Канд.техн.наук Галимов Геннадий Гильфанович
ВИБРОКРЫЛО
Нами изобретено виброкрыло. С
использованием виброкрыла мы готовы разработать и изготовить вибролет.
Виброкрыло, представляющее собой плоскость, на верхней поверхности имеет ячейки
в виде выпуклостей, а на нижней – вогнутостей. Между выпуклостями и между
вогнутостями имеются сквозные отверстия-проемы. Для полета вибролета виброкрылу
сообщают возвратно-поступательное движение вверх-вниз с заданными частотой и
амплитудой. При движении виброкрыла вверх воздух, обтекая ячейки в виде
выпуклостей, проходит через отверстия и не испытывает большого сопротивления. А
при движении виброкрыла вниз, оно испытывает большое сопротивление потоку
воздуха за счет вогнутостей (по аналогии с парашютом). В результате этого
возникает разность аэродинамического лобового сопротивления виброкрыла, которая
создает вибрационную тяговую силу. Виброкрыло имеет больший КПД по сравнению с
винтом за счет образования значительно меньшей турбулентности.
Приведем
выражение для силы вибрационной тяги, возникающей при условии, что коэффициенты
лобового сопротивления махов вверх и вниз отличаются. Виброкрыло представляет
собой поверхность с плотно прилегающими друг к другу полусферами с
четырехугольными проемами между ними (фиг. 1), вибрирующую в вязкой среде
ортогонально своей поверхности, по гармоническому закону x=A sin wt. Сила
лобового сопротивления, как известно, есть
Fлоб= (1/2)
С p S V2 [1],
Где С – безразмерный
коэффициент лобового сопротивления, р – плотность вязкой среды, S – эффективная
площадь поперечного сечения тела, т.е., в нашем случае, площадь виброкрыла за
вычетом площади проемов между полусферами, V – скорость смещения
виброкрыла в вязкой среде. Подставляя в это выражение значение скорости V = w A cos w t и усредняя на полупериоде, в течение которого
виброкрыло смещается либо вверх, либо вниз получаем
Fлоб = (1/4) С р S w2 A2 = C p S π2 f2
A2,
Где f = w/2 π –
частота вибрации. Если Свверх и Свниз отличаются,
получаем выражение
Fвибр = Ϫ Fлоб = ϪС р S π2 f2 A2,
Где ϪC = Свниз
– Свверх.
Посчитаем значения параметров для вибролета с взлетной
массой 2000 кг. Коэффициент лобового сопротивления С определяют эмпирически. Он
зависит от числа Рейнольдса. Возьмем известную зависимость для сферы [2]. При плотности воздуха
р = 1,3 кг/м3 и его динамической вязкости
1,82*10-5 Па*с
число Рейнольдса составляет приблизительно 103. При этом, для случая
сферы С приблизительно равен 0,4 [2]. При прочих равных условиях лобовое
сопротивление плоской тонкой пластины больше лобового сопротивления сферы
примерно в десять раз [3]. В нашем случае для полусферы со стороны сферической
выпуклости, вероятно, С = 0,4, а со стороны сферической вогнутости должно было
бы быть С = 40, т.е., в десять раз больше плоской тонкой пластины. Однако, надо
учесть, что часть воздуха увлекается пространством в углублении полусферы. За
счет частичного заполнения сферического углубления воздухом как бы происходит
приближение к плоскости. В результате этого уменьшается коэффициент лобового
сопротивления и он меньше чем С = 40.
Допустим, что он равен средней арифметической величине С = 4 и С = 40, т.е. Свниз
приблизительно равен 22.
Вычислим частоту f для случая, когда
взлетная масса вибролета равна 2000 кг, эффективная площадь виброкрыла 7 м2
и амплитуда колебаний А = 0,01 м.
f2 = Fвибр /ϪС р S π2 A2, отсюда f =
100 Гц
Амплитуда равна 0,01 м. Для эффективного действия
вибрации виброкрыла, вероятно, полусферу необходимо брать с окружностью
основания также 0,01 м.
Для уточнения всех параметров вибролета, в том числе для
определения удельной тяговой силы, необходимо провести испытания на действующей
модели.
Например, нужна модель со следующими параметрами: площадь
виброкрыла 1 м2, диаметр окружности основания полусферы 0,005 м,
амплитуда колебаний 0,005 м, изменяющаяся частота колебаний виброкрыла 50-300
Гц, мощность двигателя не менее 1000 Вт.
Преимущества перед вертолетом:
-Больший КПД за счет существенно меньшей
турбулентности, а значит и большая удельная тяговая сила и меньший расход
топлива,
-Большая маневренность, более легкая управляемость за
счет отсутствия винтов,
-Большая безопасность за счет использования вибрации
вместо вращения и возможности временного подключения аккумуляторной энергии в
случае отказа двигателя.
Риски: неотработанность оптимальных параметров
вибролета; не подобран оптимальный материал для изготовления виброкрыла; не
проведены опыты по установлению удельной силы тяги; не проведены
конструкторские работы по созданию вибролета с взлетной массой не менее 500 кг.
Народно-хозяйственный эффект: дешевый
новый вид воздушного транспорта для перевозки грузов и пассажиров; вибролет
решит проблему экстренного перемещения в часы пик, при наличии пробок на
дорогах, в частности, может использоваться вместо кареты скорой помощи, в
геологоразведочных работах, при тушении пожаров и т.д. Прекрасный
индивидуальный транспорт (экономичный и недорогой). Благодаря вертикальных
взлета и посадки (не обязательно на строго горизонтальную поверхность) вибролет
может использоваться как спасательное средство в труднодоступных районах.
Благодаря маленькой площади виброкрыла и отсутствию винта может безопасно
осуществлять посадку вблизи домов, деревьев и других предметов.
ТЭО: в настоящее время вертолет с взлетной массой 2400
кг стоит от 45 млн. рублей. Аналогичный вибролет может стоить около 5 млн.
рублей. Потребность может составить около 1000 вибролетов в год с последующим
ее многократным увеличением. Тел. +79510961807, email:spinel52@mail.ru
1. Л.Лозовский. Движители в живой природе. http://ll-propulsive.narod.ru. Статья
“Вибролёт”.
2. Г.Биркгоф. Гидродинамика. “Изд-во иностранной литературы”, М., 1963.
3. Х.Кухлинг. Справочник по физике. “Мир”, М.,