RU2657592C1

RU2657592C1 - Method for producing the driving force of an aircraft

Info

Publication number: RU2657592C1
Application number: RU2017109596A
Authority: RU
Inventors: Юрий Петрович Андреев
Original assignee: Юрий Петрович Андреев
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2018-06-14

Abstract

FIELD: aircraft engineering.

SUBSTANCE: invention relates to aircraft engineering. Method for producing the driving force of an aircraft is characterized in that the direction and value of the driving force are varied by adjusting the gas flow rate inside the body, which is formed from impermeable side walls. Lower and upper walls are made in the form of a frame, the cells of which are equipped with membranes whose hole size is less than the free path length of the gas molecules. Inside the body, partitions are made in the form of compartments with through openings, through which fans pressurize the air, directing its flow through the membranes of the upper wall of the body.

EFFECT: invention is aimed at widening the range of equipment.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к авиатехнике и может быть применено при создании летательных аппаратов, основанных на диффузионном принципе создания движущей (подъемной) силы [B64C 39/06].The invention relates to aircraft and can be used to create aircraft based on the diffusion principle of creating a driving (lifting) force [B64C 39/06].

Известен СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ [А.С. Иванов, А.Т. Проказа. "Мир механики и техники", Москва: Просвещение, 1993 г., с.184], в котором крыло асимметричного аэродинамического профиля перемещают в воздушном пространстве под углом атаки к плоскости перемещения.Known METHOD FOR CREATING LIFTING FORCE [A.S. Ivanov, A.T. Leprosy. "World of Mechanics and Technology", Moscow: Education, 1993, p.184], in which the wing of an asymmetric aerodynamic profile is moved in airspace at an angle of attack to the plane of movement.

Недостатком аналога является низкий коэффициент подъемной силы при малых скоростях, обусловленный тем, что для поддержания равновесия между подъемной силой и силой тяжести летательный аппарат должен постоянно двигаться со скоростью, превышающей минимально возможную.The disadvantage of the analogue is the low coefficient of lift at low speeds, due to the fact that in order to maintain equilibrium between lift and gravity, the aircraft must constantly move at a speed exceeding the minimum possible.

Также из уровня техники известен СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ [RU 2000101530 А, опубл. 10.11.2001 г.], в котором крыло аэродинамического профиля выполняют в форме конусного кольца, усеченная вершина конуса которого направлена вверх, и угол конусности которого соответствует углу атаки. В центральной части крыла создают равномерный радиально в горизонтальном направлении и по высоте крыла воздушный поток с помощью центробежного вентилятора. Недостатком данного аналога является низкий коэффициент подъемной силы при малых скоростях, а также неэффективное использование площади крыла корпуса летательного аппарата.Also known from the prior art A METHOD FOR CREATING A LIFTING FORCE [RU 2000101530 A, publ. November 10, 2001], in which the wing of the aerodynamic profile is made in the form of a conical ring, the truncated apex of the cone of which is directed upward, and whose taper angle corresponds to the angle of attack. In the central part of the wing create uniform radial in the horizontal direction and the height of the wing air flow using a centrifugal fan. The disadvantage of this analogue is the low coefficient of lift at low speeds, as well as the inefficient use of the wing area of the aircraft hull.

Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ ДЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА [RU 2406650 C1, опубл. 20.12.2010 г.], в котором крыло выполняют полым в форме кольца, через радиально-щелевое сопло нагнетают воздух в центральную полость крыла, которую разделяют винглетами на обеих стенках, с образованием равных сегментов, при этом радиально-щелевое сопло имеет в разрезе форму конуса или сопла Лаваля, а в каждом сегменте сверху и/или снизу крыла выполняют по не менее чем одной щели, ведущей в сегменты, причем щели выполняют с возможностью перекрытия посредством клапанов, а направление и силу тяги регулируют посредством открытия/закрытия клапанов и регулирования скорости потоков через радиально-щелевое сопло.The closest in technical essence is the METHOD FOR CREATING A LIFT FORCE FOR Aircraft [RU 2406650 C1, publ. December 20, 2010], in which the wing is hollow in the form of a ring, air is injected through the radial slot nozzle into the central wing cavity, which is separated by winglets on both walls, with the formation of equal segments, while the radial slot nozzle has a sectional shape the Laval cone or nozzle, and in each segment above and / or below the wing, at least one slit leading to the segments is made, the slots being overlapped by valves, and the direction and thrust are controlled by opening / closing the valves and controlling the speed of flows through a radial slot nozzle.

Основной технической проблемой прототипа является неэффективное использование площади крыла летательного аппарата для создания подъемной силы, которое обусловлено использованием для создания подъемной силы радиально-щелевых сопел, площадь которых составляет незначительную часть от общей площади крыла летательного аппарата, при этом необходимость создание замкнутых кольцевых воздушных потоков ограничивает использование иных форм корпуса крыла летательного аппарата, чем круглая.The main technical problem of the prototype is the inefficient use of the wing area of the aircraft to create lift, which is caused by the use of radial slot nozzles to create lift, the area of which is an insignificant part of the total wing area of the aircraft, while the need to create closed annular air flows limits the use of other forms of body wing aircraft than round.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.The objective of the invention is to eliminate the disadvantages of the prototype.

Техническим результатом изобретения является более эффективное использование площади летательного аппарата для создания подъемной силы, обеспечение возможности применения любых геометрических форм той части корпуса летательного аппарата, которая предназначена для создания движущей (подъемной) силы.The technical result of the invention is a more efficient use of the area of the aircraft to create lift, making it possible to use any geometric shapes of that part of the hull of the aircraft, which is designed to create a driving (lifting) force.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ создания движущей силы летательного аппарата, характеризующийся тем, что изменяют направление и значение движущей силы посредством регулирования скорости потока газа внутри корпуса, отличающийся тем, что корпус летательного аппарата формируют из непроницаемых боковых стенок, а нижнюю и верхнюю стенки выполняют в виде каркаса, на ячейки которого установлены мембраны, размер отверстия в которых меньше длины свободного пробега молекул газа; внутри корпуса выполняют перегородки в виде отсеков, имеющих сквозные проемы, через которые вентиляторами нагнетают давление воздуха, направляя его поток через мембраны нижней стенки корпуса. В частности, направление и значение движущей силы изменяют посредством регулирования скорости и направления газа, создаваемого вентиляторами.The specified technical result is achieved due to the fact that the method of creating the driving force of the aircraft, characterized in that they change the direction and value of the driving force by adjusting the gas flow rate inside the body, characterized in that the body of the aircraft is formed from impermeable side walls, and the lower and the upper wall is made in the form of a frame, on the cells of which membranes are installed, the size of the holes in which is less than the mean free path of gas molecules; inside the housing, partitions are made in the form of compartments having through openings through which fans pump air pressure, directing its flow through the membranes of the lower wall of the housing. In particular, the direction and value of the driving force is changed by adjusting the speed and direction of the gas generated by the fans.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На Фиг. 1 показан вид конструкции летательного аппарата сбоку, в разрезе.In FIG. 1 shows a cross-sectional side view of the structure of an aircraft.

На Фиг. 2 показан вид летательного аппарата сверху или снизу с увеличенным фрагментом каркаса с мембранами.In FIG. 2 shows a top or bottom view of an aircraft with an enlarged fragment of a membrane skeleton.

На чертеже обозначено: 1 - корпус крыла, 2 - мембраны, 3 - перегородка, 4 - вентиляторы, 5 - нижняя стенка, 6 - верхняя стенка, 7 - каркас.The drawing indicates: 1 - wing body, 2 - membranes, 3 - partition, 4 - fans, 5 - lower wall, 6 - upper wall, 7 - frame.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Летательный аппарат (ЛА) (см. Фиг. 1, 2), реализующий заявленный способ создания движущей силы в газовой среде, содержит корпус 1 из непроницаемых боковых стенок, а нижнюю и верхнюю стенки выполняют в виде каркаса 7, на ячейки которого установлены мелкие мембраны 2.Aircraft (LA) (see Fig. 1, 2), which implements the claimed method of creating a driving force in a gaseous medium, contains a housing 1 of impermeable side walls, and the lower and upper walls are made in the form of a frame 7, on the cells of which are installed small membranes 2.

Внутри корпуса выполняют перегородки в виде отсеков 3, имеющих сквозные проемы, через которые вентиляторами 4 нагнетают давление воздуха, направляя его поток через мембраны 2 нижней стенки 5 корпуса.Inside the body, partitions are made in the form of compartments 3 having through openings, through which fans 4 pump air pressure, directing its flow through the membranes 2 of the lower wall 5 of the body.

Мембраны 2 выполнены из тонкого материала с небольшими отверстиями, размеры которых малы по сравнению с длиной свободного пробега молекул газа. В соответствии с заявленным изобретением в качестве ЛА может использоваться в т.ч. фюзеляж летательного аппарата, если верхнюю и нижнюю части корпуса фюзеляжа выполнить из мембран 2 таким образом, чтобы внутри корпуса фюзеляжа летательного аппарата под мембранами 2 можно было создавать пониженное или повышенное давление относительно давления окружающего газа.The membranes 2 are made of thin material with small holes, the dimensions of which are small compared to the mean free path of gas molecules. In accordance with the claimed invention as an aircraft can be used incl. the fuselage of the aircraft, if the upper and lower parts of the fuselage body are made of membranes 2 so that inside the body of the fuselage of the aircraft under the membranes 2 it is possible to create low or high pressure relative to the pressure of the surrounding gas.

Согласно молекулярно-кинетической теории газов, давление газа на стенки - это результат ударов множества молекул в стенку. Как об этом пишется [Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.2. ФИЗМАТЛИТ, 2005 г., с.188], взаимодействие молекулы со стенкой можно мысленно разделить на 2 этапа. На первом этапе - молекула тормозится стенкой, останавливается и как бы прилипает к стенке. При этом на стенку действует сила F1. На втором этапе - молекула отталкивается стенкой, ускоряется и отскакивает от стенки. На стенку действует сила F2. Эта сила подобна силе отдачи при выстреле из орудия, где роль снаряда играет отскочившая молекула. На самом деле эти 2 этапа происходят одновременно, и на стенку действует результирующая сила F=F1+F2. Если каким-то образом удалось бы ограничить взаимодействие молекулы со стенкой одним этапом, то тогда молекулы газа оказывали вдвое меньшее давление на стенку. Сделать это можно с использованием мембраны с микроскопическими отверстиями, где толщина мембраны и размер отверстий меньше длины свободного пробега молекул в газе. Такая мембрана позволяет как бы увеличивать или уменьшать внешнее давление, увеличивая или уменьшая внутреннее давление в сосуде. Но это возможно только в том случае, если размер отверстия в мембране меньше длины свободного пробега молекул газа.According to the molecular-kinetic theory of gases, the pressure of the gas on the walls is the result of the impact of many molecules on the wall. How is it written [Sivukhin D.V. General physics course. T.2. FIZMATLIT, 2005, p.188], the interaction of a molecule with a wall can be mentally divided into 2 stages. At the first stage, the molecule is inhibited by the wall, stops and, as it were, adheres to the wall. In this case, the force F1 acts on the wall. At the second stage, the molecule is repelled by the wall, accelerated and bounced off the wall. The force F2 acts on the wall. This force is similar to the recoil force when fired from a gun, where a bounced molecule plays the role of a projectile. In fact, these 2 stages occur simultaneously, and the resulting force F = F1 + F2 acts on the wall. If somehow we could limit the interaction of the molecule with the wall in one step, then the gas molecules exerted half the pressure on the wall. This can be done using a membrane with microscopic holes, where the thickness of the membrane and the size of the holes are less than the mean free path of the molecules in the gas. Such a membrane makes it possible to increase or decrease the external pressure, increasing or decreasing the internal pressure in the vessel. But this is only possible if the size of the hole in the membrane is less than the mean free path of gas molecules.

Способ создания движущей силы летательного аппарата в газовой среде может быть осуществлен следующим образом.A method of creating a driving force of an aircraft in a gas environment can be carried out as follows.

Перед созданием движущей силы внешнее давление газа соответствует давлению газа в зонах перед нижней 5 и верхней 6 стенках корпуса 1, при этом количество молекул газа, которые проходят через мембраны 2 во внутрь корпуса 1, соответствует количеству молекул газа, которые проходят через мембраны 2 во внешнюю среду.Before creating a driving force, the external gas pressure corresponds to the gas pressure in the zones in front of the lower 5 and upper 6 walls of the housing 1, while the number of gas molecules that pass through the membrane 2 into the inside of the housing 1 corresponds to the number of gas molecules that pass through the membrane 2 to the external Wednesday

Для создания движущей силы включают вентиляторы 4, смонтированные в проемах перегородок 3 и направляют потоки газа в нижнюю полость через мембраны нижней стенки 5, тем самым создают в ней избыточное давление, а в верхней полости возле стенки 6 создают область разрежения относительно внешнего давления газа, при этом через отверстия в нижней мембране 2 молекулы газа будут более часто вылетать из объема нижней стенки 5 корпуса 1, чем влетать в него, а через отверстия в верхней стенке 6 мембран 2 молекулы газа будут более часто влетать во внутренний объем верхней части 6 корпуса 1, чем вылетать из него, таким образом с внешней стороны верхней мембраны уменьшится общее количество молекул газа и внешнее давление газа - на верхнюю мембрану, а с внешней стороны нижней мембраны увеличится общее количество молекул газа и внешнее давление газа - на нижнюю мембрану. В результате чего на летательный аппарат будет действовать сила, стремящаяся поднять его вверх.To create a driving force, fans 4 are mounted in the openings of the partitions 3 and direct gas flows into the lower cavity through the membranes of the lower wall 5, thereby creating excessive pressure in it, and in the upper cavity near the wall 6 create a rarefaction region relative to the external gas pressure, this, through the holes in the lower membrane 2, gas molecules will more often fly out of the volume of the lower wall 5 of the housing 1 than fly into it, and through the holes in the upper wall 6 of the membranes 2 gas molecules will more often fly into the internal the volume of the upper part 6 of the housing 1 than to fly out of it, thus, the total number of gas molecules and the external gas pressure on the upper membrane will decrease on the outer side of the upper membrane, and the total number of gas molecules on the outside of the lower membrane will increase and the external gas pressure will increase lower membrane. As a result, a force will act on the aircraft, striving to raise it up.

Для изменения направления действия движущей силы изменяют направление работы вентиляторов 4 и направляют потоки газа в верхнюю полость 6, тем самым создают в ней область повышенного давления, а в нижней полости 5 - область разрежения. В результате чего, на ЛА будет действовать сила, стремящаяся опустить его вниз.To change the direction of action of the driving force, the direction of operation of the fans 4 is changed and the gas flows are directed to the upper cavity 6, thereby creating a region of high pressure in it, and a depression region in the lower cavity 5. As a result, a force will act on the aircraft, seeking to lower it down.

Для изменения значения движущей силы изменяют скорость вращения вентиляторов 4. Таким образом, путем изменения давлений газа на нижнюю стенку 5 и верхнюю стенку 6 изменяют внешнее давление газа на корпус 1 и движущую силу ЛА.To change the value of the driving force, the rotation speed of the fans 4 is changed. Thus, by changing the gas pressures on the lower wall 5 and the upper wall 6, the external gas pressure on the housing 1 and the driving force of the aircraft are changed.

Применение мембран 2 на верхних и нижних стенках крыльев и/или фюзеляжа летательного аппарата позволяет более эффективно использовать площадь летательного аппарата для создания движущей силы, при этом мембраны 2 для обеспечения обмена молекулами газа с внешней средой и создания подъемной силы не ограничены какими-либо геометрическими формами, таким образом использование заявленного изобретения позволяет создавать летательные аппараты с крыльями или без них, а также в виде дисков и других геометрических форм.The use of membranes 2 on the upper and lower walls of the wings and / or fuselage of the aircraft allows more efficient use of the area of the aircraft to create a driving force, while membranes 2 to ensure the exchange of gas molecules with the external environment and create lift are not limited to any geometric shapes Thus, the use of the claimed invention allows you to create aircraft with or without wings, as well as in the form of disks and other geometric shapes.

Мембраны могут быть выполнены, например, в виде трековых мембран [http://www.fitrem.ru/index.php?action=stat&idstat=3,Membranes can be made, for example, in the form of track membranes [http://www.fitrem.ru/index.php?action=stat&idstat=3,

http://www.simas.ru/products/neft/filters/membr/membr_9588.html], органических полимерных мембран [http://www.mediana-filter.ru/kh3_4.html], графеновых мембран [http://meganauka.com/technologii/938-grafenovaya-membrana-opresnyaet-vodu.html] или лавсановых наномембран [http://web2edu.ru/shared/post.aspx?PK=bdbbdaa1-874a-4426-98e0-3afc48eec719].http://www.simas.ru/products/neft/filters/membr/membr_9588.html], organic polymer membranes [http://www.mediana-filter.ru/kh3_4.html], graphene membranes [http: / /meganauka.com/technologii/938-grafenovaya-membrana-opresnyaet-vodu.html] or lavsan nanomembranes [http://web2edu.ru/shared/post.aspx?PK=bdbbdaa1-874a-4426-98e0-3afc48eec719].

Конструкция летательного аппарата, реализующего описанный способ, позволяет уменьшить габаритные размеры летательного аппарата, сохраняя при этом номинальную движущую (подъемную) подъемную силу.The design of the aircraft that implements the described method allows to reduce the overall dimensions of the aircraft, while maintaining the nominal driving (lifting) lifting force.

Claims

1. A method of creating a driving force of an aircraft, characterized in that they change the direction and value of the driving force by adjusting the gas flow rate inside the hull, characterized in that the hull of the aircraft is formed of impermeable side walls, and the lower and upper walls are made in the form of a frame, on the cells of which membranes are installed, the size of the holes in which is less than the mean free path of gas molecules; inside the housing, partitions are made in the form of compartments having through openings through which fans pump air pressure, directing its flow through the membranes of the upper wall of the housing.

2. The method according to p. 1, characterized in that the direction and value of the driving force is changed by adjusting the speed and direction of the gas created by the fans.