PL230113B1 - Mechaniczno-elektryczny sposób przeniesienia napędu od silnika spalinowego do śmigieł albo wentylatorów aparatów latających pionowego albo skróconego startu i lądowania - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mechaniczno-elektryczny sposób przeniesienia napędu od silnika spalinowego do śmigieł albo wentylatorów aparatów latających pionowego albo skróconego startu i lądowania i stanowi rozwiązanie problemu zapewnienia wysokiej sprawności przekazywania mocy od silnika do pędnika w postaci śmigieł albo wentylatorów, jednocześnie niskiej masy, elastycznej konfiguracji układu napędowego i sterowania oraz zapewnienia możliwości bardzo szybkiej zmiany ciągu poszczególnych śmigieł, zwłaszcza sterujących albo stabilizujących.

Stan techniki: znanych jest bardzo wiele różnorodnych układów napędowych aparatów latających pionowego startu i lądowania , w tym wykorzystujących śmigła albo wentylatory do wytwarzania siły nośnej, stabilizacji, sterowania albo wspomagania innych urządzeń wytwarzających siłę nośną na przykład płatów aerodynamicznych.

Według ujawnionego przez DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) rozwiązania zastosowanego w projekcie bezpilotowego samolotu pionowego startu i lądowania Lightning Strike X-vtol w przekręcanych płatach nośnych w układzie kaczki wbudowane są w płaszczyźnie osi przekroju poprzecznego płata liczne sąsiadujące tunelowane śmigła służące zarówno do wytwarzania siły nośnej w fazach pionowych i przejściowych oraz wytwarzające ciąg poziomy w locie poziomym, przy czym śmigła napędzane są silnikami elektrycznymi, a energia elektryczna dostarczana jest przez generator/prądnicę napędzaną przez silnik spalinowy, tłokowy, albo rotacyjny, albo turbinowy. Wg patentu USA nr US 8636241 B2 otunelowane śmigła wytwarzające siłę nośną oraz służące do sterowania i stabilizacji wbudowane są w płatach nośnych samolotu z osiami obrotu prostopadłymi lub zbliżonymi do prostopadłych do osi podłużnej pionowzlotu, przy czym śmigła te napędzane są silnikami elektrycznymi zasilanymi przez generatory napędzane od silników turboodrzutowych marszowych wytwarzających ciąg poziomy. Wg patentu US8870114 śmigłowiec wyposażony jest w kilka silników spalinowych napędzających generator, z którego energia elektryczna przekazywana jest poprzez centralną jednostkę sterującą na jeden lub więcej silników elektrycznych napędzających wirnik główny i wirnik (wirniki) tylne. Wg patentu US 8128019 B2 wirnik nośny w postaci otunelowanego wentylatora napędzany jest wspólnym wałem jednocześnie przez silnik spalinowy i silnik elektryczny lub silnik-generator elektryczny (silnik odwracalny). Wg patentu US20110024555 wirniki nośne aparatu latającego napędzane są silnikami elektrycznymi poprzez przekładnie redukcyjne, a same silniki zasilane są przez generator napędzany silnikiem albo silnikami spalinowymi oraz akumulatory i/ albo ogniwa paliwowe, przy czym przekładnie redukcyjne mogą być połączone mechanicznie wałami łączącymi.

Mechaniczno-elektryczny sposób przeniesienia napędu od silnika spalinowego do śmigieł albo wentylatorów aparatów latających pionowego albo skróconego startu i lądowania charakteryzuje się tym, że: w aparacie latającym pionowego albo skróconego startu albo lądowania, w którym siła nośna w fazie pionowego albo skróconego startu albo lądowania wytwarzana jest przez przynajmniej jeden wirnik nośny 3 w postaci śmigła albo wentylatora, a do sterowania albo/i stabilizacji lotu pionowego i faz przejściowych stosowany jest co najmniej jeden wirnik 4 w postaci śmigła albo wentylatora, gdzie moment obrotowy wytwarzany przez silnik spalinowy 1 ze spalaniem wewnętrznym albo zewnętrznym doprowadzany jest do wirników nośnych 3 mechanicznie za pomocą wałów 6, przekładni 12 prostych albo kątowych zębatych albo ciernych albo pasowych albo pasowo-zębatych albo pasowo klinowych, równoległych albo kątowych albo kombinacji tych elementów, natomiast co najmniej jeden wirnik 4 napędzany jest silnikiem elektrycznym bezpośrednio albo za pomocą przekładni prostych albo kątowych, zębatych albo ciernych albo pasowych albo pasowo-zębatych albo klinowych albo kombinacji tych elementów a silnik elektryczny zasilane są energią elektryczną wytwarzaną przez generator albo rozrusznik-generator albo prądnicę albo prądnico-rozrusznik 2, przy czym do sterowania silnikami elektrycznymi stosowany silniki elektryczne może pochodzić z akumulatorów elektrycznych.

Zastosowanie mechaniczno-elektrycznego sposobu przeniesienia napędu od silnika spalinowego do śmigieł albo wentylatorów aparatów latających pionowego albo skróconego startu i lądowania wg wynalazku umożliwi budowę aparatów pionowego startu i lądowania o optymalnej konfiguracji z efektywnym precyzyjnym systemem sterowania albo / i stabilizacji wykorzystujący możliwości precyzyjnego szybkiego sterowania ciągiem śmigieł napędzanych elektrycznie przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej sprawności przekazywania momentu obrotowego wytwarzanego przez silniki spalinowe do wirników w postaci śmigieł albo wentylatorów wytwarzających siłę nośną, ponadto możliwe jest dowolne rozmieszczanie wirników sterujących albo/i stabilizujących, optymalne z punktu widzenia

PL 230 113 B1 masy, skuteczności sterowania i konfiguracji aerodynamicznej. Takie rozwiązania radykalnie zwiększą bezpieczeństwo wykonywania lotów zwłaszcza faz pionowego lotu i przejścia od lotu pionowego do poziomego szczególnie w bezpośredniej bliskości ziemi.

Przedmiot wynalazku w przykładach jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia konfigurację, w której silnik spalinowy 1 poprzez koło pasowe zębate 9 i pas zębaty 8 napędza koło pasowe zębate 7 osadzone na wale 6 przenoszące moment napędowy na dwie przekładnie kątowe 10, poprzez które napędzane są dwa wirniki nośne 3 w postaci śmigieł, przy czym silnik spalinowy 1 napędza prądnico-rozrusznik 2, który poprzez układ sterowania 11 poprzez przewody zasilające 12 zasila cztery silniki elektryczne 5 napędzające cztery wirniki 4 sterujące i stabilizujące, fig. 2 przedstawia konfigurację, w której silnik spalinowy 1 napędza poprzez przekładnię mechaniczną 13 jeden wirnik 3 w postaci śmigła a prądnico-rozrusznik 2 zasila poprzez układ sterowania 11 i przewody zasilające 12 jeden silnik elektryczny 5 napędzający jeden wirnik 4 sterujący i stabilizujący w postaci śmigła, fig. 3 przedstawia konfigurację, w której dwa silniki spalinowe 1 poprzez przekładnie mechaniczne 13 napędzają każdy po jednym wirniku nośnym 3 w postaci śmigieł, a jeden z silników spalinowych 1 dodatkowo napędza prądnico-rozrusznik 2, który przez układ sterowania 11 i przewody zasilające 12 zasila dwa silniki elektryczne 5, które napędzają po jednym wirniku 4 sterującym i stabilizującym, fig. 4 przedstawia konfigurację w której silnik spalinowy 1 napędza poprzez przekładnię mechaniczną 13 wirnik nośny 3 w postaci śmigła, a przekładnia mechaniczna 13 dodatkowo napędza prądnicorozrusznik, który poprzez układ sterowania 11 i przewody zasilające 12 zasila silnik elektryczny 5 napędzający poprzez przekładnię mechaniczną 14 wirnik 4 sterujący i stabilizujący.

Claims (6)

1. Mechaniczno-elektryczny sposób przeniesienia napędu od silnika spalinowego do śmigieł albo wentylatorów aparatów latających pionowego albo skróconego startu i lądowania, znamienny tym, że w aparacie latającym pionowego albo skróconego startu albo lądowania, w którym siła nośna w fazie pionowego albo skróconego startu albo lądowania wytwarzana jest przez przynajmniej jeden wirnik nośny (3) w postaci śmigła albo wentylatora, a do sterowania albo/i stabilizacji lotu pionowego i faz przejściowych stosowany jest co najmniej jeden wirnik (4) w postaci śmigła albo wentylatora, moment obrotowy wytwarzany przez silnik spalinowy (1) ze spalaniem wewnętrznym albo zewnętrznym doprowadzany jest mechanicznie do wirników nośnych (3) w postaci śmigła albo wentylatora, natomiast co najmniej jeden wirnik (4) sterujący i/albo stabilizujący w postaci śmigła albo wentylatora napędzany jest silnikiem elektrycznym (5) bezpośrednio a silnik elektryczny (5) zasilany jest energią elektryczną wytwarzaną przez prądnico-rozrusznik (2), przy czym do sterowania silnikiem (5) albo silnikami elektrycznymi stosowany jest układ sterujący (11) a przekazanie energii elektrycznej odbywa się za pomocą przewodów elektrycznych (12) a ponadto część energii elektrycznej zasilającej silniki elektryczne może pochodzić z akumulatorów elektrycznych.

2. Mechaniczno-elektryczny sposób przeniesienia napędu od silnika spalinowego do śmigieł albo wentylatorów aparatów latających pionowego albo skróconego startu i lądowania wg zastrzeżenia 1 , znamienny tym, że sumaryczna siła nośna wytwarzana przez co najmniej jeden wirnik nośny (3) w postaci śmigłą albo wentylatora napędzany mechanicznie momentem obrotowym wytwarzanym przez silnik spalinowy (1) o spalaniu wewnętrznym lub zewnętrznym, w pionowej fazie startu albo lądowania aparatu latającego wytwarza nie mniej niż 50% całkowitej siły nośnej.

3. Mechaniczno-elektryczny sposób przeniesienia napędu od silnika spalinowego do śmigieł albo wentylatorów aparatów latających pionowego albo skróconego startu i lądowania wg zastrzeżenia 1, znamienny tym, że mechaniczne przeniesienie napędu od silnika spalinowego (1) ze spalaniem wewnętrznym albo zewnętrznym do wirnika albo wirników nośnych (3) dokonywane jest za pośrednictwem przekładni prostych albo kątowych, zębatych, albo pasowo-zębatych, albo klinowych albo łańcuchowych albo wałów, przegubów napędowych albo kombinacji wymienionych elementów.

4. Mechaniczno-elektryczny sposób przeniesienia napędu od silnika spalinowego do śmigieł albo wentylatorów aparatów latających pionowego albo skróconego startu i lądowania wg zastrzeżenia 1 , znamienny tym, że co najmniej dwa silniki spalinowe (1) ze spalaniem

PL230 113 Β1 wewnętrznym albo zewnętrznym napędzają każdy oddzielnie albo łącznie co najmniej dwa wirniki nośne (3) w postaci śmigieł albo wentylatorów.

5. Mechaniczno-elektryczny sposób przeniesienia napędu od silnika spalinowego do śmigieł albo wentylatorów aparatów latających pionowego albo skróconego startu i lądowania wg zastrzeżenia 1, znamienny tym, że silnik spalinowy (1) ze spalaniem wewnętrznym albo zewnętrznym napędza generator, albo generator - silnik elektryczny albo prądnico-rozrusznik (2) bezpośrednio albo za pomocą przekładni mechanicznej (13).

6. Mechaniczno-elektryczny sposób przeniesienia napędu od silnika spalinowego do śmigieł albo wentylatorów aparatów latających pionowego albo skróconego startu i lądowania wg zastrzeżenia, znamienny tym, że jeden silnik elektryczny (5) napędza co najmniej jeden wirnik (4) w postaci śmigła albo wentylatora za pośrednictwem przekładni mechanicznej (14).