RU2532009C1

RU2532009C1 - Aircraft

Info

Publication number: RU2532009C1
Application number: RU2013139467/11A
Authority: RU
Inventors: Андрей Федорович Авраменко
Original assignee: Андрей Федорович Авраменко
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2014-10-27
Also published as: WO2015030630A1

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to rotorcraft, namely, to VTOL aircraft. VTOL aircraft comprises airframe shaped to disc with several blades arranged thereat in circle and shaped to wing, compressed air source, air ducts connecting the latter with slitted diffusers of blades. Every blade is equipped with slitted diffuser oriented, in fact, across wing-like blade lengthwise axis. Blades and diffusers are oriented so that airflow incident from one blade flows over adjacent blade. Said blades are hollow, their cavities being connected with compressed air source while slitted diffusers are made in blade shells. One or several blades can be equipped with extra diffuser communicated intermittently with compressed air source. Said aircraft can be controlled by remote means.

EFFECT: enhanced operating performances of aircraft.

4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится в общем к созданию летательных аппаратов тяжелее воздуха. Более конкретно оно относится к летательным аппаратам с применением "эффекта Коанда." Аппарат может быть использован в различных отраслях, в частности в сельском хозяйстве для распыления на сельхоз угодия агрохимикатов (удобрений, пестицидов), для наблюдения за пожароопасными зонами и тушения возникающих пожаров и т.д.The invention relates generally to the creation of aircraft heavier than air. More specifically, it relates to aircraft using the "Coanda effect." The device can be used in various industries, in particular in agriculture, for spraying agricultural chemicals (fertilizers, pesticides) onto agricultural lands, for monitoring fire hazard zones and fighting fires, etc.

Эффект Коанда - физическое явление, названное в честь обнаружевшего его румынского ученого Анри Коанда. Оно заключается в том, что струя жидкости или газа, вытекающая из сопла, стремится отклониться по направлению к стенке и прилипает к ней. При этом на стенке создается разрежение.The Coanda effect is a physical phenomenon named after the Romanian scientist Henri Coanda who discovered it. It lies in the fact that a stream of liquid or gas flowing out of the nozzle tends to deviate towards the wall and adheres to it. In this case, a vacuum is created on the wall.

В сороковых годах прошлого века начались эксперименты с применением эффекта Коанда в создании летательных аппаратов. Обдувание крыла самолета реактивной струей от его двигателя или от компрессора увеличивали подъемную силу крыла.In the forties of the last century, experiments began using the Coanda effect in the creation of aircraft. Blowing a wing of an airplane with a jet from its engine or from a compressor increased the lift of the wing.

В Советском Союзе этот эффект был использован, в частности, в конструкциях транспортных самолетов с укороченным взлетом и посадкой Ан-72 и Ан-74. Ближайшим к данному изобретению по своей технической сущности является беспилотный аппарат с вертикальным взлетом британской компании AESIR (www.http://membrana.ru particle/14158). Данный аппарат имеет форму диска (тарелки), в центре которого установлен вентилятор, подающий воздух через щели на верхнюю и боковую выпуклые поверхности аппарата, создавая на них разрежение и обеспечивая тем самым подъемную силу. Аппарат управляется дистанционно. Горизонтальная тяга обеспечивается раздельным регулированием потоков воздуха у разных секторов "тарелки", что позволяет ей наклоняться и менять курс.In the Soviet Union, this effect was used, in particular, in the construction of transport aircraft with a short take-off and landing of the An-72 and An-74. Closest to this invention in its technical essence is an unmanned aerial vehicle with vertical take-off by the British company AESIR (www.http: //membrana.ru particle / 14158). This unit has the form of a disk (plate), in the center of which a fan is installed, which supplies air through slots to the upper and lateral convex surfaces of the device, creating a vacuum on them and thereby providing lifting force. The device is controlled remotely. Horizontal thrust is provided by separate regulation of air flows in different sectors of the "plate", which allows it to bend and change course.

Задачей настоящего изобретения является создание летательного аппарата преимущественно вертикального взлета с повышенной эффективностью (увеличенным соотношением полезного груза и веса аппарата).The objective of the present invention is to provide an aircraft of predominantly vertical take-off with increased efficiency (increased ratio of payload and weight of the device).

Другой задачей настоящего изобретения является создание летательного аппарата, который в одном из вариантов выполнения не требовал бы установки каких-либо двигателей и механических приводов.Another objective of the present invention is to provide an aircraft, which in one embodiment would not require the installation of any engines and mechanical drives.

Решаются эти задачи настоящим изобретением благодаря созданию летательного аппарата, в котором эффект Коанда мультиплицируется за счет выполнения аппарата в виде диска, на поверхности которого расположены по кругу несколько лопастей, имеющих форму крыла. На каждой лопасти расположены щелевые диффузоры, соединенные с источником сжатого воздуха, выходящего из диффузора каждой лопасти, который, во-первых, прилипает к верхней поверхности крыла-лопасти, обеспечивая ему за счет эффекта Коанда подъемную силу, во-вторых, сходя с одной лопасти, набегает на следующую за ней, создавая тем самым дополнительную подъемную силу благодаря выполнению лопасти в форме крыла. Кроме того, эжектируемый из диффузоров воздух, благодаря расположению лопастей по кругу, приводит диск во вращение, что еще более увеличивает подъемную силу аппарата в целом.These problems are solved by the present invention by creating an aircraft in which the Coanda effect is multiplied by making the device in the form of a disk, on the surface of which several wing-shaped blades are arranged in a circle. On each blade there are slot diffusers connected to a source of compressed air leaving the diffuser of each blade, which, firstly, adheres to the upper surface of the wing-blade, providing it with lifting force due to the Coanda effect, and secondly, coming down from one blade , runs onto the next one, thereby creating additional lifting force due to the implementation of the wing-shaped blades. In addition, the air ejected from the diffusers, due to the arrangement of the blades in a circle, drives the disk into rotation, which further increases the lifting force of the apparatus as a whole.

В одном из вариантов осуществления изобретения, лопасти аппарата могут быть выполнены пустотелыми и подключены к источнику сжатого воздуха, а щелевые диффузоры выполнены в оболочках лопастей.In one embodiment of the invention, the blades of the apparatus can be made hollow and connected to a source of compressed air, and slotted diffusers are made in the shells of the blades.

Перемещение аппарата в направлении, отличном от вертикального, в одном из вариантов осуществления изобретения может обеспечиваться подобно тому, как это сделано в вышеупомянутом аппарате AESIR-путем наклона тарелки по отношению к горизонту. Для этого одна или несколько лопастей могут быть оснащены дополнительным диффузором, соединенным с источником сжатого воздуха так, что подача воздуха в них происходит не постоянно, а периодически, что обеспечивает разницу подъемной силы в различных зонах диска (под разными лопастями).The movement of the apparatus in a direction other than vertical in one embodiment of the invention can be ensured similarly to how it is done in the aforementioned apparatus by AESIR by tilting the plate with respect to the horizon. To do this, one or more blades can be equipped with an additional diffuser connected to a source of compressed air so that the air supply to them does not occur continuously, but periodically, which ensures a difference in lift in different areas of the disk (under different blades).

Более полное представление о летающем аппарате, согласно изобретению, можно составить из последующего описания, сопровождающегося ссылкой на приложенные к нему чертежи, на которых указано:A more complete picture of the flying apparatus, according to the invention, can be compiled from the following description, accompanied by a reference to the drawings attached to it, which indicate:

На фиг.1 общий вид аппарата согласно изобретению, вид сверху и сбоку.Figure 1 is a General view of the apparatus according to the invention, a top view and a side view.

На фиг.2 изображена лопасть аппарата, вид сверху и сбоку.Figure 2 shows the blade of the apparatus, a top view and a side view.

На фиг.3 изображено распределение воздушных потоков на соседних лопастях.Figure 3 shows the distribution of air flow on adjacent blades.

На фиг.4 представлен вариант выполнения лопасти с дополнительным щелевым диффузором.Figure 4 presents an embodiment of the blade with an additional slot diffuser.

Летательный аппарат включает в себя диск (1) с последовательно закрепленными на нем по окружности лопастями (2). Лопасти имеют форму крыла (3), которое в одном из вариантов осуществления изобретения выполнено полым и его полость(4) сообщается с источником сжатого воздуха (не показан). В крыле (3) выполнены щелевые диффузоры (5).The aircraft includes a disk (1) with blades (2) sequentially mounted on it around the circumference. The blades have the shape of a wing (3), which in one embodiment of the invention is hollow and its cavity (4) communicates with a source of compressed air (not shown). Slit diffusers (5) are made in the wing (3).

При малых размерах аппарата или малой продолжительности полета в качестве источника сжатого воздуха может использоваться газовый баллон с редуктором. При других условиях на аппарате может быть установлен компрессор с двигателем внутреннего сгорания или электродвигателем, питаемым от аккумуляторных батарей.With a small size of the apparatus or a short flight duration, a gas cylinder with a reducer can be used as a source of compressed air. Under other conditions, a compressor with an internal combustion engine or an electric motor powered by batteries can be installed on the apparatus.

Летательный аппарат функционирует следующим образом.The aircraft operates as follows.

При подаче сжатого воздуха в полость любой лопасти, пограничный ламинарный слой, исходящий из диффузора (5) потока воздуха (6) создает разрежение на верхней поверхности (7) лопасти, создавая благодаря эффекту Коанда подъемную силу. Стекая с одной лопасти, воздушный поток (8) обтекает следующую лопасть (2), при этом к подъемной силе, действующей на эту же лопасть благодаря эффекту Коанда, добавляется подъемная сила, обеспечиваемая набегающим на нее потоком воздуха с соседней лопасти из-за крыловидной формы лопасти, подобной крылу обычного летательного аппарата. При выходе под давлением из щелевидных диффузоров воздух создает реактивную нагрузку на лопасть, при этом благодаря расположению лопастей по кругу диск приходит во вращение, в результате чего подъемная сила еще более возрастает.When compressed air is supplied to the cavity of any blade, the boundary laminar layer emanating from the diffuser (5) of the air stream (6) creates a vacuum on the upper surface (7) of the blade, creating a lifting force due to the Coanda effect. When flowing down from one blade, the air stream (8) flows around the next blade (2), while the lifting force acting on the same blade due to the Coanda effect is supplemented by the lifting force provided by the incoming air flow from the neighboring blade due to the pterygoid shape a blade similar to the wing of a conventional aircraft. When pressure escapes from slit-like diffusers, air creates a reactive load on the blade, and due to the arrangement of the blades in a circle, the disk comes into rotation, as a result of which the lifting force increases even more.

Описанная конструкция обеспечивает летательному аппарату возможность вертикального взлета и посадки. Для его движения в горизонтальном или наклонном к горизонту направлениях может быть использован вариант выполнения хотя бы на одной лопасти (или на нескольких, но не на всех) дополнительного диффузора (9), к которому периодически, на время, меньшее времени 1/2 поворота диска, подается сжатый воздух. Работа в этот период времени двух диффузоров создает дополнительную подъемную силу на том сегменте диска, на котором расположена лопасть с двумя диффузорами. В силу известных законов разница подъемной силы, действующей на разные части поверхности диска, вызывает его наклон и создание тягового усилия, обеспечивая тем самым перемещение аппарата (в горизонтальной плоскости и под углом к горизонту).The described design provides the aircraft with the possibility of vertical take-off and landing. For its movement in horizontal or inclined to the horizontal directions, an embodiment may be used for at least one blade (or several, but not all) of an additional diffuser (9), to which periodically, for a time shorter than 1/2 of the disk rotation compressed air is supplied. The operation of two diffusers during this period of time creates additional lifting force on the segment of the disk on which the blade with two diffusers is located. By virtue of the known laws, the difference in the lifting force acting on different parts of the surface of the disk causes its inclination and the creation of traction, thereby ensuring the movement of the device (in the horizontal plane and at an angle to the horizontal).

Управление летательным аппаратом в полете обеспечивается средствами, обычно используемыми для управления беспилотными аппаратами.The control of an aircraft in flight is provided by means commonly used to control unmanned aerial vehicles.

Claims

1. Aircraft of predominantly vertical take-off, comprising a housing made in the form of a disk, with several wing-shaped blades located on it around the circumference, each blade having a slot diffuser oriented essentially transverse to the longitudinal axis of the pterygoid blade;
compressed air source:
air ducts connecting the source of compressed air with slotted diffusers of the blades,
while the blades and diffusers are oriented in such a way that the air flow coming from one blade flows around the adjacent blade.

2. The aircraft according to claim 1, in which the blades are hollow, their cavities are connected to a source of compressed air, and slotted diffusers are made in the shells of the blades.

3. The aircraft according to claim 1 or 2, in which one or more of the blades is equipped with an additional diffuser, communicating with the source of compressed air periodically.

4. Aircraft according to any one of claims 1 to 2, remotely controlled.