Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

Технические фантазии в реальном воплощении

Рассылка закрыта

При закрытии подписчики были переданы в рассылку "Очевидное-Невероятное" на которую и рекомендуем вам подписаться.

Вы можете найти рассылки сходной тематики в Каталоге рассылок.

←   Ноябрь 2001   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Автор
BorislavD

Статистика

3.316 подписчиков
-2 за неделю
←   Все выпуски   →

Технические фантазии в реальном воплощении # 26


Служба Рассылок Subscribe.Ru
Вертолетный вариант
Технические фантазии в реальном воплощении
Код tech.tft
Выпуск № 26
Автор и ведущий Cesiy
Новые летательные аппараты
Вертолётные фантазии
(при импульсном  действии силового органа)

1.
Вертолет и винт.

        Вертолёт известен давно, теперь он достаточно отработан и широко применяется. Главная его часть - несущий вал и винт. Лопасти  винта установлены шарнирно и радиально относительно несущего вала. Их число может быть два, три, четыре или более. Они имеют значительное удлинение, но их концы между собой не скреплены, так как должна обеспечиваться независимая подвижность. Кроме того, решается задача уменьшения инерционности. Описание можно найти в специальной технической литературе или в поисковых системах.
        Цель данного варианта не в том, чтобы повторяться, а чтобы показать предельный случай выполнения особой "многолопастной" конструкции. При этом она не создает непрерывную подъемную и удерживающую силу, а действует импульсно, и переходит в вид, отличный от известного.
        Принцип действия и схему конструкции, описываемые ниже, вернее было бы назвать как "импульслёт" или "импульслётные аппараты" (в отличие от вертолёта).
2.
Краткое описание изменений.
        Представим, что относительно несущего вала радиально закреплены в горизонтальной плоскости не лопасти, а  любое число радиальных направляющих, например, 12 (или 24). Рисунок не приводится, так как, во-первых, рассматривается только схема, а во-вторых, это элементарно, и в первом приближении подробности не нужны. Эти направляющие могут быть любого удлинения (в том числе малого!) и выполняться, например, из полых трубчатых элементов. Расположение их симметричное. Естественно, между ними остаются пустые треугольные секторы. Предельный случай в том, что, как было сказано, таких "элементов" может быть любое число, а секторы между ними заполнены секторными пластинами. Поэтому плоскость зоны вращения занята полностью. Предельный случай также в том, что зона вращения может быть по диаметру достаточно мала, или минимальна. И то, и другое имеет отличие от общепринятого варианта  зоны вращения. Значимость и перспективность этого - и есть цель данного описания. Кроме того, отличие будет состоять в том, что вектор удерживающей силы складывается из суммы многих отдельных периодичеких импульсов.
        В природе нет полнооборотных движений (из-за их нерациональности), кроме нескольких оригинальных растительных автономных полетных элементов.
3.
Шарнирное закрепление секторных пластин
        Выше было приведено краткое конструктивное вступление. Поэтому нужна временная адаптация, чтобы не создалось впечатления, что идет речь о модернизации вертолетного винта. Взят очень трудный рубеж - отказаться от привычного вертолета. Чтобы начать, нужно представить все отрицательные и положительные стороны идеи, по которой выполняется современный вертолет. Он, как и старинное классическое колесо, пришел к нам по мысли, что если ось винта установить вертикально, можно создать вертолет. Как и то положение, что если горизонтально, получится или тяговое усилие или тяговое движение. Что за этим последовало в течение сотен лет - известно. Получилось, что чем привычнее и совершеннее конструкции для вращения, тем более глубоко заходит  конструктивный и идеологический тупик (в тысячах решений). И нет, казалось бы, других вариантов.
        В дальнейшем описании будет казаться, что все осталось на своих местах: несущий вал, лопасти, их вращение и чуть ли не автомат перекоса. Однако это не так. Действительно, в центре зоны вращения находится несущий вал, но примененное словосочетание "зона вращения" ведет и привлекает к старому, как будто бы есть вращение, тогда как есть оно или нет - не принципиально. Просто нужно понимать, что занимается та же зона, что и раньше, но не более того.
        Итак, есть несущий вал. Он "несет" радиальные направляющие. Между ними секторы, а в них секторные пластины. Получается секторный диск, в котором нет незаполненного пространства. Оно всё занято, причем так, что основное заполнение осуществляют секторные пластины. Их форма, естественно, в виде треугольника, вершина которого направлена к несущему валу, а к окружности "зоны" - основание. Могут быть и другие формы (и другое заполнение) - здесь приводится только сам принцип. Так, например, секторный диск может состоять только их одних секторных пластин (о чём ниже), а радиальные направляющие отсутствуют.
        Главное в том, что секторные пластины подвижны. Одна из их сторон (симметрично и последовательно) шарнирно закреплена, например, на соответствующих радиальных направляющих, причем так, что предполагается их поворот только на некоторый угол. Таким образом, у них остается свободной только одна из вершин. Кроме того, они могут быть спрофилированы особым образом и так, что свободная вершина приподнята или опущена из плоскости пластины, например, вниз. Получается вид какого-то круга, или секторного диска с несколькими выступающими уголками. Кроме всего прочего, такие изгибы плоскости (профиля) создают, как известно, прочность за счет формы. Такую конструкцию несложно сделать в самых элементарных условиях, можно в неметаллическом варианте, в макетном исполнении (и посмотреть на неё, например, с тем, чтобы увидеть её общий вид, простоту и чуть больше представить, что это такое). Взяв макет в руки, можно его немного периодически подвигать по направлению оси несущего вала, и всё понять.
        Автомат перекоса отсутствует. Он был нужен ранее для компенсации уменьшения подъемной силы лопасти при соответствующей скорости вращения винта и скорости полета, возникающей в части зоны вращения (из-за вращения!), и для управления.
4.
Дополнительные конструктивные элементы.
        Теперь представим, что если дать конструкции толчки вниз и вверх (вдоль оси несущего вала, при этом сам вал может быть или подвижным, или неподвижным), секторные пластины на секторном диске соответственно отклонятся, - их шарниры на радиальных направляющих уходят вниз и вверх, а сами пластины отклоняются (под действием на них воздуха). Здесь не описывается принцип работы, он будет дан в части 5.     Если не вводить дополнительных конструктивных элементов, при движении вниз и вверх, секторные пластины отклоняются, но на несущий вал или на секторный диск никаких усилий вследствие реактивного действия воздуха не передается, кроме инерционных, зависящих от массы и ускорения элементов. То есть при движении вниз и вверх усилия вверх и вниз симметричны (даже при некотором реактивном действии воздуха). Чтобы ввести несимметричность (и получить суммарную составляющую, действующую в одну сторону, что осуществлено во всех природных двигающихся организмах, и не только летательных!), нужно конструктивно задать неодинаковое действие на секторные пластины при их отклонении вниз и вверх.         Это достигается самыми разными способами, например, при вводе ограничителей, как гибких, так и жестких или других. Например, у птиц два взмахивающих сектора неодинаково шарнирно изламываются при движении вниз и вверх. В механической конструкции, вероятно, проще всего поставить стопоры, ограничивающие движение при попытке отклонения пластин вверх (из их начального положения, в плоскости перпендикурярной оси вала). При попытке отклонения пластин вниз - не препятствовать этому отклонению, не вводить никаких стопоров, кроме ограничителей предельного угла отклонения. Конструктивных вариантов исполнения неодинаковых отклонений, в том числе специальных, достаточно много, их здесь рассматривать не обязательно.
        Радиальные направляющие могут быть скреплены друг с другом по их максимальному радиусу. Элемент скрепления - в виде полной окружности или многоугольный в зависимости от его дополнительного назначения. Дополнительное назначение - возможность установки ограничителей поворота секторных пластин и шарниров. Скрепление целесообразно по тем же причинам, которые принимаются во внимание в лопатках турбин последней ступени - уменьшение колебательных (и резонансных) явлений. Это опыт из учебников по турбиностроению. Введение скреплений (и других укрепляющих элементов) конструктивно возможно (и целесообразно) ещё и потому, что радиальные направляющие малого удлинения, а их угловая скорость мала или близка к нулю (что уже совсем не похоже на "привычный" вертолет).
        В случае ввода скреплений для установки секторных пластин шарниры на радиальных направляющих становятся не нужными. Секторные пластины устанавливаются без применения радиальных направляющих. Число радиальных направляющих сокращается, их роль становится другой - они удерживают круговой элемент скрепления, на котором устанавливается шарнир секторной пластины. Таким образом, секторный диск будет содержать только секторные пластины. Можно назвать его круговым взмахивающим крылом.
        Несущий вал имеет устройства, позволяющие производить управление полетом, отличные от принятых в вертолетостроении. Здесь они не рассматриваются. Однако совместно с изложенными выше принципами конструкции для получения суммарного вектора подъемной силы, они позволяют управлять этим вектором.
5.
Принцип работы.
        Получение суммарного вектора, в том числе подъемной силы, достигается  следующим образом.
        В общем виде несущий вал (и/или его элементы) совершают как вращательное, так и поступательноепериодическое движение, причем их соотношение может варьироваться.
А. Вращение.
        Для обеспечения симметричности и одинаковости отклонения и, соответственно, одинакового действия секторных пластин и их нагружения, в том числе по некоторым другим причинам, здесь не показанным, несущий вал приводится во вращение. Поскольку одна из вершин секторных пластин имеет некоторый изгиб вниз, при вращении все секторные пластины прижаты к ограничителю их движения вверх. Ограничитель движения вверх может быть установлен так, что секторные пластины приподняты, а их изгиб не выходит за плоскость радиальных направляющих. В этом случае появляются воздушные зазоры между секторными пластинами и радиальными направляющими. Число зазоров равно числу секторных пластин. Однако в общем рассмотрении можно это не осуществлять, так как возникающая за счет этого подъемная сила ничтожна (причина в другом). Таким образом, несущий вал и его элементы вращаются относительно оси вала, что похоже на вертолет. Как говорилось, это в общем виде, но могут возникать частные случаи, при которых соотношение степеней вращательных и поступательных периодических движений такое, что степень вращения превалирует над движением. Это вовсе не значит, что возрасла абсолютная скорость вращения, нет - это снизилась величина поступательных перемещений (при увеличении их частоты). Такой режим может быть при горизонтальном полете.
В. Движение вала в вертикальной плоскости.
        Несущий вал вводится в поступательное периодическое (колебательное) движение. Технически это вполне осуществимо, причем при динамической сбалансированности масс. Амплитуда колебаний может быть переменной и выбираться в зависимости от режима полета.
        а. Цикл движения вниз.
        В этом цикле несущий вал движется относительно корпуса вниз. При этом секторные пластины под действием воздуха  прижимаются к ограничителям движения их вверх. При дальнейшем движении системы вал-секторный диск вниз воздушная среда препятствует этому движению. И тогда эта система получает тормозной импульс, импульс силы, направленный вверх. Этот же импульс (вверх) передается корпусу.
        в. Цикл движения  вверх.
        В этом цикле несущий вал движется относительно корпуса вверх. Здесь секторные пластины под действием воздуха отклоняются на некоторый угол вниз, но воздушная среда не препятствует этому движению, и система вал-секторный диск не получает "воздушного" противодействия. Поэтому силовой импульс не создается и, соответственно, на корпус не действует.
        с. Период колебаний вниз-вверх.
        Суммарный эффект за один период колебаний вниз-вверх - это возникновение импульса силы, направленного вверх и приложенного к корпусу.
        d. Процесс периодических колебаний.
        При периодических колебаниях системы вал-секторный диск за каждый период на корпус действуют импульсы силы, направленные вверх. Общая сила есть сумма сил импульсов. Если за определенный период времени сумму сил импульсов разделить на этот период времени, получим полную силу, действующую вверх.
        Примечание. В других конструкциях секторный диск может совершать периодические колебания отдельно и без связи с валом. При этом принцип получения суммарной силы остается тем же.
        e. Подъем в воздухе.
        При условии, что полная сила равна весу летательного аппарата, он поднимается вверх.
        f. Вопросы управления.
        Принципы  управления требуют отдельного описания, поскольку они не только важны, но и равноценны по значимости принципам действия описанной системы вал-секторный диск. Причем, оба эти принципа не противоречат друг другу и могут работать совместно.
        Например, стабилизация летательного аппарата при подъеме вверх, горизонтальный полет, управление, в том числе при горизонтальном полете, производятся этой совместной системой управления. Она здесь не приводится, так как цель была в другом - показать возможность создания подъемной силы в новой конструкции силового органа.
        g. Частные варианты.
        В импульсных летательных аппаратах не требуются ни соосные винты, ни винт противомомента, ни автомат перекоса. Поскольку в их рабочем органе может варьироваться соотношение степеней вращательного (в одной плоскости) и поступательного колебательного движения (в другой плоскости), соединения частей конструкции иногда не обязательны, как и их сумма , и становятся возможными частные варианты:
-  появляется возможность создания летающих платформ, оснащенных несколькими несущими валами с устройствами  подъемной силы (секторными дисками),
- набор секторных дисков может производиться как в горизонтальной плоскости, например, по периметру летающей платформы, так ив вертикальной плоскости, например, вдоль оси несущего вала,
- возможно применение и автономный полет секторного диска в отдельности,
- возможно применение секторного диска в других средах, например, в воде,
- возможно применение секторного диска для движения в замкнутых полостях, например, в трубопроводах прямоугольного или круглого сечения,
- возможна обратимость действия, например, для применения в качестве перекачивающего устройства,
- с помощью секторного диска возможно обеспечение дополнительной плавучести надводных или подводных плавающих средств,
- при применении секторного диска возможно обеспечение спасательных операций (из-под воды),
- при применении секторного диска возможно движение устройств  в горизонтальной плоскости (в любой среде),
- возможно устройство индивидуального летательного аппарата,
- возможен вариант временного подъема, например, для видеонаблюдения или выстреливания,
- возможен вариант динамического парашюта,
- возможен вариант, когда секторные пластины шарнирно соединены друг с другом по обеим сторонам, а их совместный поворот происходит по линии этих шарниров так, что образуются выступы и впадины, а секторный диск превращается в своеобразный "зонт-конус" с раскрывом вниз. Этот раскрыв может иметь любой занимаемый переменный объем, от нуля до максимума, и обратно.
- возможны другие, здесь не указанные, варианты.
        Как указывалось ранее, макет любого варианта выполняется достаточно просто.
        Далее приводятся некоторые примеры частных применений.
А.
        В некоторых случаях летательный аппарат может представлять собой только автономный секторный диск (без других конструктивных элементов).

        При этом:

  • стабилизация секторного диска в воздухе осуществляется за счет его вращения,
  • полет секторного диска осуществляется за счет отклонения секторных пластин,
  • отклонения секторных пластин производятся механизмом отклонения, при этом энергия отклонения отбирается от кинетической энергии вращяющегося секторного диска,
  • автономный полет секторного диска может происходить до значительных высот,
  • накапливание кинетической энергии и выпуск в полет секторного диска производится на наземных стартовых установках.
В.
        Другое частное применение - это импульсный летательный аппарат со всем необходимым снаряжением.
Он состоит из рабочего силового органа (секторный диск), кабины пилота с системой управления, фюзеляжа, двигателя  секторного диска, топливных баков.
        Секторный диск относительно фюзеляжа может быть установлен любым образом: сверху, снизу (!), сбоку,  их может быть несколько и/или они в зависимости от режима полета изменяют свой угол наклона и свое местоположение. Может быть резервный секторный диск или изменение его положения для  ввода в аварийной ситуации.
    С.
        В аварийной ситуации, если не применен резервный вариант,  вместо режима ротации действует обратный импульсный режим. В этом случае действие секторного диска и секторных пластин "идёт" не от двигателя к воздуху, создавая подъемную силу, а от воздуха к работающим секторным пластинам, создавая силу торможения и уменьшая тем самым вертикальную скорость спуска.
     D.
        В случае применения секторных дисков становится возможным аварийный вариант спуска в капсуле. При этом фюзеляж раскрывается на две части и сбрасывается вниз вместе с наиболее весомым оборудованием. Внутри фюзеляжа остается только капсула с прикрепленным к ней секторным диском. В капсуле во все время полета находятся кресла экипажа и пассажиров. Она вместе с ними (но без "лишнего" утяжеляющего оборудования) и начинает спуск с вводом режима торможения секторного диска, работающего автономно.
        Е.
        Здесь появляется способ, вариант и режим динамического парашюта, который может быть применен как для работы с капсулой, так и индивидуально для одного парашютиста. Подробное описание здесь не приводится (будет дано позже).
        F.
        Однако похожий принцин будет дан в следующем выпуске (№ 27) по теме: "Самовсплывающая подводная лодка", где секторный диск также может быть применен. Устанавливается он снизу корпуса подводной лодки (или другого объекта), работает для создания режима погружения (и других режимов), а при всплытии, в том числе аварийном, тормозит и уменьшает вертикальную скорость всплытия.
        Всего доброго, Cesiy, 17.11.2001.

        Предыдущие выпуски содержали:
        № 23 - "Учебная тревога" (по учебному процессу),
        № 24 - "Автомашина со штрих-кодом" (новое информационное оборудование),
        № 25 - "Представление изображений самолета" (интегральные средства электронной индикации).

        e-mail: cesiy@netto.ru

        Выпуск № 27 будет называться "Самовсплывающая подводная лодка" (с применением секторного диска).

        На очереди "Динамический парашют" (вновь с участием секторного диска).

 
 
 
 
http://subscribe.ru/
E-mail: ask@subscribe.ru 		Отписаться
Убрать рекламу
В избранное