Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для создания устройств преобразования вращающегося движения ведущего вала двигателя в линейное тяговое усилие без опоры на внешнюю среду.
Термины и определения, используемые в описании изобретения:
Дебаланс - некомпенсированная центробежная сила; разница между центробежными силами двух тягал расположенных на прямой линии с разных сторон от оси их вращения; линейное тяговое усилие.
Дисбаланс - эксцентриситет орбиты тягал; расстояние между геометрическим центром обечайки и центром вращения тягал.
Обечайка - кольцо, ограничивающее движение тягал и удерживающее их на заданной орбите.
Тягало - груз, создающий центробежную силу при вращении внутри обечайки.
Шток - стержень, обеспечивающий вращательное движение тягало внутри обечайки.
Основные элементы конструкции центробежного безопорного движителя обеспечивающие заявляемый эффект представлены на рисунке.
На корпусе устройства (п.1) методом жёсткого крепления устанавливается обечайка (п.2). На корпусе также крепится вал (не показан) с возможностью свободного вращения вокруг собственной оси, передающий вращательный момент от двигателя к исполнительным элементам устройства. На вал жестко крепится держатель (п.3), который удерживает штоки (п.4). На штоках устанавливаются тягала (п.5), таким образом, чтобы те могли свободно перемещаться по ним внутри обечайки.
Геометрический центр обечайки смещён относительно центра вращения держателя штоков на величину определяющую дисбаланс конструкции. Профиль обечайки по траектории движения тягал может быть выполнен как в виде круга, так и в виде эллипса.
При передаче вращательного движения от двигателя на вал, а через него на держатель штоков последние приводятся во вращение, обеспечивая при этом вращательное движение установленным на них тягалам. Тягала под действием центробежной силы, возникающей при вращательном движении, начинают двигаться в сторону обечайки, до тех пор, пока не упрутся в неё. При увеличении скорости вращательного движения тягала, ограниченные в своём перемещении обечайкой, начинают оказывать на неё давление.
Благодаря тому, что геометрический центр обечайки смещён относительно центра вращения тягал, который совпадает с центром вращения держателя штоков, в конструкции существует направление при котором тягала максимально удаляются от своего центра вращения с одной стороны и максимально приближаются к этому центру с противоположной стороны, создавая центробежный дебаланс, который всегда направлен в сторону максимального удаления тягал от своего центра вращения.
В точке максимального удаления тягал от центра своего вращения создаётся некомпенсированная центробежная сила, которая, воздействуя на обечайку, передаёт корпусу устройства линейное тяговое усилие, приводя его в движение в заданном направлении.
В качестве теоретического обоснования работоспособности предлагаемого устройства используются известные законы механики вращательного движения. Известна зависимость центробежной силы от параметров вращательного движения:
F(цб) = m * Ф^(2) * R
F(цб) – центробежная сила (Н);
m – масса, вращающегося на орбите тела (кг);
Ф – угловая скорость вращения (рад/с);
R – радиус вращения тела (м).
Если два тела с одинаковой массой находятся на одной радиальной прямой с противоположных сторон от центра вращения, то дебаланс этой пары определяется как разница между их центробежными силами:
D(цб) = dF(цб) = m * Ф^(2) * dR
D(цб) – дебаланс (Н);
dF(цб) - разница центробежных сил двух тягал, по направлению дисбаланса конструкции (Н);
dR – дисбаланс конструкции (м).
Если, например, частота вращения тягал массой по 0,1 кг каждое равна 314 рад/с (3000 об/мин), а дисбаланс 0,2 м то, центробежный безопорный движитель создаст дебаланс:
D(цб) = 0,1 * 314^(2) * 0,2 = 1972 Н = 201 кгс
Иными словами одно тягало массой в 100 грамм, будет создавать линейное тяговое усилие в 200 кгс, обеспечивая взлётный вес транспортного средства до 190 кг в случае установки на нем предлагаемого устройства.
Для того, чтобы устранить «паразитные» движения (которые хорошо видны в прототипе), возникающие при вращении тягал, в конструкции реального устройства необходимо использовать два рабочих модуля, расположенных на одной оси, с вращающимися в противоположные стороны тягалами, что позволит обеспечить полную компенсацию «паразитных» движений и удвоить тяговую силу в заданном направлении.
Технический результат, который достигается при использовании изобретения – «центробежный безопорный движитель», является возможность создание транспортных средств, способных перемещаться в любых направлениях и средах без опоры на них, при этом обеспечивается максимальная эффективность использованных для этого двигателей. Так для перемещения летательного аппарата без крыльев и лопастей массой в 2 тонны на высотах до 3 км со скоростью до 500 км/ч достаточна суммарная мощность всех двигателей не более 25 кВт.
ДОПОЛНЕНИЕ
Основное опасение, которое вызывает центробежный безопорный движитель у специалистов, это его биение. И это опасение не беспочвенно. Так, если в приведённом примере дисбаланс четырёх узлов фиксации тягал на штоках составит всего один грамм, то неуравновешенный дисбаланс конструкции будет составлять два килограмма, что весьма существенно отразиться на биении всей конструкции весом в 190 кг. Поэтому дибаданс по массе узлов фиксации должен составлять не более 0,1% в идеале менее 0,01%, тогда в первом случае неуравновешенный дебаланс конструкции не будет превышать 0,2 кг, а во втором 0,02 кг, что для конструкции весом в 190 кг будет практически не ощутимо.
Если технические возможности производства не позволят получить соответствующих результатов по дисбалансу масс тягал, то в этом случае после сборки всей конструкции определяется фактический паразитный дебаланс конструкции по направлению и модулю, и в противоположном направлении с внешней стороны конструкции устанавливается модуль компенсации соответствующей мощности, в случае примера с тягой в 2 кг, который полностью погасит паразитный дебаланс. В особо сложных случаях число компенсационных модулей может быть больше.
Таким образом, основной проблемой центробежных безопорных движителей является технология их производства, которая должна находится на уровне производства современных авиационных двигателей, что доступно лишь ограниченному числу предприятий.
Аналогичное техническое решение:http://www.proza.ru/2018/09/22/1415
Компоновка летамобиля: http://www.proza.ru/2018/10/16/593