11, электромагнитные сцепные муфты зажаты, за счет чего корпусы тележки 14 и экраноплана 1 жестко соединены буксировочными штангами 23 друг с другом. При поступлении сигнала с блока управления на начало движения начинается разгон тележки 14 вместе с экранопланом по горизонтальной поверхности эстакады 8. Жесткое соединение тележки 14 с экранопланом при разгоне обеспечивает предельно возможное снижение как вертикальных толчков со стороны поверхности эстакады 8 на экраноплан с пассажирами, так и горизонтальных воздействий от переменных ускоряющих перегрузок. При достижении экранопланом взлетной скорости блок управления дистанционно с помощью соответствующих бесконтактных датчиков разблокирует вышеуказанные электромагнитные муфты, буксировочные штанги 23 в шарнирах 24, 25 освобождаются и экраноплан получает поворотную подвижность относительно тележки 14. Одновременно с этим сигнал с датчика поступает на силовой электромагнит 4 в кабине 2, обеспечивающий необходимый поворот руля высоты 5 экраноплана в положение, обеспечивающее его плавный подъем с достижением вышеуказанной высоты, оптимальной для реализации экранопланом экранного режима полета. При этом блок управления дистанционно зажимает вышеуказанные муфты сцепления в шарнирах 24, 25 буксировочных штанг 23, после чего процесс полета экраноплана происходит при жестком соединении его с тележкой 14 в экранном крейсерском режиме с минимальным расходом энергии. При необходимости остановки процесс управления автоматически происходит в обратном режиме. В начальный период торможения тележки 14 и действии высоких тормозящих перегрузок экраноплан жестко соединен с тележкой 14 и уменьшает скорость полета вместе с ней. На конечном этапе торможения при снижении тормозных перегрузок электромагнитные муфты и, соответственно, штанги 23 опять освобождаются, руль высоты 5 поворачивется силовым электромагнитом 4 в положение потери высоты и экраноплан плавно опускается на поверхность эстакады 8 с обеспечением ее контакта с шасси 11. Фиксация экраноплана 1 относительно тележки 14 в процессе торможения последней особенно важно, так как позволяет исключить опережение экранопланом тележки 14 под действием инерционных сил нагруженного экраноплана. Опрокидывающий же момент, действующий на тележку 14 со стороны экраноплана, при их жесткой связке компенсируется, как было указано выше, силами взаимодействия с монорельсом 17 направляющих боковых колес 20 и 21 тележки 14, расположенных на двух ее вертикальных уровнях. При необходимости аварийных торможений с большими инерционными перегрузками экраноплана 1 и, соответственно, значительными опрокидывающими моментами, действующими на тележку 14, в монорельсовых дорогах /см. [1], [2]/ предусмотрена возможность экстренного включения специальных гидравлических систем, резко увеличивающих степень прижатия боковых колес 20, 21 тележки 14 к монорельсу 17.

Предлагаемое транспортное средство имеет расширенные возможности использования вплоть до массовых перевозок пассажиров практически по любым маршрутам, не уступая в этом плане монорельсовому транспорту, поднятому над землей на эстакады [1]. При этом по сравнению с последним предлагаемое устройство обеспечивает огромный выигрыш в экономичности и снижении энергозатрат. Если, например, максимальная мощность линейного асинхронного тягового двигателя в ходовой части электроподвижного состава монорельсовой дороги имеет порядок 160 кВт /см. [1]/, то в предлагаемом устройстве при перевозке такого же количества пассажиров мощность двигателя может быть уменьшена как минимум в три раза. Это объясняется тем, что затраты мощности в известных конструкциях [1] идут в основном на преодоление сил трения и электромагнитного сцепления между колесами нагруженных вагонов при значительных нормальных давлениях и монорельсом. В предлагаемом устройстве эти силы, за исключением легкой тележки, которая в экранном режиме полета экраноплана практически не нагружена нормальными силами, заменены гораздо меньшей динамической подъемной силой, то есть динамической воздушной подушкой, действующей в экранном режиме полета с минимальной горизонтальной составляющей. Кроме того, предлагаемое устройство, как и монорельсовые дороги, обеспечивает полную автоматизацию и дистанционность процесса управления практически без участия человека. Таким образом, как уже было указано выше, предлагаемое устройство сохраняет все достоинства монорельсового транспорта, резко повышает при этом его экономичность и снижает энергозатраты. Одновременно с этим устройство полностью и качественно изменяет весь характер управления экранопланом, что обеспечивает возможность их экономического использования для массовых пассажирских перевозок.