Савченков Віктор Семенович (RU)
Винахід відноситься до області авіації. Підйомну силу крила літального апарату створюють рухомий стрічкою, ковзної в напрямку руху апарату над верхньою і нижньою площинами крила. Стрічка армована внутрішніми ребрами поперечної жорсткості і має зубчасті низькопрофільні ремені. Стрічка натягнута двома роликами в передній і задній частині крила. Задній провідний ролик з приводом від редуктора з електродвигуном, а передній натяжна ролик виконаний з можливістю опори стрічки на конструкцію крила. Елерони встановлені за заднім роликом. Над верхньою площиною крила, над зубчастими ременями, виконані ребра-обтічники з «лижами» для ковзання стрічки. Винахід направлено на підвищення маневреності літального апарату. 1 мул.
Винахід відноситься до області малої авіації, може бути використано в розробках нових, нетрадиційних видів літальних апаратів, що літають з невеликими, по авіаційним мірками, швидкостями, в корабельної авіації.
Саме це явище зниження тиску в швидко рухомому потоці рідини або газу широко використовується в техніці для створення різних дифузорів: в карбюраторах, розпилювачі, дуже серйозно вивчається і використовується в процесі управління рухом кораблів і в інших областях техніки.
Можна штучно створити умови для обтікання повітрям поверхонь крила з різними швидкостями при нерухомому літальному апараті. Суть винаходу полягає в тому, що для збільшення підйомної сили крила літального апарату в ньому виконують рухливу стрічку, що ковзає над верхньою і нижньою площинами крила, армовану внутрішніми ребрами поперечної жорсткості, з вмонтованими в неї з внутрішньої сторони з певним інтервалом, зубчастими низкопрофильними ременями, натягує двома роликами в передній і задній частині крила з відповідними ременів зубчастими вінцями, задній з яких - провідний, з приводом від редуктора з електродвигуном, позволяющ їм безступінчатий змінювати швидкість руху стрічки від нуля до максимуму і навпаки, передній - натяжна, з опорою стрічки на суцільнометалеву конструкцію крила, при цьому відомі елерони встановлюють за заднім опорним роликом, а над зубчастими ременями, над верхньою площиною крила, виконують ребра-обтічники з «лижами» для ковзання по ним знизу-вгору прагне спучитися стрічки.
Звернемося до фігури. Тут зображений поперечний розріз крила з вбудованою в нього стрічкою, що біжить над площинами крила - 1, ковзної по суцільним металевим поверхням, що становить конструкцію крила, яка натягнута на два ролика - 2 і 3, один з яких ведучий, другий - опорний, натяжна. Передбачається, що стрічку виконують з міцного, еластичного, морозостійкого матеріалу і вмонтують в неї внутрішню армування, закладену поперечно до напрямку руху. З деяким інтервалом по ширині стрічки з її внутрішньої сторони, в неї вмонтують зубчасті, низькопрофільні ремені, подібні до тих, які застосовують в сучасних автомобільних двигунах. Відповідні цим ременів зубчасті вінці 4 і 5, з тим же інтервалом, виконують на опорних і провідних роликах. У верхній і нижній площині крил, в зоні розміщення зубчастих ременів, виштамповивают поглиблення-лотки для їх вільного ковзання - 6 і 7. У задній частині крила, за що біжить стрічкою, за заднім роликом, виконують звичайні елерони - 8. Передбачається також, що стрічки приводять в рух від синхронно працюючих приводних редукторів з електродвигунами, що харчуються електроенергією від бортової апаратури, з можливістю плавної зміни швидкості руху стрічки від нуля до максимуму і навпаки.
При включенні обертання стрічок в напрямку стрілок перед зльотом, верхня площина стрічки буде рухатися назустріч набігаючого потоку повітря від гвинта літака і зустрічного вітру. Візьмемо, як розрахунковий, діаметр переднього ролика 0,3 м, тоді для створення лінійної швидкості руху стрічки в 100 км / ч (що приблизно відповідає злітної швидкості тихохідних літаків) частота обертання ролика визначиться з формули:
υ = 2 π R n і n = ν 2 π R = 100000/3600 6,28 ⋅ 0,15 ≈ 30 об / сек = 1800 об / хв
Таке обертання приблизно відповідає частоті обертання середньошвидкісних асинхронного електродвигуна (1480 об. / Хв) з приводними пасами, які працюють не в короткочасному режимі, а тисячами мотогодин.
Таким чином, при обертанні стрічок з окружною швидкістю, що відповідає швидкості зльоту, обтікання повітрям верхньої площини крила буде в два рази перевищувати швидкість обтікання нижній площині крила, оскільки нижня площину стрічки буде тікати від потоку повітря і ковзання потоку повітря по ній буде нульовим.
Гідродинаміка описує процеси, що протікають в потоці рідини або газу, обтічної будь-які поверхні. За умови, що ми маємо справу не з ідеальним газом, а зі звичайним повітрям, який має свій показник в'язкості, обтікання повітрям поверхні крила в звичайному варіанті конструкції буде ламінарним, тобто швидкість ковзання повітряного потоку по поверхні крила буде пошарово наростати від нульової, в зоні контакту з площиною крила, до максимальної, що відповідає швидкості руху крила, щодо повітря. У пропонованому винаході характер обтікання крила повітряним потоком буде значно відрізнятися від ламінарного, адже тут буде рухатися не тільки ламінарний потік повітря, але безпосередньо, назустріч потоку, сама обтічна повітрям поверхню біжить стрічки, отже, виходячи з рівняння Бернуллі (Фізика, В.Б. Федосєєв, підручник для технічних ВНЗ, «Основи гідродинаміки» стр.109-111):
ρ ⋅ ν 2 + 2 + P = c o n s t
де ρ - щільність повітря, ν - швидкість трубки струму, Р - тиск усередині трубки струму, ми бачимо, що тиск в потоці знаходиться в квадратичної залежності від швидкості обтікання потоком поверхні. А підйомна сила, без урахування дії фактора «повітряного змія», створюваного кутом атаки крила до напрямку польоту, буде визначатися різницею швидкостей обтікання верхньої і нижньої площині.
Точкою відліку швидкості потоку тут буде не нульова швидкість ковзання, а саме швидкість руху стрічки щодо повітря. У будь-якому звичайному варіанті обтікання повітрям поверхні крила, швидкість в трубках струму буде плавно наростаючою. І якось зафіксувати, тобто зробити вимір цієї швидкості стосовно до якогось прошарку повітря - неможливо. Ця зміна швидкості буде не контрастним, а розмитим, і ввести цю швидкість в рівняння Бернуллі можна лише у варіанті якийсь усередненої, вельми наближеною величини. Тут же ця швидкість - v 2 буде мати реальну розмірність, і ця обставина може стати вирішальним фактором у створенні підйомної сили крила.
Для того щоб порівняти отримані переваги в створенні підйомної сили, проаналізуємо докладніше значимість фактора швидкості ν 2.
У звичайному крилі величина цієї швидкості вельми незначна, так як вона формується невеликою різницею в шляху, який повітря проходить, огинаючи верхню площину по опуклості крила, по відношенню до прямолінійної нижньої площині. І, навіть якщо крила надати космічну швидкість, ніяка опуклість крила не дозволить отримати різницю в швидкостях обтікання верхньої та нижньої частини крила в 100 км / ч, тут же ця швидкість буде створюватися вже при розгоні апарату до п'ятдесяти км / ч.
Для наочності підставимо в рівняння Бернуллі замість буквених символів числові значення величин для двох ситуацій - рухомий, при швидкості стрічки в 108 км / ч, тобто 30 м / сек, і нерухомою стрічки:
ρ ⋅ ν 2 + 2 + P 1 = c o n s t; 1, 29 кг м 3 ⋅ 30 2 м 2 з е к 2 2 + Р 1 до г м з е к 2 = c o n s t; 1, 29 ⋅ 0 2 2 + P 2 = c o n s t.
Обчисливши ці величини, ми бачимо, що сила тиску в потоці буде відрізнятися на 1161/2 Н м 2. а при швидкості апарату в 100 км / ч і, відповідно, швидкості обтікання потоком повітря верхньої частини крила в ≈ 200 км / год ця сила зросте в чотири рази. У комплексі сил, що діють на крила, істотне значення тут матиме фактор обдування крил повітрям від гвинта літака. При нерухомій верхньої і нижньої площині він не буде скільки-небудь значимим, а при рухомий стрічці цей фактор ще до старту вже буде істотно впливати на крила літального апарату.
З цього випливає, що провівши відповідні конструктивні розрахунки розмірів крила, міцності і швидкості руху стрічок, можна створити умови для дуже короткою разбежки літального апарату перед зльотом і посадкою на смугу зльоту з відносно невеликими швидкостями. Керуючи швидкістю руху стрічки, можна забезпечити як убуває зміна підйомної сили, у міру розгону апарату на зльоті, так і наростаюче, у міру зниження швидкості перед посадкою. Звідси стає ясно, що необхідність за часом користування цим пристроєм на літальному апараті буде короткочасною, проте застосування таких пристроїв до невпізнання змінить льотні якості малої авіації.
З метою забезпечення безпеки польоту, на випадок пошкодження або розриву стрічок в ході польоту, конструкція крила передбачається такий, щоб аеродинамічні функції крила не втрачається б з відсутньою стрічкою. Обшивка крила повинна бути (по можливості) суцільнометалевої, а конструкція крила і стрічкового вузла повинна дозволяти заміну стрічки, подібно заміні порваного ременя на електродвигуні. При цьому також необхідно враховувати, що з боку потоку повітря, що обдуває нижню площину крила буде діяти на стрічку розподілена по всій поверхні сила тиску повітря, яка і буде в кінцевому підсумку відповідати підйомній силі. Тому між стрічкою і обшивкою крила буде відбуватися не вільне ковзання, а ковзання з подоланням тертя, створюваного підйомної силою. Над верхньою ж площиною крила, особливо в районі верхнього перегину, буде створюватися значне розрідження в потоці повітря, що буде створювати ефект спучування стрічки. Для нейтралізації цього ефекту жорсткість армування стрічки повинна бути достатньою за своєю міцності, а для зменшення ефекту спучування, уздовж зубчастих ременів над верхньою площиною крила доречно розмістити поздовжні ребра-обтічники - 9, з «лижами» для ковзання по ним знизу вгору прагне спучитися стрічки . Ці обтічники одночасно ж будуть виконувати і функцію підстраховки від пориву стрічки.
Спосіб збільшення підйомної сили крила літального апарату, який відрізняється тим, що виконують рухливу стрічку, що ковзає над верхньою і нижньою площинами крила, армовану внутрішніми ребрами поперечної жорсткості, з вмонтованими в неї з внутрішньої сторони з інтервалом, зубчастими, низкопрофильними ременями, натягує двома опорними роликами, розташованими в передній і задній частині крила, з відповідними ременів зубчастими вінцями, задній ролик - провідний, з приводом від редуктора з електродвигуном, що дозволяє безступінчатий про змінювати швидкість руху стрічки від нуля до максимуму, передній ролик - натяжна, з опорою стрічки на суцільнометалеву конструкцію крила, при цьому елерони встановлюють за заднім опорним роликом, над зубчастими ременями, над верхньою площиною крила виконують ребра-обтічники з «лижами».