Мускулолет Втулкина-2

(51)764 31/04 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к авиационной технике,в частности, к летательным аппаратам (ЛА) с мускульным приводом - мускулолетам. Техническим результатом изобретения является повышение в мускулолете КПД механизма, создающего силу тяги, и повышение коэффициента использования энергии ветра в увеличении подъемной аэродинамической силы, и он обеспечивается за счет применения ветродвигателя с соосной конструктивной схемой расположения лопастных ветроколес,который установлен над фюзеляжем и крепится с ним полуосью вращения нижнего ветроколеса, которая установлена в подшипниках несущей оси, закрепленной подвижно своими концами в фюзеляже,выполненного в виде решетчатой фермы и опирающегося на шасси, в хвостовой части фюзеляжа установлен киль и стабилизатор, а в передней - сиденье и консоль мускульной силовой установки, состоящая из ручного и ножного приводов, связанных между собой и с приводным валом ведущих колес шасси ЛА кинематически, причем привод ветродвигателя,установленный на подшипниках на несущей оси,связан кинематически с полуосью вращения нижнего ветроколеса через конусные шестерни и с при водным валом ведущих колес шасси через муфту сцепления. Управление полетом ЛА выполняется штурвалом управления ЛА. Авторотация соосных ветроколес ветродвигателя осуществляется за счет набегающего воздушного потока на лопасти ветроколес, находящихся в рабочем положении, плоскость которых перпендикулярна плоскости вращения ветроколеса, при этом соосные ветроколеса вращаются с одинаковой угловой скоростью в противоположных направлениях. Подъемная аэродинамическая сила создается на лопастях ветроколес, находящихся во флюгерном положении, плоскость которых лежит в плоскости вращения ветроколеса. Сила тяги, необходимая для поступательного полета ЛА, создается на ветроколесах при принудительном их вращении от мускульной силовой установки за счет машущего движения лопастей, находящихся в рабочем положении, когда линейная скорость вращения ветроколес будет больше скорости набегающего воздушного потока на ЛА. Предлагаемая конструктивная схема мускулолета, используя ветродвигатель как единый винт в создании подъемной аэродинамической силы и силы тяги в ЛА, обеспечивает ему эффективное использование энергии ветра в увеличении подъемной аэродинамической силы, а также обеспечивает безопасность полета ЛА при отсутствии поступательной скорости движения. 11008 Изобретение относится к авиационной технике, в частности, к летательным аппаратам (ЛА) с мускульным приводом - мускулолетам. Известен способ полета летательного аппарата(предварительный патент Казахстана 10310 от 05.09.2000, В 64 С 27/02, В 64 С 23/00. Способ полета летательного аппарата. Опубликован в бюллетене Промышленная собственность Казахстана, 2001, 6), заключающийся в создании подъемной аэродинамической силы от набегающего потока воздуха и силы тяги, создаваемой тянущим винтом, приводимым во вращение силовой установкой, в котором для создания подъемной аэродинамической силы применяют ветродвигатель (патент Казахстана 8440 от 06.10.98,037/02. Ветродвигатель. Опубликован в бюллетене Промышленная собственность Казахстана, 2001,1), плоскостям вращения лопастей ветроколес которого придают положительный угол атаки относительно набегающего потока воздуха, при этом лопасти соосных ветроколес вращают свободно набегающим потоком воздуха с одинаковой угловой скоростью в противоположных направлениях - режим авторотации, или принудительно - от силовой установки в том же направлении, что и при авторотации, причем лопасти ветродвигателя в рабочем положении выполняют функцию лопасть-тянущий винт, лопасти во флюгерном положении выполняют функцию лопастьдинамическое крыло, однако летательного аппарата,использующего этот способ полета, нет. Известен мускулолет (патент 2219055, кл. В 64 С 31/04, 1974, прототип), включающий паруса,состоящие из двух щитов, соединенных один с другим вдоль верхней балки, паруса соединены с рамой,образующей фюзеляж мускулолета, два конца верхней балки соединены тросом, прикрепленным к рычагу управления, установленного на раме, рама опирается на шасси, состоящее из двух передних ведущих колес и заднего колеса, передние ведущие колеса соединены между собой приводным валом(осью), центральная часть которого образует две противоположные рукоятки, выполняющие функции ножного привода, приводной вал соединен цепью с двумя рукоятками, выполняющими функции ручного привода, в передней части фюзеляжа установлено сиденье, а в хвостовой установлен киль и стабилизатор, выполняющие функции руля управления и руля глубины, лопасти вставлены внутри передних ведущих колес, сверху которых установлены заслонки,выполненные в виде полуцилиндров и прикрепленных к раме. Одним из основных недостатков этого мускулолета является, во-первых, малый КПД механизма (устройства), создающего силу тяги в ЛА, и большое его лобовое сопротивление, во-вторых, неэффективное использование энергии ветра в увеличении подъемной аэродинамической силы. Техническим результатом изобретения является повышение в мускулолете КПД механизма, создающего силу тяги, и повышение коэффициента исполь 2 зования энергии ветра в увеличении подъемной аэродинамической силы. Сущность изобретения заключается в том, что в известном мускулолете, содержащем фюзеляж, опирающийся на шасси, включающее два ведущих колеса, соединенных между собой приводным валом,приводной вал соединен цепью с двумя рукоятками,выполняющими функции ручного привода, ножной привод выполнен в виде двух противоположных рукояток, в передней части фюзеляжа установлено сиденье, а в хвостовой установлен киль и стабилизатор, снабжен ветродвигателем с соосной схемой расположения лопастных ветроколес, ось вращения которых отклонена относительно вертикальной оси летательного аппарата, причем оба ветроколеса установлены каждое на своей полуоси, которые кинематически связаны конусными шестернями, а копиры, установленные на торцах поворотной головки ветродвигателя, развернуты относительно друг друга на 180, при этом ветродвигатель установлен над фюзеляжем и прикреплен к нему полуосью вращения нижнего лопастного ветроколеса, которая установлена в подшипниках несущей оси, закрепленной подвижно своими концами в фюзеляже, в передней части которого установлена консоль мускульной силовой установки, включающая ручной и ножной приводы, связанные между собой и с приводным валом ведущих колес шасси летательного аппарата кинематически, причем привод ветродвигателя,установленного на подшипниках на несущей оси,связан кинематически с полуосью вращения нижнего ветроколеса через конусные шестерни привода ветродвигателя и с приводным валом ведущих колес шасси через муфту сцепления, при этом лопасти соосных ветроколес установлены с возможностью свободного вращения набегающим потоком воздуха с одинаковой угловой скоростью в противоположных направлениях или принудительного вращения от мускульной силовой установки, причем лопасти ветродвигателя в рабочем положении выполняют функцию тянущего винта, а во флюгерном положении - динамического крыла, управляющая ось, проходящая через полость полуоси нижнего ветроколеса, закреплена одним концом с поворотной головкой ветродвигателя, другим концом соединена со штурвалом управления летательного аппарата. На фиг. 1 представлена конструктивная схема мускулолета в горизонтальном полете, вид с боку, на фиг. 2 - то же, вид спереди со стороны крепления ветродвигателя к фюзеляжу, на фиг. 3 - вид сверху. Летательный аппарат с мускульным приводом содержит ветродвигатель 1 с соосной конструктивной схемой расположения лопастных ветроколес 2. Каждое из двух ветроколес 2 вращается на своей полуоси 3, которые связаны кинематически между собой конусными шестернями 4. Копиры 5, установленные на торцах поворотной головки 6 ветродвигателя 1, развернуты относительно друг друга на 180 о. Ветродвигатель 1 установлен над фюзеляжем 7 и крепится с ним полуосью 3 вращения нижнего лопа 11008 стного ветроколеса 2, которая установлена в подшипниках несущей оси 8, закрепленной подвижно своими концами в фюзеляже 7, выполненного в виде решетчатой фермы и опирающегося на шасси 9. В хвостовой части фюзеляжа 7 установлен киль 10, на верхней кромке которого установлен стабилизатор 11. В передней части фюзеляжа 7 установлены сиденье 12 и консоль 13 мускульной силовой установки,состоящая из ручного 14 и ножного 15 приводов,связанных между собой и с приводным валом 16 ведущих колес шасси 9 летательного аппарата кинематически. Привод 17 ветродвигателя установлен на подшипниках на несущей оси 8, связан кинематически с полуосью 3 вращения нижнего ветроколеса 2 через конусные шестерни 18 привода ветродвигателя и с приводным валом 16 ведущих колес шасси 9 через муфту сцепления 19. Управляющая ось 20,проходящая через полость полуоси 3 нижнего ветроколеса 2, закреплена одним концом с поворотной головкой 6 ветродвигателя, а другим концом соединена со штурвалом 21 управления летательного аппарата. Взлет летательного аппарата с мускульным приводом осуществляется следующим образом. Пилот,учитывая скорость набегающего потока воздуха на ЛА, движением штурвала 21 вперед или назад, выполняющего ручной привод поворота несущей оси 8 относительно поперечной оси ЛА, устанавливает соответствующий положительный угол атакиплоскостям вращения ветроколес 2 относительно направления набегающего потока воздуха, а также отключает муфтами сцепления 19 приводной вал 16 ведущих колес шасси 9 летательного аппарата от привода 17 ветродвигателей. Затем выполняется разбег летательного аппарата за счет вращения пилотом, находящимся на сиденье 12, педалей ручного 14 и ножного 15 приводов, которые связаны между собой и с приводным валом 16 ведущих колес шасси 9 кинематически. При этом ветродвигатели 1 находятся в режиме авторотации, при котором верхнее и нижнее относительно поворотной головки 6 ветродвигателя соосные ветроколеса 2 свободно вращаются от набегающего потока воздуха с одинаковой угловой скоростью , но в противоположных направлениях за счет кинематической связи полуосей 3 вращения ветроколес 2 через конусные шестерни 4 и развернутого положения копиров 5 на торцах поворотной головки 6 ветродвигателя относительно друг друга на 180 (см. фиг. 1). Лопасти ветроколес 2, выполняющие функции лопасть-тянущий винт 22,воспринимают набегающий поток воздуха всей своей плоскостью, образуя с ним угол 90 о - , вызывая тем самым эффективную и быструю раскрутку ветроколес 2, создающих подъемную аэродинамическую силу за счет лопастей, выполняющих функции лопасть-динамическое крыло 23 (см. фиг. 2). На фиг. 3 уголопределяет угол сектора перехода(разворота) лопастей ветроколес 2 из фазы лопастьтянущий винт 22 в фазу лопасть-динамическое крыло 23 и наоборот, а угловые секторыиопреде ляют положение лопастей нижнего и верхнего ветроколеса 2, соответственно, в фазе лопасть-тянущий винт 22. При достижении на этапе разбега определенной скорости поступательного движения ЛА начнет возникать достаточная подъемная аэродинамическая сила для взлета и вместе с ней начнет возникать потеря сцепления ведущих колес шасси 9 летательного аппарата с поверхностью земли, что станет условием включения муфты сцепления 19 и подключения приводного вала 16 ведущих колес шасси 9 к приводу 17 ветродвигателя, который связан кинематически с полуосью 3 вращения нижнего ветроколеса 2 через конусные шестерни 18 привода ветродвигателя. Тогда, увеличивая принудительно от мускульных приводов 14, 15 скорость вращения ветроколес 2 по сравнению со скоростью их вращения в режиме авторотации, увеличивается подъемная аэродинамическая сила на лопастях-динамическое крыло 23, а за счет машущего движения лопастейтянущий винт 22 в плоскости вращения ветроколес увеличивается сила тяги ЛА. Так осуществляется полет мускулолета, при котором киль 10 и стабилизатор 11 в хвостовой части фюзеляжа 7 обеспечивают устойчивость его полета. Полет мускулолета может проходить в режимах прямолинейного полета и/или поступательного полета. Режим прямолинейного полета, при котором сохраняются скорость поступательного полета и высота, обеспечивается принудительным вращением ветроколес 2 от мускульной силовой установки с определенной угловой скоростьюв зависимости от скорости набегающего потока воздуха снизу (восходящие потоки) и навстречу движения ЛА, а также установленного угла атаки . Режим поступательного полета ЛА циклический и включает в себя фазу планирования с последующей фазой набора высоты. Фаза планирования выполняется за счет поступательного полета ЛА в режиме авторотации ветродвигателей 1. После потери некоторой высоты полета (снижения) и скорости поступательного полета ЛА выполняется переход на режим набора высоты за счет принудительного вращения соосных ветроколес 2 от приводов 14, 15 мускульной силовой установки в том же направлении, что и при авторотации. Затем цикл повторяется. Режим маневрирования (повороты). Прямолинейное движение ЛА в полете обеспечивается удержанием поворотной головки 6 ветродвигателя с помощью штурвала 21 управления ЛА через управляющую ось 20, который исключает вращение поворотной головки 6 ветродвигателя вокруг полуосей 3 вращения ветроколес и ориентирует вектор силы тяги ветродвигателя 1 вдоль продольной оси ЛА. Поворот в ту или иную сторону вокруг вертикальной оси ЛА выполняется поворотом штурвала 21 и соединенного с ним через управляющую ось 20 поворотную головку 6 ветродвигателя на уголотносительно продольной оси ЛА. В результате изменения направления вектора силы тяги ветродвигателя 1 относительно предыдущего направления, которое 3 11008 вызвано угловым изменением положения копиров 5 в плоскости вращения ветроколес 2, возникает момент вращения фюзеляжа 7 ЛА относительно его вертикальной оси за счет бокового набегающего потока воздуха от ветродвигателя на киль 10, обеспечивая тем самым ориентацию киля 10 и продольной оси ЛА с установленным направлением вектора силы тяги ветродвигателя 1. Таким образом, учитывая скорость набегающего потока воздуха, а также регулируя штурвалом 21 управления ЛА величину угла атаки и угловую скорость вращения ветроколес 2 от приводов 14, 15 мускульной силовой установки, можно регулировать величину подъемной аэродинамической силы и силу тяги летательного аппарата, а изменением угла поворота поворотной головки 6 ветродвигателя штурвалом 21 управления ЛА можно задавать направления вектору силы тяги ЛА. Предлагаемая конструктивная схема мускулолета, используя ветродвигатель как единый винт в создании подъемной аэродинамической силы и силы тяги в ЛА, обеспечивает эффективное использование энергии ветра в увеличении подъемной аэродинамической силы, а также обеспечивает безопасность полета ЛА при отсутствии поступательной скорости его движения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Мускулолет, содержащий фюзеляж, опирающийся на шасси, включающее два ведущих колеса, соединенных между собой приводным валом, приводной вал соединен цепью с двумя рукоятками, выполняющими функции ручного привода, ножной привод выполнен в виде двух противоположных рукояток, в передней части фюзеляжа установлено сиденье, а в хвостовой установлен киль и стабилиза 4 тор, отличающийся тем, что он снабжен ветродвигателем с соосной схемой расположения лопастных ветроколес, ось вращения которых отклонена относительно вертикальной оси летательного аппарата,причем оба ветроколеса установлены каждое на своей полуоси, которые кинематически связаны конусными шестернями, а копиры, установленные на торцах поворотной головки ветродвигателя, развернуты относительно друг друга на 180, при этом ветродвигатель установлен над фюзеляжем и прикреплен к нему полуосью вращения нижнего лопастного ветроколеса, которая установлена в подшипниках несущей оси, закрепленной подвижно своими концами в фюзеляже, в передней части которого установлена консоль мускульной силовой установки,включающая ручной и ножной приводы, связанные между собой и с приводным валом ведущих колес шасси летательного аппарата кинематически, причем привод ветродвигателя, установленного на подшипниках на несущей оси, связан кинематически с полуосью вращения нижнего ветроколеса через конусные шестерни привода ветродвигателя и с приводным валом ведущих колес шасси через муфту сцепления, при этом лопасти соосных ветроколес установлены с возможностью свободного вращения набегающим потоком воздуха с одинаковой угловой скоростью в противоположных направлениях или принудительного вращения от мускульной силовой установки, причем лопасти ветродвигателя в рабочем положении выполняют функцию тянущего винта, а во флюгерном положении - динамического крыла, управляющая ось, проходящая через полость полуоси нижнего ветроколеса, закреплена одним концом с поворотной головкой ветродвигателя, другим концом соединена со штурвалом управления летательного аппарата.