Результат интеллектуальной деятельности: АВТОКОНВЕРТОПЛАН

Изобретение относится к многофункциональной транспортной технике и может использоваться в качестве легкового автомобиля или (и) вертолета или самолета.

Известен автоконвертоплан (АКП) Terrafugia TF-X (США), представляющий собой транспортное средство, с вертикальным взлетом и посадкой, трансформируемое в полете в самолет, содержащий корпус автомобильной формы с кабиной, рулевую систему, гиростабилизатор, приводное шасси, парашют, силовую установку, автопилот, подъемно-тяговое устройство, выполненное в виде двух поперечно расположенных на складывающихся крыльях воздушных винтов и одного толкающего воздушного винта (см. www:techcult.ru/auto/3008-terrafugia).

Недостатками данного технического решения являются наличие открытых винтов при взлете и посадке, что представляет опасность для окружающих, невозможность взлета и посадки в транспортном заторе и из узких мест, сложность конструкции и большие габариты.

Известно техническое решение, содержащий корпус автомобильной формы с кабиной, рулевую систему, гиростабилизатор, приводное шасси, парашют, жалюзийные створки, силовую установку, подъемно-тяговое устройство, выполненное в виде двух продольно расположенных винтов, один из которых размещен перед кабиной, а другой за кабиной и двух поперечно расположенных воздушных винтов, связанных посредством индивидуальных редукторов, муфт, главного карданного вала и ременной передачи с силовой установкой, причем редуктор переднего винта связан с главным карданным валом через приводной редуктор передних колес, а в нижней передней части корпуса под винтом расположены воздушные рули (см. пат. РФ №2604750, B60F 5/02).

Недостатками данного технического решения являются низкая эффективность, меньшая дальность полета и грузоподъемность по сравнению с самолетом.

Технической задачей предлагаемого изобретения является исключение выше названных недостатков.

Технический результат достигается тем, что в известном техническом решении, содержащем корпус автомобильной формы с кабиной, рулевую систему, гиростабилизатор, приводное шасси, парашют, жалюзийные створки, силовую установку, автопилот, складывающиеся крылья, подъемно-тяговое устройство, выполненное в виде двух продольно расположенных винтов, один из которых размещен перед кабиной, а другой за кабиной и двух поперечно расположенных воздушных винтов, связанных посредством индивидуальных редукторов, муфт, главного карданного вала и ременной передачи с силовой установкой, причем редуктор переднего винта связан с главным карданным валом через приводной редуктор передних колес, а в нижней передней части корпуса под винтом расположены воздушные рули, жалюзийные створки над передним винтом, выполнены в виде секторов из эластичного растягивающегося материала, поперечные винты размещены в задней части корпуса с возможностью выхода из корпуса с разворотом на 90 градусов посредством механизма вывода и дополнительно оснащенных индивидуальными воздушными рулями, электромагнитными муфтами и редукторами, связанных посредством общего редуктора и телескопического карданного вала с промежуточным редуктором, причем крыло трансформируется из подвижного телескопического элемента, расположенного на крыше корпуса над задним продольным винтом, а участок крыши над поперечными винтами, выполнен в виде подвижного телескопического элемента, трансформирующийся в стабилизатор.

Анализ известных аналогичных решений позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками в заявленном устройстве, то есть о соответствии заявляемого технического решения критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

На фиг. 1а представлен автоконвертоплан в конфигурации «автомобиль» без боковой стенки (условно); фиг. 1б - вид сверху; на фиг. 2а - вид сзади без стенки; на фиг. 2б - фрагмент пульта управления АКП; на фиг. 3 - АКП в конфигурации «вертолет»; на фиг. 4 - он же в конфигурации «самолет» (вид сбоку), на фиг. 5 - он же в конфигурации «самолет» вид сверху.

Автоконвертоплан (см. фиг. 1) содержит корпус 1 автомобильной формы из композитных материалов, кабину 2, силовую установку 3, приводящую во вращение посредством ременной передачи 4, главный карданный вал 5, передающий вращающий момент через редуктор 6 и коробку перемены передач 7, на переднее приводное шасси 8, а также через электромагнитную муфту 9 на редуктор 10, связанный с передним винтом 11, в другом направлении главный карданный вал 5 связан посредством муфты 12 с редуктором 13, связанный с одной стороны посредством электромагнитной муфты 14 с задним продольным винтом 15 с другой стороны с карданным валом 16, связанного с промежуточным редуктором 17, передающего вращающий момент посредством телескопического карданного вала 18 на общий редуктор 19 (см. фиг. 2а), связанного с индивидуальными редукторами 20, 20', передающих вращение посредством электромагнитных муфт 21, 21' на поперечные винты 22, 22', каждый поперечный винт содержит воздушный руль 23, 23', рулевое управление 24, связанное с передними воздушными рулями 25 и задними 23, 23', передние жалюзийные створки 26, выполненные в виде секторов 27 из эластичного растягивающегося материала и перемещающиеся по направляющим 28 посредством гибкой тяги 29 (см. фиг. 5), рычаги 30, обеспечивающие подъем крыши 31 корпуса, выполненной в виде телескопического элемента, трансформирующийся в крыло 32 (см. фиг. 5), рычаги 33, обеспечивающие подъем крыши 34 корпуса над поперечными винтами 22, 22', выполненной в виде телескопического элемента, трансформирующийся в стабилизатор 35, на пульте управления (см. фиг. 2б) содержится переключатель 36 - «конфигурация», имеющий три фиксированных положения - «автомобиль», «вертолет», «самолет», ручка 37 - «мощность», регулирующая мощность силовой установки 3 от «О» до «100» процентов, ручка 38 - «тяга поперечных винтов», осуществляет изменение тяги поперечных винтов 22, (22') от «0» до «100» процентов, посредством управления электромагнитными муфтами 21, 21'. Все электромагнитные муфты связаны с гиростабилизатором, обеспечивающий стабилизацию корпуса АКП в полете.

АКП в конфигурации «автомобиль» эксплуатируется обычным образом. Перед запуском двигателя необходимо все элементы управления установить в исходное положение. Муфта сцепления 12 в положении «выключено», коробка перемены передач 7 в «нейтральном» положении, переключатель 36 в положении «автомобиль», ручка 37 в положении «0», переключатель 38 в положении «0». Осуществляют запуск двигателя, при этом вращающий момент силовой установки 3 через ременную передачу 4 передается на главный карданный вал 5 и далее на приводной редуктор 6, через муфту сцепления на коробку передач 7 и далее на переднее шасси. Коробка перемены передач 7 обеспечивает необходимую скорость перемещения АКП по земле. Для эксплуатации АКП в конфигурации «вертолет» необходимо перевести коробку перемены передач 7 в «нейтральное» положение, муфту сцепления 12 в положение «включено», а переключатель 36 в положение «вертолет». При этом, посредством гибких тяг 29, открываются жалюзи 24, включаются электромагнитные муфты 9, 14, и 21 21', посредством рычагов 30 и 33 поднимаются крыши 31 и 34, занимая положение как показано на фиг. 3. При этом открывается пространство над винтами 15 и 22, 22'. Плавно увеличивают обороты двигателя силовой установки 3 с помощью ручки 37. При этом крутящий момент от силовой установки 3 посредством ременной передачи 4, карданного вала 5, редуктора 6, электромагнитной муфты 9, через редуктор 10 передается на передний винт 11 и через муфту сцепления 12, редуктор 13 на задний продольный винт 15, через карданный вал 16 на редуктор 17, далее через телескопический карданный вал 18 на общий редуктор 19, затем на индивидуальные редукторы 20 20', через электромагнитные муфты 21, 21', на поперечные воздушные винты 22, 22'. При достижении винтами определенных оборотов АКП начинает подъем. Весь воздушный поток, создаваемый винтами, направляется вниз вдоль корпуса и создает подъемную силу (тягу). Суммарную тягу в режиме висения можно вычислить по формуле (1):

где Т_общ - суммарная тяга винтов, кг;

T₁ - тяга переднего винта, кг;

Т₂ - тяга заднего винта, кг;

Т₃ - тяга одного поперечного винта, кг;

Тяга воздушного винта вычисляется по известной формуле (2):

где Т - тяга воздушного винта, кг;

k - коэффициент воздушного винта, 0.13;

p - плотность воздуха, 0.12, кг × с²/м⁴;

n - обороты винта, об/сек;

D - диаметр воздушного винта, м;

Например: диаметр переднего винта равен 1.75 м, обороты 47об/с;

Диаметр заднего винта равен 1.85 м, обороты 45 об/с., диаметр поперечного винта равен 0.9 м, обороты 93 об/с.

Т₁=0.13×0.12х472×1.75⁴=323.0 кг;

Т₂=0.13×0.12х452×1.85⁴=370.0 кг;

Т₃=0.13×0.12х932×0.9⁴=88.5 кг;

Суммарная тяга воздушных винтов составит:

Т_общ=323.0+370.0+2×88.5=870.0 кг.

С учетом эффекта оболочки суммарная тяга будет не менее 1000 кг. Таким образом, подъемная сила в 1000 кг в состоянии обеспечить полет АКП с полезной нагрузкой не менее 300 кг, а в «самолетной» конфигурации и того больше, так как АКП может взлетать и по самолетному.

Продольная стабилизация корпуса АКП осуществляется передним винтом 11, обороты которого зависят от передаваемой мощности силовой установки 3 посредством магнитного взаимодействия ротора и статора электромагнитной муфты 9 под управлением гиростабилизатора, а поперечная стабилизация АКП осуществляется винтами 22, 22' аналогичным образом с участием электромагнитных муфт 21, 21'. Переход в горизонтальный полет осуществляется увеличением тяги винтов 22, 22'. При этом корпус АКП наклоняется по курсу под углом относительно горизонта. В конфигурации «вертолет» горизонтальный полет достигается за счет горизонтальной составляющей вектора полной аэродинамической силы воздушных винтов. Скорость горизонтального полета зависит от величины угла корпуса АКП относительно горизонта. Разворот (поворот) корпуса АКП в воздухе осуществляется с помощью воздушных рулей 25.

Для повышения эффективности горизонтального полета АКП переводят в конфигурацию «самолет» используя для этого телескопические крылья 32, трансформируемые из крыши 31 и телескопический стабилизатор 35, трансформируемый из крыши 34. Для перехода в горизонтальный полет по самолетному переключатель 36 устанавливают в положение «самолет», при этом происходит выдвижение внутренних секций крыла 32 и внутренних секций стабилизатора 35, а так же выход из корпуса поперечных винтов 22, 22' с разворотом на 90 градусов. При горизонтальном полете по самолетному на крыле 32, при определенной скорости движения, возникает подъемная сила, достаточная для удержания АКП, а тягу при этом обеспечивают воздушные винты 22, 22'.

АКП может так же осуществлять взлет в конфигурации «самолет», для чего достаточно установить переключатель 36 в положение «самолет» и для разбега дополнительно к воздушным винтам 22, 22' использовать приводное шасси 8.

Посадка АКП на поверхность может осуществляться как по вертолетному, так и по самолетному. Для посадки АКП по вертолетному, необходимо перевести АКП в горизонтальном полете из конфигурации «самолет» в конфигурацию «вертолет» (если это необходимо) установкой переключателя 36 в положение «вертолет». При этом произойдет возврат секций крыла 32, секций стабилизатора 35 и поперечных винтов 22, 22' в исходное положение. Для осуществления экстренной посадки используются парашюты, размещенные в парашютных отсеках (не показаны).

Автоконвертоплан может эксплуатироваться как универсальное транспортное средство для перемещения, как по суше, так и по воздуху, причем демонстрируя различные качества летательного аппарата. Автоконвертоплан является альтернативным транспортным средством легковому автомобилю в условиях отсутствия дорог, транспортных заторов и средством индивидуальной эвакуации в экстремальных ситуациях.