Летательный аппарат вертикального взлета с колеблющимися крыльями
1. Актуальность
Сейчас чрезвычайно актуально иметь транспорт, который имел бы следующие качества:
1. Мог бы перемещаться без автомобильных и железных дорог и рек.
2. Большая грузоподъемность (большая подъемная сила с единицы мощности двигателя).
3. Этот транспорт имеет малую стоимость.
4. Малая стоимость перевозки людей и коммерческих грузов.
5. Большая скорость перемещения.
6. Простота в эксплуатации.
7. Надежность и безопасность.
8. Малые габариты.
Таким требованиям мог бы отвечать летательный аппарат с вертикальным взлетом.
2. Аналоги
Сейчас многие фирмы пытаются разработать летательные аппарата с вертикальным взлетом следующих типов:
1. Вертолеты.
2. Самолеты вертикального взлета.
3. Дирижабли.
4. Аппараты на воздушной подушке.
5. Летающие платформы.
6. Зонтолет.
7. Орнитоптеры.
8. Ортоптеры.
9. Ковер-самолет
10. Акустическая левитация.
11. Световые ракеты.
12. Электролеты и др.
13. НЛО.
14. Альтернативные летательные аппараты.
15. Птицы и насекомые.
2.1. Вертолеты
Характеристики вертолетов:
1.Лучшие вертолеты мира в режиме висения на месте имеют подъемную силу не более 4-6 кГ/л.с. Это очень низкий показатель.
2. Отсюда следуют то, что вертолеты дорогие и стоимость перевозок с их помощью очень дорогая.
3. Сложная и ненадежная конструкция. При отключении двигателя начинается неуправляемое вращение вертолета вокруг вертикальной оси.
4. Неустойчивые при полете около земли.
5. Большие габариты из-за хвостового винта.
6. Большие вибрации.
Вертолеты производятся и используются для транспортировки в очень ограниченных масштабах и не используются для массовых перевозок из-за большой стоимости этих перевозок и других недостатков.
2.2. Самолеты вертикального взлета
Характеристики самолетов вертикального взлета:
1. Очень большая стоимость, большой расход топлива и малый полезный груз, который эти самолеты могут поднять.
2. Сложная и ненадежная конструкция.
3. Плохая управляемость при вертикальном взлете.
4. В качестве массового транспорта с вертикальным взлетом совершенно не пригоден.
2.3. Дирижабли
Airship of Festo
Характеристики дирижаблей:
1.Перевозки груза по сравнению с наземным транспортом могут быть в 4 раза дешевле.
2. Большие габариты, сложные причальные устройства, малые скорости, плохая маневренность, вредные влияния бокового ветра и др. (смотри страницу нашего сайт:
http://www.vortexosc.com/modules.php?name=Content&pa=showpage&pid=79
3. Дирижабль в типичном исполнении не может занять место массового транспортного средства с вертикальным взлетом.
4. Если разработать дирижабль крыльевой формы, с движителем колебательного типа и использованием волнового обтекания для аннигиляции аэродинамического сопротивления, то такой дирижабль может стать массовым транспортным средством с вертикальным взлетом (смотри страницу нашего сайта:
http://www.vortexosc.com/modules.php?name=Content&pa=showpage&pid=125
2.4. Аппараты на воздушной подушке
Характеристики аппаратов на воздушной подушке:
1. Удельная подъемная сила достигает 15 кГ/л.с. Это намного больше, чем имеют вертолеты, самолеты с вертикальным взлетом.
2. Имеют сложную конструкцию; двигательно-движительный комплекс для нагнетания воздуха под аппарат и для создания тяги занимает много объема на аппарате.
3. Малая проходимость, большое пылеобразование, плохая управляемость, особенно на малых скоростях.
4. Существующие типы аппаратов на воздушной подушке не могут занять место массового транспортного средства с вертикальным взлетом.
5. Если разработать аппарат на воздушной подушке с движителем колебательного типа и использовать колеблющуюся юбку для создания не только аэростатической, но аэродинамической подъемной силы, то такой аппарат может стать массовым транспортным средством с вертикальным взлетом (смотри страницу нашего сайта:
http://www.vortexosc.com/modules.php?name=Content&pa=showpage&pid=85
Характеристики летающих платформ:
1. Очень большая стоимость, большой расход топлива и малый полезный груз, который эти самолеты могут поднять.
2. Сложная и ненадежная конструкция.
3. Используются винтовые и реактивные движители.
4. Плохая управляемость.
5. В качестве массового транспорта с вертикальным взлетом существующие летающие платформы не пригодны.
2.6. Дисколеты
Сегодня достоверно известно, что в 30-е -40-е годы Германия проводила интенсивные работы по созданию дискообразных летательных аппаратов, использующих нетрадиционные способы создания подъемной силы.
Круглая в плане форма дает еще два преимущества. Первое - устойчивый полет на ЛЮБОМ угле атаки, вплоть до 90 градусов, что исключает штопор даже на самых малых скоростях. Это достоинство схемы хорошо известно.
12 декабря 1959 г. на территории завода "Авро Канада" в Мэлтоне "Аврокар" выполнил первый подлет, 17 мая 1961-го начались горизонтальные полеты.
ЭКИП:
Аппарат ЭКИП
Для уменьшения аэродинамического сопротивления применяется система управления пограничным слоем. Этот слой в виде совокупности последовательно расположенных поперечных вихрей всасывается внутрь корпуса, чем обеспечивается безотрывное аэродинамическое обтекание аппарата. Благодаря этому машина движется в ламинарном аэродинамическом потоке с меньшим сопротивлением. Система позволяет при низком уровне энергозатрат (в 6-8 % от тяги вспомогательных двигателей) обеспечить низкое аэродинамическое сопротивление и устойчивость аппарата для диапазона углов атаки вплоть до 40° на крейсерском и взлётно-посадочном режимах полёта.
Аппарат изобретён в СССР Л. Н. Щукиным в начале 80-х годов. Имеет несколько модификаций в зависимости от назначения. ЭКИП может летать на высотах от 3 до 10 000 метров со скоростью от 120 до 700 км/ч.
Характеристики дисколетов:
1. За много десятков лет никому не удалось сделать надежный, экономичный, реально летающий аппарат.
2.7. Зонтолет
J.L. Naudin сделал летающую модель в форме зонтика. Подъемная сила образуется благодаря пропеллеру, который отбрасывает воздух вниз. Отбрасываемый воздух, по пути движения вниз, обтекает зонтообразную поверхность, на которой, благодаря эффекту Коанда, образуется дополнительная подъемная сила.
Характеристики зонтолета:
1. По сравнению с обычными летающими платформами, зонтолет имеет дополнительную подъемную силу.
2. Это направление (применение зонтообразной формы) целесообразно разрабатывать и дальше.
2.8. Орнитоптеры
Характеристики орнитоптеров:
1. В течение длительного периода предпринимаются попытки создать реально летающий орнитоптер. Но еще не создан такой аппарат. Главные причины заключаются в том, что исследователи и конструктора не знают эффекты нелинейной колебательной аэродинамики и не рассматривают двигательно-движительный комплекс аппарата как единую механическую систему.
2. Тем более не создан орнитоптер с вертикальным взлетом и зависанием на месте.
2.9. Ортоптеры
Ортоптер, - аппарат, на котором подъемная сила создается с помощью вертикально колеблющихся крыльев.
Деген сделал летательный аппарат, в котором подъемная сила создавалась 50% за счет подъемной силы аэростат и 50% за счет аэродинамической силы от двух колеблющихся вертикально зонтообразных крыльев. К крыльях было 1200 клапанов, которые открывались при движении крыльев вверх и закрывались при движении крыльев вниз. Привод крыльев, - от ног человека. Аппарат летал!
В.Татаринов сделал модель, которая могла взлететь вертикально благодаря колебанию зонтообразного тела. Попытка сделать большой аппарат окончилась провалом.
Шведский изобретатель Валин сделал ортоптер, на котором колебались крылья с жалюзями (вверх, открывались, вниз, - закрывались)
Характеристики ортоптеров:
1. Ортоптеры по своему принципу сразу решают задачу вертикального взлета и зависания на месте.
2. Сейчас незаслуженно забыт этот тип летательного аппарата.
3. При использовании эффектов нелинейной колебательной аэродинамики и принципов конструирования на основе конструирования аппарат как единого двигательно-движительного комплекса можно создать высокоэкономичный и маневренный летательный аппарат.
2.10. Ковер-самолет
Во многих восточных и в некоторых русских сказках ковры размером примерно 3 на 4 метра служили для транспортировки людей и грузов по воздуху.
Французские и американские физики спроектировали "ковер-самолет": тонкий лист из легкого материала, который может лететь по воздуху в заданном направлении за счет собственных колебаний.
Сначала физики под руководством Лакшминараянана Махадевана (Lakshminarayanan Mahadevan) из Гарвардского университета в Кембридже (США, штат Массачусетс) обнаружили, что тонкий вибрирующий лист не тонет в жидкости. Дальнейшие исследования показали: такой же лист может держаться и в воздухе. Надо лишь заставить его дрожать соответствующим образом. Ковер-самолет, по сути, готов - садись и лети. Но пока невысоко.
Сказочный сюжет почти верен с научной точки зрения: ковер летит в сторону приподнятого края.
Практическая левитация
1. Поверхность ковра вибрирует.
2. Давление над ковром понижается (-P).
3. Под ковром создается повышенное давление (+P).
4. За счет разницы давлений возникает подъемная сила.
Ковры, однако, столкнутся с рядом серьезных ограничений. Теоретически они могут быть сколь угодно велики, но практически для подъема ковра сколько-нибудь значительного размера потребуется исключительно сильный двигатель. Для того чтобы ковер длиной десять сантиметров и толщиной 0,1 миллиметр оставался в воздухе, ему придется вибрировать с частотой около десяти герц и амплитудой колебаний около 0,25 миллиметров (то есть волны амплитудой в два с половиной раза больше толщины ковра должны будут пробегать по нему десять раз в секунду).
infodon.org.ua
Характеристики ковра-самолета:
1. Полученные величины подъемных и тянущих сил еще не представляют практического интереса.
2. Эти явления еще ранее были открыты при исследовании акустических течений, образованных при распространении волны по поверхности.
3. Использование волн по поверхности тонких листов или пленок даст большие практические результаты, если перейти на серьезный научный подход при решении этой задачи (использование нелинейной колебательной аэродинамики, разработка этих аппаратов на основе двигательно-движительного комплекс, использование автоматических адаптивных систем управления и др.). Такой работой Сорокодум Е.Д. уже занимается несколько десятков лет.
Professor Ulf Leonhardt and Dr Thomas Philbin, from the University of St Andrews in Scotland, have worked out a way of reversing this pheneomenon, known as the Casimir force, so that it repels instead of attracts.
Характеристики акустической левитации:
1.Эффект получения силы давления звука (радиационное давление звука) известен давно.
2. Эти авторы не делают предпроектную оценку ожидаемой тяги от величины мощности. По общей теории создания силы следует, что величин тяги равна мощности, передаваемой в след, деленной на скорость переноса энергии (любой природы) от излучателя в след (смотри мою работу:
Sorokodoum E. On general nature of forces // New Energy Technologies. Issue # 1(4), January-February 2002, p.317-323.(pdf) ). Скорость звука, хотя она намного меньше скорости света, но все равно остается очень большой (в воздухе 340 м/с). Отсюда следует, что звук не создать большую силу тяги, снимаемую с единицы мощности излучателя звука.
3. Акустические движители являются нереализуемыми и нерентабельными. Ситуацию можно изменить, если заставить скорость переноса акустической энергии вдоль линии перемещения летательного аппарата (в противоположную от аппарата сторону) понизить до несколько десятков метров в секунду.
2.11. Световые ракеты
The development of light rockets similar to development of firm Lightcraft Technologies Inc. (LTI), do not bring success. And reception in last experiences of appreciable forces in these vehicles, is connected with the use of energy of light (laser) for evaporation of ice or plastic and creation due to it a jet. Only due to reaction of a jet pair forces which can lift the vehicle during short time for some tens meters also have been received.
Характеристики световых ракет:
1.За рубежом, особенно в США, делаются попытки создания летательных аппаратов, получающих тягу за счет давления света (при излучении света излучателем на аппарате или при отражении света от излучателя на земле).
2. Полученные величины подъемной силы чрезвычайно малы при больших расходах энергии.
3. В получения хоть какой-то осязаемой силы изобретатели пошли на хитрость: преобразование энергии светового луча в тепловую энергию и использование ее для испарения льда (США) или твердого материала (Япония) в пар. Затем струи пара направляют только в одну сторону и получают подъемную силу. Но это уже обычный ракетный движитель. И зачем столько мудрить, несли можно сразу энергию использовать для испарения материала, миную промежуточное преобразование в световую энергию. Эти работы есть экзотика, но не есть серьезные научные и конструкторские работы.
4. Эти авторы не делают предпроектную оценку ожидаемой тяги от величины мощности. По общей теории создания силы следует, что величин тяги равна мощности передаваемой в след деленной на скорость переноса энергии (любой природы) от излучателя в след (смотри мою работу:
Sorokodoum E. On general nature of forces // New Energy Technologies. Issue # 1(4), January-February 2002, p.317-323.(pdf) ). Скорость света огромная. Отсюда следует, что свет никогда не создать большую силу тяги, снимаемую с единицы мощности излучателя света.
5. Световые движители в условиях Земли являются совершенно нереализуемыми и нерентабельными. Ситуацию можно изменить, если заставить скорость переноса световой энергии вдоль линии перемещения летательного аппарата (в противоположную от аппарата сторону) понизить до несколько десятков метров в секунду.
2.12. Электролеты
Flying electroplane by Tim Ventura
http://www.americanantigravity.com/index.shtml
Характеристики электролетов:
1.Очень низкая удельная тяга (величина подъемной силы с единицы мощности).
2.Сегодняшние результаты еще далеки т практического использования на транспортных средствах.
2.13. Неопознанные летающие объекты (НЛО)
Характеристики НЛО:
1.Принципы полета, энергетические и другие характеристики неопознанных летательных объектов не известны.
2.14. Альтернативные летательные аппараты
В различных лабораториях ведутся работы по созданию движителя нового типа для летательных аппаратов. В том числе создание тяги без отброса массы.
Breakthrough Propulsion Physics
NASA sponsored Glenn's BPP Project over 1996-2002, which addressed 8 different research approaches, produced 16 peer-reviewed journal articles and an award-winning website (Warp-When), all for a total investment of less than $1.6M. During this time, the BPP Project also coordinated with related research funded at the NASA Marshall Space Flight Center. With the implementation of the 2003 Federal Budget (p.325), all advanced propulsion research was deferred, including these research efforts.
Характеристики альтернативных летательных аппаратов:
1. Область поиска создания тяги новыми способами является реальной и актуальной.
2. Для квалифицированного поиска новых способов создания тяги требуется в первую очередь разработать общую теорию физики создания силы. Мною сделаны такие научные работы: Sorokodoum E. On general nature of forces // New Energy Technologies. Issue # 1(4), January-February 2002, p.317-323.(pdf)
2.15. Птицы и насекомые
Характеристики птиц и насекомых:
1. Механизм создания подъемной силы птицами и насекомыми отрабатывался сотни тысяч лет. Поэтому можно предполагать, что локомоторный аппарат летающих животных имеет оптимальные характеристики в части расходования энергии и расходования материалов на крылья и мышцы.
2. Есть летающие животные, который имеют удельную тягу больше 100 кг/л.с.!!!
3. К сожалению, механизм полета животных остается слабо изученным. К сожалению, направляются гигантское финансирование и людские ресурсы на исследования традиционных механизмов создания подъемной и движущей силы на основе стационарной аэродинамики.
4. Исследователями и фирмами фактически игнорируется существование нелинейных колебательных эффектов, могущих позволить создать сверхэкономичные летательные аппараты.
5. Сверхэкономичный летательный аппарат с вертикальным взлетом можно создать, если будут использоваться нелинейные колебательные аэродинамические эффекты и принципы построения двигательно-движительного комплекса, которые используют летающие животные.
2.16. Заключение.
1. Из существующих разработок нет ни одного типа аппарата с вертикальным взлетом, который бы удовлетворял требуемым качествам, перечисленным в разделе 1. Актуальность.
2. Такой аппарат можно создать, используя нелинейные колебательные аэродинамические эффекты и принципы построения двигательно-движительного комплекса как единой колебательной системы.
3. Такие летательные аппараты могут иметь множество конструктивных воплощений. Сегодня это:
- Аппарат вертикального взлета и зависания на месте с движителем колебательного типа;
- Аппарат на воздушной подушке с колеблющейся юбкой (смотри страницу нашего сайта:
http://www.vortexosc.com/modules.php?name=Content&pa=showpage&pid=85 );
- Дирижабль крыльевой формы с движителем колебательного типа (смотри страницу нашего сайта:
http://www.vortexosc.com/modules.php?name=Content&pa=showpage&pid=125 ).
4. При выполнении заказов на авиационную технику сложилась практика, что у заказчиков вызывает доверие не тот исполнитель, который много исследовал (и много знает высоких технологий), а тот, который показывает макеты летательных аппаратов (которые плохо летают, но этот исполнитель обещает получить в будущем высокие характеристики). В результате этой практики, каждый год в мире создаются сотни летающих и не летающих образцов, которые не показывают улучшение их характеристик.
Основной причиной того, что до настоящего времени не удается создать экономичный аппарат с вертикальным взлетом и зависанием на месте, является использование классической стационарной аэромеханики.
3. Наши исследования по летательному аппарату с вертикальным взлетом с движителем колебательного типа.
На основе научных исследований многих ученых и наших собственных исследований, мы пришли к выводу, что можно сделать большой прорыв в улучшении характеристик летающих аппаратов с вертикальным взлетом на основе перехода к двигательно-движительному комплексу колебательного типа. Улучшение характеристик становится возможным благодаря использованию:
- для создания подъемной силы колеблющегося крыла и колебательной аэродинамики;
- нелинейных аэродинамических колебательных режимов для увеличения подъемной силы;
- для снижения аэродинамического сопротивления неподвижных крыльев эффекта Жуковского-Кноллер-Бетца (эффект волнового обтекания крыла);
- приводов колебательного типа;
- системы адаптивного оптимального управления характеристиками двигательно-движительного комплекс;
- системы управления полетом аппарата.
Ниже эти вопросы будут освещены подробнее.
3.1. Увеличение эффективной ометаемой площади движителя.
Использовать эффект увеличения тяги при уменьшении величины напора в ометаемой движителем
аэродинамической плоскости. Этот прием известен среди специалистов по движителям. Но этим эффектом не возможно в полной мере воспользоваться потому, что для этого потребуется очень большая ометаемая площадь движителей, что невозможно по практическим причинам (потребуются винты очень больших диаметров, а это большой вес, проблемы с их прочностью и большое лобовое сопротивление, дополнительное увеличение веса двигательно-движительного комплекса из-за необходимости дополнительного понижения оборотов винта). Колеблющееся крыло в качестве движителя сравнительно просто решает эту проблему. Потому что движитель в форме колеблющегося крыла можно расположить вдоль передней или задней кромки неподвижного крыла. Это обеспечит очень большую ометаемую движителем площадь (больше чем в 10 раз большую, чем может обеспечить обычный винтовой движитель), большую тягу и кпд.
3.2. Увеличение рациональности использования ометаемой движителем площади.
Движитель «колеблющееся крыло» не имеет таких недостатков, какие имеет винтовой движитель: отсутствие тяги в области винта около оси, индуктивное аэродинамическое сопротивление на концах лопастей, вредное движение воздуха к концам лопастей из-за центробежных сил.
3.3. Увеличение эффективной ометаемой движителем площади (KNOW HOW).
Существуют режимы нелинейных гидродинамических колебаний крыла, при которых эффективная ометаемая площадь намного больше, чем площадь ометаемая крылом при стационарном режиме колебания. Благодаря этому эффекту величина тяги может быть намного большей.
3.4. Увеличение подъемной силы благодаря тому, что отрыв вихрей от крыла при колебании происходит при больших углах атаки (KNOW HOW).
Подъемная сила на движителе типа колеблющееся крыло является проекцией подъемной силы на вертикальное направление. При колебании крыла образование срыва обтекание и, как следствие этого, падение коэффициента подъемной силы будет происходить при гораздо большем угле атаки. Благодаря этому, коэффициенты подъемной силы будут иметь намного большие значения, чем имеет винтовой движитель.
3.5. На движителе типа «колеблющееся крыло» легко изменять оптимальные режимы при различных скоростях плавания (KNOW HOW).
Винтовой движитель имеет неоптимальные углы атаки при различных скоростях полет. Даже винтовые движители с изменяемым шагом лопастей только частично решают эту проблему. На колеблющемся крыле легко дистанционно устанавливать оптимальные углы атаки и закон колебания. Это приведет к повышению тяги и кпд движителя.
3.6. Движитель типа «колеблющееся крыло» будет выполнять одновременно функции движителя и рулей аппарата (KNOW HOW).
В нашем предложении в качестве рулей будут использоваться колеблющиеся крылья движителя. Благодаря этому будет положительный эффект:
- Управления аппаратом будет успешно выполняться при малых скоростях, в т.ч. при вертикальном взлете и висении на месте.
- Не надо делать специальные рули.
3.7.Увеличение подъемной силы за счет изменения
направления среднего вектора тяги (KNOW HOW).
3.8.Увеличение подъемной силы за счет увеличения
циркуляции при перемещении среднего положения колеблющегося предкрылка
вверх (KNOW HOW).
3.9.Малоследность (KNOW HOW).
После аппарата и движителем будет малый воздушный след.
3.10.Упрощение привода (KNOW HOW).
Благодаря применению гидропривода для колебания предкрылками упрощается
система передачи энергии от двигателя к исполнительным гидроцилиндрам
колеблющим крыльям.
Не нужны понижающие редукторы, валы, вертикальные колонки с коническими
передачами и т.п.
3.11. Простота и дешевизна изготовления по
сравнению с винтами (KNOW HOW).
Это благодаря тому, что крыло движителя простое в изготовлении
(симметричный профиль с одинаковой хордой вдоль всего размаха).
3.12. Улучшение управляемости аппарата, особенно на
малых скоростях и скоростях равных нулю. Это достигается за счет
движителя колебательного типа и волнового обтекания крыла (KNOW HOW).
3.13. Экстрагирование энергии атмосферы (KNOW HOW).
3.14. Системы управления двигательно-движительным комплексом
колебательного типа.
Нами сделаны несколько систем управления:
Блок ручного управления характеристика (частота и амплитуда колебания)
движителя.
Блок автоматического нахождения оптимальных характеристик движителя
(первая модель).
Блок автоматического нахождения оптимальных характеристик движителя
(вторая модель).
Летательные аппараты вертикального взлет с движителем колебательного
типа будут:
1. Иметь меньшую мощность двигателя потому, что требуется тяга в
несколько раз меньшая.
2. Иметь меньший вес двигателя, передаточных элементов, топливной
системы, топлива.
3. Иметь меньшие габариты аппарата при одном и том же коммерческом
грузе.
4. Стоимость аппарата будет меньшая.
5. Будет дешевле перевозки коммерческого груза.
6. Безопасность перевозок и увеличение управляемости и маневренности.
7. Уменьшается жесткость требований к месту расположения на судне
силовых и агрегатов и систем управления.
8. Эстетический вид летательного аппарата с колебательным движителем
намного привлекательней, чем с винтовым движителем.
4. Наши предложения
Мы ищем инвестора и партнера для создания нового типа сверх эффективных
летательных аппаратов вертикального взлета.
Мы можем разработать и изготовить первые действующие образцы летательных
аппаратов различного назначения. Готовых образцов мы не имеем. Мы имеем
большой теоретический, экспериментальный и практический опыт разработки
и изготовления действующих образцов техники использующих колебания.
Летательный аппарат вертикального взлета с
движителем колебательного типа на одного человека (KNOW-HOW).
Летательный аппарат вертикального взлета с движителем колебательного
типа с грузоподъемностью 500 кГ (KNOW-HOW)
