Летательный аппарат

39/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(57) 1. Летательный аппарат (1), уравновешенный по крутящему моменту, содержащий расположенный на центральной оси (3), приводимый в действие от двигателя пропеллер(5) и средство (6) для приема полезной нагрузки, при этом центральный, приводимый в действие от приводного двигателя (4) пропеллер (5), с одной стороны, и по отношению к нему двигатель (4) и/или расположенное на нем средство уравновешивания крутящих моментов, с другой стороны, выполнены с возможностью вращения в противоположных направлениях и в целом установлены по отношению к средству для приема полезной нагрузки, по существу, с возможностью вращения вокруг одной оси (3, 3), а для поворота или смещения средства для приема полезной нагрузки относительно приводного двигателя установлен сервопривод (14, 14 а), отличающийся тем, что в качестве средства уравновешивания крутящих моментов предусмотрено кольцевое крыло (2). 2. Летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что в воздушном потоке от пропеллера (5) расположены лопатки (12) турбины, работающей от отработанного воздуха,жестко соединенные с кольцевым крылом (2). 6567 1 3. Летательный аппарат по пп. 1 или 2, отличающийся тем, что кольцевое крыло образовано, в основном, полым кольцевым телом (2) с направленными наружу, в положении покоя, по существу, горизонтально расположенными элементами (10) крыла. 4. Летательный аппарат по одному из предшествующих пп. 1-3, отличающийся тем,что кольцевое крыло (2) на своей поверхности снабжено направляющими лопатками для увеличения подъемной силы. 5. Летательный аппарат по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что на переходном участке между приводным двигателем (4) с пропеллером (5), кольцевым крылом (2) и средством (6) для приема полезной нагрузки предусмотрено устройство поворота вокруг опорной цапфы (13) для изменения вертикального угла между средней осью (3) привода, с одной стороны, и осью (3) средства для приема полезной нагрузки, с другой стороны. 6. Летательный аппарат по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что на переходном участке между приводным двигателем (4) с пропеллером (5), кольцевым крылом (2) и средством (6) для приема полезной нагрузки для перемещения центра тяжести системы установлен привод (23) для смещения средней оси (3 а) привода относительно средней оси(3 а) средства для приема полезной нагрузки. 7. Летательный аппарат по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что на кольцевом крыле (2) расположен впускной диффузор (23) над пропеллером (5) и выпускной диффузор (24) под пропеллером (5). 8. Летательный аппарат по одному из пп. 1-7, отличающийся тем, что элементы крыла или поворотные крылья (10) на их внешней кромке снабжены центробежными грузиками (25) для изменения угла установки поворотных крыльев (10) при падении при неработающем двигателе летательного аппарата (1) с кольцевым крылом. 9. Летательный аппарат, уравновешенный по крутящему моменту, содержащий расположенный на центральной оси (3), приводимый в действие от двигателя пропеллер (5) и средство (6) для приема полезной нагрузки, при этом центральный, приводимый в действие от приводного двигателя (4) пропеллер (5), с одной стороны, и по отношению к нему двигатель (4) и/или расположенное на нем средство уравновешивания крутящих моментов, с другой стороны, выполнены с возможностью вращения в противоположных направлениях и в целом установлены по отношению к средству для приема полезной нагрузки, по существу, с возможностью вращения вокруг одной оси (3, 3), а для поворота или смещения средства для приема полезной нагрузки относительно приводного двигателя установлен сервопривод (14, 14 а), отличающийся тем, что в качестве средства уравновешивания крутящих моментов предусмотрена турбина (12), работающая от отработанного воздуха, вращающееся противоположно пропеллеру (5) кольцо (30), диск, цилиндр (31) и/или поворотный обод, имеющий поворотные крылья. 10. Летательный аппарат по п. 1 или 9, отличающийся тем, что в качестве средства уравновешивания крутящих моментов предусмотрены вращающиеся в противоположные стороны элементы приводного двигателя и/или вращающийся в противоположном направлении второй двигатель с уравновешивающими массами. 11. Летательный аппарат по одному из пп. 1-10, отличающийся тем, что средство уравновешивания крутящих моментов снабжено вращающимися массами (35, 35 а), установленными с возможностью перемещения в радиальном направлении наружу и/или внутрь. 12. Летательный аппарат по одному из пп. 1-11, отличающийся тем, что пропеллер(5) с центральным валом, приводным двигателем и средством уравновешивания крутящих моментов закрыт имеющим аэродинамическую форму кожухом (38). 6567 1 Изобретение относится к уравновешенному по крутящему моменту летательному аппарату с расположенным по центральной оси, приводимым в действие от двигателя пропеллером и со средством для приема полезной нагрузки, при этом центральный, приводимый в действие от приводного двигателя пропеллер, с одной стороны, и двигатель и/или расположенное на нем средство уравновешивания крутящих моментов, с другой стороны,выполнены с возможностью вращения в противоположных направлениях и в целом по отношению к части для приема полезной нагрузки установлены, по существу, с возможностью вращения вокруг одинаковой оси, и что для поворота или смещения части для приема полезной нагрузки относительно приводного двигателя предусмотрен сервопривод. Такие летательные аппараты известны, например, из основополагающего 3 135 481 или из сравнимого по содержанию 37 29 231. Другие летательные аппараты с кольцевым крылом, работающие по принципу воздушной подушки, раскрыты, например, в 90/13478. Аналогичный летательный аппарат, по меньшей мере в отношении теории полета, раскрыт в -40 37 472-А 1. В -41 12 585 речь идет также об аналогичном принципе, при этом наряду с пропеллером вертикальной тяги предусмотрена маршевая турбина. Из множества других решений здесь можно еще назвать -37 34 811-А 1,-36 44 899-А 1, -36 06 362-А 1, ЕР-0 661 206-А 1, 1 038 846, 295 177 или патенты США 3 489 374, 3 394 906, соответственно 2 551 455. Главный недостаток известных решений заключается в их нестабильном полетном режиме, плохой возможности управления и, частично, в высоких технических затратах, при этом некоторые решения едва ли дают основание предполагать о возможности их полета. Задачей изобретения является найти решение, с помощью которого летательный аппарат может перевозить в стабильном полетном режиме и с простой возможностью управления полезные нагрузки и/или людей. Эта задача решается согласно изобретению тем, что в качестве средства уравновешивания крутящих моментов предусмотрено кольцевое крыло. Благодаря изобретению с помощью сравнительно простых средств становится возможным чрезвычайно стабильный, регулируемый полетный режим, т.е. выполненный таким образом летательный аппарат в состоянии удерживать полезную нагрузку в заданном положении, что имеет важное значение, например, тогда, когда в качестве полезной нагрузки предусмотрены измерительные инструменты или наблюдательная камера для инспекции, например строительной площадки. Летательный аппарат с кольцевым крылом согласно изобретению использует для создания чрезвычайно стабильного полетного режима противоположный крутящий момент двигателя, с одной стороны, и пропеллера, с другой стороны. Тяга складывается из подъемной силы пропеллера и подъемной силы кольцевого крыла. За счет того, что пропеллер вращается в выполненном в виде круглого кольца кольцевом крыле, возникает эффект туннельного воздушного винта, т.е. при одинаковой скорости вращения обоих вращающихся относительно друг друга тяговых органов возникает двойное тяговое усилие по сравнению с не находящимся в кольце воздушным винтом. Кроме того, снижается шумность. Подъемная сила кольцевого кольца возникает, в частности, за счет создания разряжения на верхней стороне кольцевого крыла с помощью создаваемого пропеллером воздушного потока, что называют также эффектом Коанда, под которым понимают отклонение потока при помещении неподвижного тела на пограничной поверхности потока. При этом воздушный поток отклоняется в направлении неподвижного турбулизатора и создает за счет изменения импульса реактивную силу, которая создает составляющие подъемной силы и тяги. Кроме того, изменяется распределение давления на кольцевом крыле, так что на верхней стороне кольцевого крыла возникает область разряжения, что приводит к дополнительной тяге всасывания и тем самым к увеличению подъемной силы. С помощью изобретения возможно простым способом размещать в заданном месте в воздухе полезные нагрузки, т.к. летательный аппарат согласно изобретению очень про 3 6567 1 стым образом совмещает летные свойства вертолета со свойствами горизонтально летящего самолета и использует преимущества обоих видов полета. За счет очень простого управления и простого обслуживания такой летательный аппарат с кольцевым крылом можно использовать в большом количестве различных областей применения. Здесь можно привести некоторые из них обнаружение старых грузов,измерение и контроль биотопов,учет лесных повреждений,тушение лесных пожаров (сброс нитроглицерина),охрана водных пространств (побережья, морей, рек),наблюдение за дорожным движением,защита от вредных воздействий,контроль за выбросом вредных веществ,измерение термических нагрузок,наблюдение за горными разрушениями,измерения радиоактивного излучения в области ядерных электростанций,наблюдение за трубопроводами (нефти, газа, воды),наблюдение за большими индустриальными зонами и установками,анализ вредных веществ в воздухе,экспедиционная разведка,оценка обстановки при катастрофах,измерение водных и земных поверхностей (аэрофотограмметрия),поиск пропавших людей в труднодоступных областях,контроль за природными заповедниками (защита видов, подсчет, наблюдение),передача изображений и данных,производство игровых и телефильмов (съемка трюков, установка камер),аэрофотосъемка (домов, фабрик, земельных участков и т.д.),оценка санитарного состояния,автоматический контроль за границей,контроль морских коммуникаций,измерение ветра для его оценки (ветровые электростанции),инспекция линий электропередачи,инспекция зданий, мостов, башен и плотин,подъем грузов и транспортировка,спасение людей в чрезвычайных ситуациях,эксклюзивная реклама для телекомпаний и международных рекламных агентств,телевизионные репортажи (прямой эфир из опасных зон, например из Боснии),контроль за зонами, стоящими под защитой ООН, или зонами перемирий. Предпочтительные варианты выполнения изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения. Кольцевое кольцо целесообразно образовано выполненным, по существу, полым кольцевым телом с направленными наружу, в положении покоя, по существу, горизонтально расположенными элементами крыла, причем такая конструкция делает возможным за счет выбора вида элементов крыла на внешней окружности кольцевого тела дополнительно обеспечивать подъемную силу наряду с винтом. Полое кольцевое тело можно, при необходимости, простым способом использовать как топливный бак, так как оно жестко соединено с опорой двигателя и поэтому обеспечивает простой подвод топлива к двигателю. С помощью элементов крыла или обрубленных крыльев на внешней окружности кольцевого тела можно за счет эффекта Магнуса создавать дополнительную подъемную силу,при этом расположение и число элементов крыла зависит, как правило, от полезной нагрузки. Внешние крылья вращаются, например, со скоростью, равной, примерно, 300 оборотов в минуту и создают как обыкновенные несущие плоскости самолета за счет профиля 4 6567 1 аэродинамическую подъемную силу. Число несущих плоскостей зависит, как уже указывалось, от величины необходимой подъемной силы. Дополнительный эффект можно создавать тем, что в отходящем от пропеллера потоке воздуха можно установить лопатки турбины, работающей от отработанного воздуха, с жестким соединением с кольцевым крылом, за счет чего можно дополнительно увеличить подъемную силу. Чрезвычайно простое управление летательным аппаратом с кольцевым крылом согласно изобретению можно осуществлять, например, двумя альтернативными путями, например, таким образом, что в переходной области между приводным двигателем с пропеллером и кольцевым крылом и частью для приема полезной нагрузки предусмотрено устройство поворота вокруг опорной цапфы для изменения вертикального угла между средней осью привода, с одной стороны, и средней осью полезной нагрузки, с другой стороны. Один вариант этой простой возможности управления состоит в том, что в переходной области между приводным двигателем с пропеллером и кольцевым крылом и частью для приема полезной нагрузки для смещения центра тяжести системы предусмотрен привод для смещения средней оси привода по отношению к средней оси части для приема полезной нагрузки. При этом возможно производить смещение или поворот с помощью серводвигателя. Как уже указывалось выше, имеются другие возможности выполнения средств уравновешивания крутящих моментов согласно изобретению. Так, например, может быть в соответствии с изобретением предусмотрено, что в качестве средства уравновешивания крутящих моментов предусмотрена сама турбина, работающая от отработанного воздуха,вращающееся противоположно пропеллеру кольцо, диск, цилиндр, имеющий обрубленные крылья, вращающийся обод и/или тому подобное. Другая возможность состоит в том, что в качестве средств уравновешивания крутящих моментов предусмотрены вращающиеся противоположно элементы приводногодвигателя и/или второй двигатель с противоположным направлением вращения с уравновешивающими массами. Наряду с также предусмотренным в изобретении поворотным рулем для создания наклонного положения и тем самым тягового усилия могут быть предусмотрены в пределах средств уравновешивания крутящих моментов смещаемые изнутри наружу и/или снаружи внутрь вращающиеся массы, которые могут перемещаться, например, электрически, гидравлически или пневматически, регулироваться центробежными силами или быть снабжены буферными пружинами. Для улучшения аэродинамики и для уменьшения шумности в другом варианте выполнения изобретения предусмотрено, что пропеллер с центральным валом, приводным двигателем и средством уравновешивания крутящих моментов окружен имеющим аэродинамическую форму кожухом. Другие признаки, подробности и преимущества изобретения следуют из нижеприведенного описания, а также чертежей, на которых изображено фиг. 1 - вид сбоку примера выполнения изобретения в упрощенном виде в частичном разрезе фиг. 2 - вид сверху по стрелкена фиг. 1 фиг. 3 - вид сбоку летательного аппарата согласно изобретению в положении полета вперед согласно примеру выполнения изобретения фиг. 4-11 - виды сбоку на другие видоизмененные примеры выполнения изобретения частично в упрощенном виде фиг. 12 - вид сбоку аэродинамической обшивки в упрощенном виде. Обозначенный на чертежах позицией 1 или 1 а (фиг. 4) летательный аппарат образован кольцевым крылом 2, имеющим, по существу, аналогичное несущей плоскости поперечное сечение, расположенным концентрично общей средней оси 3 пропеллером 5, приводимым в действие двигателем 4, и соединенной с этим силовым блоком частью 6 для приема полезной нагрузки. 5 6567 1 Кольцевое крыло 2 через опоры 7 кольцевого крыла жестко соединено с двигателем 4,при этом средство для приема полезной нагрузки в свою очередь соединено с силовым блоком, включающим пропеллер 5 и кольцевое крыло 2, через обозначенную в целом позицией 8 поворотную опору так, что силовой блок может поворачиваться по отношению к носителю 6 полезной нагрузки, который с помощью поворотного руля 9 стабилизирован в своем положении. Для увеличения подъемной силы принят ряд мер. Так, например, кольцевое крыло 2 имеет на своем внешнем периметре в примере по фиг. 2 шесть элементов 10 крыла, с другой стороны, в направлении создаваемого пропеллером 5 потока отработанного воздуха предусмотрена направляющая воронка 11, которая на своем нижнем свободном конце снабжена лопатками 12 турбины, работающей от отработанного воздуха. Как показано, в частности, на фиг. 1, в изображенном там примере образована переходная область от носителя 6 полезной нагрузки, с одной стороны, к состоящему из пропеллера, двигателя и кольцевого крыла силовому блоку, с другой стороны, и устройством,которое обеспечивает возможность поворота этих обоих блоков относительно друг друга вокруг опорной цапфы 13. Для этого может быть предусмотрен изображенный лишь схематично серводвигатель 14. С его помощью возможно повернуть блок из изображенного на фиг. 1 положения в указанное, например, на фиг. 3 положение. Для вертикального движения носителя 6 полезной нагрузки приводится в действие силовой блок так, что пропеллер 5 вращается в одном направлении, а кольцевое крыло 2 с внешними элементами 10 крыла вращается в другом направлении, так что созданные при этом обе составляющие подъемной силы складываются, противоположное вращение еще усиливается с помощью лопаток 12 турбины отработанного воздуха. Для того чтобы в горизонтальном положении создать тягу, приводится в действие серводвигатель 14 для достижения показанного на фиг. 3 положения так, что горизонтальные и вертикальные составляющие накладываются друг на друга и обеспечивают полет вперед. На носителе 6 для приема полезной нагрузки может быть предусмотрен ряд других необходимых или полезных для управления и работы этой полезной нагрузки элементов,как, например, распределенные по периметру антенны 15 предупреждения о препятствиях, предусмотренные, например, на посадочных опорах 16 так называемые антенны 17 посадочной глиссады, по меньшей мере, одна антенна 18 для управления высотой и т.п. В пропеллерном наконечнике 19 может быть размещен парашют или тормозной мешок, которые здесь не показаны подробно. В верхней части фиг. 1 изображена еще одна опора 20 скольжения для кольцевого крыла 2. Как там изображено, кольцевое крыло 2 снабжено внутренней полостью 21, которую можно использовать, например, в качестве топливного бака. Другая возможность размещения топливного бака имеется над поворотной опорой 8, там топливный бак обозначен позицией 22. На фиг. 4 при наличии аналогичных элементов показана другая возможность управления горизонтальным полетом. В данном случае средство 6 а для приема полезной нагрузки в области перехода к силовому блоку из двигателя 4 и кольцевого крыла 2 с расположенным внутри пропеллером 5 снабжено обозначенным в целом позицией 23 приводом перемещения, так что средство 6 а для приема полезной нагрузки может перемещаться горизонтально относительно средней оси привода 3 а. За счет этого смещается при соответствующем перемещении общий центр тяжести системы, что приводит к наклонному положению, в частности, кольцевого крыла 2 с пропеллером 5 так, что возможен горизонтальный полет согласно примеру выполнения по фиг. 3. На чертежах не показана возможность увеличения подъемной силы, которая состоит в том, что верхняя поверхность летательного аппарата с кольцевым крылом 2 снабжается направляющими лопатками. На фиг. 5 показан другой видоизмененный пример выполнения изобретения. Обозначенный в целом позицией 1 летательный аппарат с кольцевым крылом имеет кольцевое крыло 2 на опорах 7 кольцевого крыла, при этом функционально одинаковые части 6 6567 1 описанных предшествующих примеров выполнения обозначены одинаковыми позициями с добавлением буквы . В отличие от описанных предшествующих примеров выполнения здесь пропеллер 5 снабжен сверху впускным диффузором 23 и снизу выпускным диффузором 24 так, что может быть увеличен коэффициент полезного действия. Так, например, если входная скорость в диффузоре в обозначенном стрелкой 26 месте составляет, например, 30 м/с, то она может быть увеличена и составляет, например, в обозначенном стрелкой 27 месте 35 м/с, и затем уменьшена, так что она в месте, обозначенном стрелкой 28, составляет примерно 10 м/с. За счет формы профилей диффузора возникает вертикальная составляющая тяги, которая увеличивает подъемную силу. Создаваемый на выходе выпускного диффузора 24 расходящийся поток приводит к уменьшению скорости потока, за счет чего снижается также кинетическое давление, а именно в том же соотношении, в котором увеличивается статическое давление, так что с помощью диффузора можно возвратить большую часть кинетической выходной энергии воздушного потока в виде энергии давления. При оптимально выполненном диффузоре можно от 80 до 90 кинетического давления преобразовать в статическое давление, при этом в качестве побочного эффекта одновременно достигается уменьшение излучения звука пропеллера. Как уже указывалось выше, из наконечника 9 ступицы, соответственно, из натяжного устройства 19 пропеллера может выстреливаться парашют при выходе из строя силового блока и связанной с этим опасностью падения. Дополнительная возможность состоит в том, что обрубленные крылья 10, как показано на фиг. 1, имеют на внешней кромке центробежные грузики, так что они могут быть приведены в положение автоматического вращения. За счет скорости падения летательного аппарата увеличивается скорость вращения кольцевого крыла, так что возможно с помощью центробежных грузиков 25 изменить угол атаки этих обрубленных крыльев для торможения скорости падения. При уменьшении скорости вращения угол атаки снова изменяется обратно, так что скорость вращения повышается, снова вступают в действие центробежные грузики и т.д. На фиг. 6-12 показаны в сильно упрощенном виде, в частности, элементы, относящиеся к уравновешиванию крутящих моментов. Функционально одинаковые относительно фиг. 1 части обозначены теми же позициями. На фиг. 6 двигатель 4 приводит в действие пропеллер 5, например, как показано стрелкой, направо, в то время как под действием направленного вниз потока воздуха турбина 12 вращается в противоположном направлении. С турбиной 12 соединен вращающийся обод или кольцо 30 (левая половина фиг. 6) или вращающийся диск, или вращающийся цилиндр 31 (правая половина фиг. 6), которые обеспечивают уравновешивание крутящих моментов. В примерах выполнения по фиг. 6 и 7 предусмотрены поворотные рули 32, соответственно 32 а, с помощью которых летательный аппарат может быть повернут так, что возможно не только движение вверх или вниз, но и поступательное движение. Для выполнения поворотного движения предусмотрены сервоприводы поворота 33. Двигатель снабжен вспомогательными агрегатами, а также, например, баком 34 для топлива, аккумулятором,генератором и т.д. На левой половине фиг. 7 изображен вариант, в котором возможно предусмотреть вращающуюся массу 35, положение которой может быть изменено с помощью сервопривода 36, при этом в правой половине фиг. 7 еще показан вариант, в котором возможно предусмотреть пружинное, газовое или гидравлическое демпфирование. С помощью, например,гидравлического цилиндра или газового цилиндра можно регулировать положение масс 35,соответственно 35 а. При этом следует указать на одну особенность, а именно на то, что, например, с помощью сервопривода 36 можно производить изменение положения турбинных лопаток, так что уже этим можно обеспечить уравновешивание крутящих моментов. На фиг. 8 показан вариант, который состоит в том, что наряду с приводным двигателем 4 для пропеллера 5 может быть предусмотрен другой двигатель 4 а, для того, чтобы,7 6567 1 например, приводить центробежное кольцо 30 а в противоположное вращение. В этом случае снова могут быть предусмотрены цилиндр, диск или т.п., однако можно видеть, что турбина отсутствует. На фиг. 9 показан вариант, в котором возможно предусмотреть вращающиеся обрубленные крылья 10, угол атаки которых может быть изменен с помощью не изображенного сервопривода или т.п. На фиг. 10 показан вариант, в котором возможно установить двигатель 4 выше турбины 12, при необходимости с топливным баком, аккумулятором или генератором, расположенными там же. На фиг. 11 предусмотрен только двигатель 4 с в области вращающегося кольца 30. В этом случае можно, например, выполнить устройство так, что один элемент двигателя вращает пропеллер в одном направлении, в то время как другой элемент двигателя вращает кольцо 30 в противоположном направлении. В таком случае можно отказаться от турбины. Наконец, на фиг. 12 еще показан вариант, в котором возможно снабдить все элементы аэродинамичной обшивкой 38, которая образует колодец с верхними направляющими поток лопатками 39 во всасывающем диффузоре и с нижними направляющими лопатками 40 в выпускном диффузоре, что наряду с оптимизацией потока приводит к снижению шумности. Могут быть предусмотрены также внутренние направляющие лопатки 41, как схематично показано на фиг. 12. Кроме того, могут быть предусмотрены спойлеры 42, которые могут регулироваться с помощью сервопривода 43. Естественно, что описанные примеры выполнения изобретения могут быть изменены во многих отношениях без отклонения от основной идеи изобретения. Изобретение, в частности, не ограничивается показанной здесь предпочтительной формой выполнения носителя полезной нагрузки, а также показанным здесь в упрощенном виде профилем кольцевого крыла, соответственно установленных снаружи элементов крыла и т.п. Можно видеть, что возможно большое разнообразие выполнения летательного аппарата согласно изобретению за счет того, что соответствующие функциональные ступени могут быть расположены в любом желаемом положении по отношению друг к другу. Взаимные положения силового блока, турбины, тел создания противоположного крутящего момента и полезной нагрузки могут изменяться без создания опасности для функционирования летательного аппарата. С помощью смещения центра тяжести или поворотных рулей может обеспечиваться альтернативное управление и т.п. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.