ГИПОТЕЗА

На основании ранее опубликованных работ на проекте ВИХРИ ХАОСА по новому принципу создания подъёмной силы – тороидально-вихревому:

• Новый тороидально-вихревой принцип создания подъёмной силы
• Левитация ротора внутри тороидально-вихревой структуры (новый принцип создания подъёмной силы)
• Открытый тороидально-вихревой подъёмный ротор летательного аппарата.

можно предположить следующее.

Установка вокруг ротора дополнительной юбки (экрана) позволить локализовать вихревой тороид строго в вертикальной плоскости. Далее, если юбку «замкнуть» на поверхность, по аналогии, как на судах на воздушной подушке, то получится судно (аппарат) на тороидально-вихревой подушке (СТВП) с намного большей эффективностью, чем все известные в настоящее время судну (аппарату) на воздушной подушке (СВП). Предлагается принципиально новое судно (аппарат) на тороидально-вихревой подушке (СТВП). Принцип работы основан на новом способе создания подъёмной силы – тороидально-вихревом.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ГИПОТЕЗЫ

Изготовлен испытательный стенд со следующими техническими характеристиками:

– наружный диаметр ротора – 600 мм,
– мощность привода – 800 Ват,
– вес стенда 11 кг. (добавлена «юбка» с 4-мя боковыми опорами + 1 кг.),
– «юбка» стенда контактирует с поверхностью,
– расстояние между ротором и «юбкой» – 10 см. (меньше было не возможно на этом стенде реализовать),
– вес ротора – 1,5 кг.,
– угол крутки ротора – 45 градусов.

Первые результаты:

Вес стенда измерялся косвенно, напольными весами высотой 4 см. под одной из 4-х опорных “ног” стенда. В этом месте максимальное расстояние между юбка-поверхность не превышало 4 см.

Тороидально-вихревая подушка обеспечила стенду весом в 11 килограмм уменьшение веса на одной опоре – 3,5 кг. Если учесть, что стенд контактировал только одной опорой из четырёх с весами, вторая опора стенда была подвешена в воздухе, и только третья и четвёртые опоры контактировали с поверхностью, то можно предположить следующее.
Общая потеря веса стенда была 2-3 кратной и находилась в диапазоне между 7 и 10,5 кг.

Такие характеристики уменьшения веса подтверждаются ещё одним видео, где стенд, весом в 11 кг за счёт вибрации-трения о поверхность почти свободно перемещается по поверхности. К сожалению, полноценную тороидально-вихревую подушку привод в 800 Ват не смог обеспечить стенду весом 11 кг.

Был проведён сравнительный расчёт подобного по размерам классического винта по материалам (Ссылка: Расчёт винта) с последующим анализом полученных результатов, см. табл. № 1.

Тороидально-вихревой ротор				Классический винт
Диаметр, м.	Мощность привода, л/с.	Скорость вращения, об/мин.	Подъёмная сила, кг.	Диаметр, м.	Мощность привода, л/с.	Скорость вращения, об/мин.	Подъёмная сила, кг.
0,6	1,08	600	10 кг. в юбке 4 кг. без юбки	0,6	1,08	3840	5,6

ВЫВОД

• При сравнении ротора с классическим винтом (примерно одинаковая мощность привода/диаметр ротора/подъёмная сила) – скорость вращения классического винта должна быть более чем в 5 раз больше скорости вращения ротора.

• При сравнении ротора с классическим винтом (примерно одинаковая мощность привода/скорость вращения/подъёмная сила) – диаметр классического винта должен быть более чем в 3 раза большим, по сравнению с диаметром ротора.

• Большой вес ротора обеспечит мягкую посадку в случае отказа двигателя, по типу вертолётной авторотации.
• Крутка ротора в 45 градусов чрезвычайно большая (предположил пользователь mebius, и я с ним полностью согласен).
• В испытательном стенде расстояние между юбкой и ротором – 10 см. Меньше не получилось сделать, иначе бумажная юбка начинал бить по ротору за счёт разряжения.
• Если уменьшить крутку ротора градусов до 25 и уменьшить расстояние между ротором и экраном до минимально возможного, например в 5 мм – эффективность тороидально-вихревой подушки будет ещё больше.

PS:

В конструктивном плане судно (аппарат) на тороидально-вихревой подушке (СТВП) предположительно может выглядеть следующим образом:

Курсовое управление может осуществляться сегментарным уменьшением размера юбки (экрана) вихревого тороида. Таким образом обеспечивается «перепуск» воздуха вихревого тороида в сторону, в противоположную которой будет двигаться судно (аппарат) на тороидально-вихревой подушке (СТВП).

В конструктивном плане сегментарное изменение  размера юбки (экрана) может быть организовано путём  её поднятия со стороны, противоположной предполагаемому направлению  полёта.

Экспериментальная проверка нового принципа создания подъёмной силы

Проведен эксперимент с изготовленным стендом для оценки нового физического принципа создания подъёмной силы. Основное внимание уделялось проверке эффективности кольцевого ленточно-спирального подъёмного ротора в сравнении с классической конструкцией винта.

Рис. № 1. Стенд для проверки возможности создания летательных аппаратов на новом физическом принципе.

Характеристики стенда:

• Наружный диаметр ротора – 600 мм.
• Внутренний диаметр ротора – 350 мм.
• Мощность привода – 800 ват.
• Скорость вращения ротора – 600 об/мин.
• Общий вес установки –10 кг.
• Вес ротора – 1.5 кг.
• Количество витков – 8.

Первые результаты:

Зафиксирована подъёмная сила кольцевого ленточно-спирального подъёмного ротора в 4 кг. при мощности электропривода в 800 Ват.

Был проведён сравнительный расчёт подобного по размерам классического винта по материалам (Ссылка: Расчёт винта) с последующим анализом полученных результатов, см. табл. № 1.

Кольцевой ленточно-спиральный подъёмный ротор				Классический винт
Диаметр, м.	Мощность привода, л/с.	Скорость вращения, об/мин.	Подъёмная сила, кг.	Диаметр, м.	Мощность привода, л/с.	Скорость вращения, об/мин.	Подъёмная сила, кг.
0,6	1,08	600	4	0,6	1,08	3840	5,6

Предварительные выводы

— При сравнении ротора с классическим винтом (примерно одинаковая мощность привода/диаметр ротора/подъёмная сила) – скорость вращения классического винта должна быть более чем в 5 раз больше скорости вращения ротора.

— При сравнении ротора с классическим винтом (примерно одинаковая мощность привода/скорость вращения/подъёмная сила) – диаметр классического винта должен быть более чем в 3 раза большим, по сравнению с диаметром ротора.

— Большой вес ротора обеспечит мягкую посадку в случае отказа двигателя, по типу авторотации на вертолётах.

— Курсовое управление летательного аппарата с тороидально-вихревым ротором без экрана может осуществляться установкой дополнительных отклоняемых лопаток по внешнему периметру  вращения кольцевого ленточно-спирального подъёмного ротора. Установка отклоняемых лопаток по внутреннему периметру более эффективна, т.к. напрямую не воздействует на тороидально-вихревой поток.

— Крутка ротора в 45 градусов чрезвычайно большая

— Если уменьшить крутку ротора градусов до 25 – эффективность тороидально-вихревого ротора будет ещё больше.

Заключение

Эксперимент подтвердил преимущество кольцевых ленточно-спиральных подъёмных роторов в терминах соотношения мощности и подъёмной силы. Данный принцип даёт возможность создавать летательные аппараты с высокими характеристиками подъёмной силы и эффективностью, а также открывает новые перспективы для безопасного и комфортного полёта.

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Многочисленные экспериментальные работы с открытыми и полуоткрытыми кольцевыми ленточно-спиральными подъёмными роторами позволили получить объективные данные, подтверждающие как положительные стороны предложенного подхода, так и его слабые моменты.

Вот подробнее рассмотренные результаты:

1. Проверка наличия подъёмной силы

Первый важный результат заключался в подтверждении факта, что вращающийся кольцевой ленточный ротор действительно способен сформировать устойчивую вихревую структуру (тороид), создающую ощутимую подъёмную силу. Было доказано, что подъёмная сила возникает именно за счёт эффекта разницы давлений внутри и снаружи вихревого кольца, подтверждающего правомерность выбранного подхода.

Результаты: Подъёмная сила достигла значений в пределах от 4 до 5 кг при весе устройства около 10 кг и мощности привода в 800 Вт, что означает возможность достаточно эффективного самостоятельного подъёма ротора.

2. Исследования влияния частоты вращения

Одним из важных аспектов стал подбор оптимальной частоты вращения ротора. Именно от неё зависят интенсивность и стабильность вихревого кольца. Оказалось, что слишком низкая частота ведёт к нестабильной подъёмной силе, тогда как чрезмерно высокая приводит к быстрому износу деталей и повышенному уровню шума.

Оптимальная частота вращения: Наиболее эффективным оказалось поддержание скорости вращения ротора в районе 600 оборотов в минуту, что обеспечивало максимальную подъёмную силу при сохранении низких показателей шума и вибраций.

3. Влияние ширины ленты и угла крутки ротора

Ширина и угол крутки ленты, применяемой в устройстве, оказались критичными параметрами. Узкая лента или маленький угол крутки вели к слабой интенсивности вихревого кольца, тогда как широкая или большой угол крутки имели тенденцию вызывать увеличение потребляемой мощности.

Выбранная ширина ленты и угол крутки: Наиболее удачным решением оказалась ширина ленты в диапазоне 10–15 сантиметров и угол крутки 22 градуса, что позволило добиться оптимального баланса между подъёмной силой и долговечностью конструкции.

4. Тестирование эффекта Коанда

Ещё один важный фактор, учитываемый при анализе, — это влияние эффекта Коанда, который проявляется в виде притяжения вихревого потока к поверхности ротора. Важно было убедиться, что этот эффект положительно сказывается на подъёмной силе.

Наблюдения: Было подтверждено продувками дымом, что эффект Коанда действительно усиливает подъёмную силу, так как вихревой поток плотно прилегает к поверхности ротора, что помогает стабилизировать конструкцию и увеличивать общий показатель подъёмной силы.

5. Использование защитной юбки (экрана)

Чтобы усилить подъёмную силу и предотвратить рассеивание вихревого кольца, была установлена специальная защитная юбка (экран), охватывающая нижнюю часть ротора. Она локализовала вихревой поток и предотвращала его распространение в нежелательных направлениях.

Результат добавления юбки: Добавление юбки привело к заметному увеличению подъёмной силы на 20–30%, подтвердив её позитивное влияние на эффективность устройства.

6. Режимы торможения и безопасности

Особое внимание уделялось исследованию режима торможения и возможной способности ротора обеспечивать безопасную посадку в случае отключения мотора. Известно, что при прекращении подачи энергии обычный винт прекращает свою работу мгновенно, что чревато авариями.

Результаты: Эксперименты показали, что кольцевой ленточный ротор продолжает своё вращение даже после выключения двигателя, продолжая вырабатывать подъёмную силу в режиме авторотации. Это гарантирует постепенное снижение высоты и безопасную посадку.

7. Экономические аспекты

Немаловажным фактором являлись экономические соображения. Учитывая тот факт, что наша конструкция требует значительно меньше энергии для поддержания подъёмной силы, следовало рассчитать потенциальную экономию.

Расчёт: Предполагаемый расход топлива снижается на 30% по сравнению с традиционными винтовыми установками, что обеспечивает существенную экономическую выгоду.

Общие выводы анализа:

— Принятый подход позволяет создать летательный аппарат с повышенным КПД, безопасным режимом авторотации и низким уровнем шума.

— Использование защитной юбки (экрана) значительно повышает подъёмную силу.

— Оптимальные значения параметров (частота вращения, ширина ленты, угол закрутки) установлены и рекомендованы для последующих реализаций.

— Имеется очевидный потенциал улучшения устройства, что сулит существенные экономические выгоды при переходе к промышленному производству.

Описание конструкции

Конструкция кольцевого ленточного подъёмного ротора представляет собой ленту плотной материи, свернутую вокруг центральной оси в виде спирали и замыкающуюся в кольцо. Этот уникальный дизайн предназначен для формирования многомерного вихревого тороида, который обеспечивает подъёмную силу новому поколению летательных аппаратов.

В конструктивном плане кольцевой ленточно-спиральный подъёмный ротор представляет собой полосу ленты плотного материала, закрученную вокруг центральной оси в спираль, которая дополнительно замкнута в кольцо, см. рис. № 1.

Рис. № 1. Модель кольцевого ленточно-спирального подъёмного ротора.

Особенности работы

В отличие от обычных винтов, лента создаёт специальный вихревой поток, называемый многомерным тороидом. Когда этот ротор вращается, он генерирует вихревую структуру, которая оказывает дополнительное давление снизу, заставляя аппарат взлететь вертикально вверх. Такое уникальное взаимодействие между ротором и самим воздушным потоком называется эффектом левитации, что делает возможным мягкий и безопасный подъём и спуск летательного аппарата.

Приводной вал служит единственной связью с внешним миром, передавая энергию вращения ротору и обеспечивая плавную работу аппарата.

Рассмотрим более подробно проявление не скомпенсированных сил в многомерной тороидально-вихревой системе, а именно – возможность левитации системы, которая непосредственно формирует вихревой тороид.

Сформированный многомерный вихревой тороид всегда находится в движении. Направление движения определяется областью пониженного давления, которое формируется в приосевом месте вращения.  Место расположено или выше, или ниже центра вращения, в зависимости от направления крутки ленточного кольцевого вихревого винта.  

При этом, сам тороидальный многомерный вихревой поток катится вверх или вниз по центральной оси вращения, или смещает ось вращения в любую сторону. Это всё зависит от энергетики тороидального многомерного потока. Правильнее сказать, от энергетики системы, которая формирует и поддерживает многомерный вихревой поток – от геометрических характеристик ленточного вихревого воздушного винта, скорости его вращения и направления наклона оси вращения.

В случае уменьшения своей энергетики, многомерный вихревой тороид медленно опускается на землю, и наоборот. А если многомерный вихревой тороид воздействует на ленточный вихревой воздушный винт, то его левитация внутри многомерного вихревого тороида формирует поддерживающую силу, которая способна удерживать любые физические объекты за ось его вращения.

Экспериментальные наблюдения

• Визуализация торовых закрученных течений.

Визуализация торового распространения воздушного потока показана на рис. № 2.

Рис. № 2. Визуализация торового распространения воздушного потока.

Рис. № 3 Моделирование “подъёмных сил” вихревого ротора и классического винтов.

В ходе экспериментов было установлено, что созданный вихревой тороид действует независимо от самого ротора и способен самостоятельно поддерживать себя в пространстве. Это значит, что вращаясь внутри своего же тороида, ротор фактически «парит» в воздухе, создавая стабильную подъёмную силу.

Важным преимуществом такого ротора является его автономность и независимость от прямой связи с двигателем. Это позволяет оптимизировать расход энергии и сделать полёты более эффективными и экономичными.

В названии эксперимента определение “подъёмная сила” взята с кавычки, т.к. в вихревом тороиде на первый план выходит удерживающая сила в месте образования вихревого тороида.

         Для сравнения “подъёмной силы” кольцевого ленточного тороидально-вихревого подъёмного ротора с подъёмной силой классического винта были изготовлены модели двух идентичных резиномоторных приводов.

– два идентичных “резиномотора” закручены на одинаковое количество витков в одну сторону.

– вес классического винта в 10 раз легче нового.

– угол атаки классического винта и угол крутки нового одинаковый 30 градусов.

– ометаемая площадь обоих винтов – одинаковая.

– площадь поперечного сечения у классического винта в 2 раза меньше, чем у нового.

– скорость вращения классического винта получается больше за счёт его более лёгкого веса.

В таких условиях так называемая “подъёмная сила” вихревого ротора больше подъёмной силы классического винта.

Практическое сравнение

Испытания показали превосходство кольцевого ленточного подъёмного ротора над классическими винтами. Несмотря на большую массу и больший диаметр, ротор демонстрирует значительно лучшую подъёмную силу, превышающую показатели традиционного винта.

Дополнительные эксперименты подтвердили важность точной геометрии ротора и оптимальной ориентации оси вращения относительно воздушных потоков. Они определили ключевые факторы, влияющие на производительность ротора, такие как форма ленты, угол наклона, скорость вращения и толщина материала.

Выводы

Ленточный подъёмный ротор действительно создаёт принципиально новую подъёмную силу посредством формирования многомерного вихревого тороида.

Подобная конструкция обеспечивает улучшенную поддержку и стабилизацию летательного аппарата.

Результаты экспериментов убедительно свидетельствуют о высокой эффективности и целесообразности использования ленточного спирального ротора в современных летательных аппаратах.

Изготовлена на базе двигателя от СУБАРУ ИМПРЕЗП  EJ-

152.  Мощность 105 л/с.  

Особенность силовой установки заключается в том, что в качестве главного редуктора и за его основу —  была взята  механическая коробка переключения передач от СУБАРУ ИМПРЕЗА.

Коробка передач через промежностный крепёжный фланец была повёрнута на 90 градусов относительно своего обычного положения. Тем самым осуществлялся непосредственный привод лопастей вертолёта от выходного вала так называемой переделанной коробки передач.

Рис. № 10. Силовая установка.

10.1. Главный редуктор силовой установки.

10.2. Топливный бак на 40 литров под погружной насос Субару Импреза.

10.3. Глушители по вихревой схеме с встроенным резонатором.

Опубликован 05.02.2023 года.

Ссылка: Прецессия закрученного течения как основа способа повышения эффективности тянущего винта

Известно, что работа любого тянущего винта связана с формированием закрученного воздушного потока расходящейся формы с малым углом расходимости.  Радиальная составляющая в таком закрученном потоке мала и не участвует в формировании осевой силы тяги. Можно сказать, что радиальная составляющая в закрученном потоке  является «паразитной», которая уменьшает общую силу тяги винта.

С помощью  нового физического эффекта  прецессии закрученного течения ( опубликован здесь — ссылка: эффект прецессии закрученного течения) предлагается так называемую «паразитную» радиальную составляющую закрученного течения использовать для увеличения силы тяги классического тянущего винта.

Реализация способа, в конструктивном плане, достаточно проста с помощью частичного экранирования площади распространения закрученного потока. Частичное экранирование осуществляется с помощью разрезанного пополам и вдоль цилиндра диаметром, равным диаметру винта, согласно рис. № 15.1.

Рис. № 15.1.  Частичное экранирование тангенциальной составляющей закрученного течения.

В этом случае радиальная составляющая закрученного течения изменяет осевое направление тяги винта на 45 градусов в противоположную сторону от экрана.

Эксперименты с осевым вентилятором подтверждают заявленный способ.

Осевой вентилятор UF-15 весом 750 грамм, без  экрана, на весах формирует тягу закрученного течения  в 70 грамм. Дополнительный экран на весах за счёт отклонения вектора тяги, фиксирует наличие дополнительной вертикальной тяги в 20 грамм.

Внешний вид летательного аппарата на заявленном эффекте прецессии закрученного потока достаточно прост для реализации и представлен на рис. № 15.2.

Рис. № 15.2. Внешний вид летательного аппарата на эффекте прецессии закрученного потока.

Два толкающих винта формируют тягу под углом 45 градусов к плоскости летательного аппарата с эффективностью 1.3 по сравнению с тянущей классикой.

В этом случае, например, ударный дрон, при тех же энергетических характеристиках может взять на борт дополнительно 33% взрывчатки или дополнительного разведывательного оборудования.

Известен компрессорный привод несущего винта вертолёта. В этом случае крутящий момент создается силой реакции воздуха (газов), вытекающих из установленных на концах лопастей тангенциально установленных реактивных сопел.  В фюзеляже вертолёта установлен компрессор (генератора сжатого воздуха или генератор сжатого газа). Воздух (газ) подаётся через втулку и лопасти винта к реактивным соплам на концах лопастей.

К сожалению, реактивный привод имеет основной недостаток, это низкий КПД, из-за которого данное направление в настоящий момент считается неперспективным и дальнейшего развития не получило.

Предлагается повысить КПД реактивного привода с помощью прецессирующего эффекта закрученного течения, который опубликован здесь: Прецессионный эффект закрученного течения.

Прецессионный эффект закрученного течения — явление, при котором осевая составляющая распространения закрученного течения из сопла меняет своё направление в пространстве за счёт специальной сопловой лопатки, см. рис. № 9.24.1. Сопло в этом случае  остаётся неподвижным.

Рис. № 9.24.1 Прецессия вихревого потока.

Визуализация прецессии закрученного течения заявлена на рис. № 9.24.2

Рис. № 9.24.2. Прецессия закрученного течения

Предлагается объединить  компрессорный привод лопастей вертолёта с эффектом прецессии вихревого потока. В этом случае изменяется вектор тяги с радиального на радиально-тангенциальное направление.

Для подтверждения заявленного был изготовлен стенд, см. рис. № 9.24.3.

Рис. № 9.24.3. Стенд изучения вихревых течений.

Стенд представляет собой стальную свободно вращающуюся  по центру алюминиевую штангу длинной 2 метра. В качестве штанги использовалась алюминиевая труба  диаметром 45 мм.  С каждой стороны штанги (трубы), внутри, перед выходом (соплами) установлены статические завихрители.  Сопла на половине диаметра  продолжаются сопловыми лопатками, согласно рис. № 9.24.4.

Рис. № 9.24.4. Сопловая лопатка.

Воздушный поток подаётся от воздушного компрессора.

В эксперименте  диммером (регулятором мощности)  регулировался расход воздуха от компрессора. Менялся угол встроенных двух завихрителей и геометрические размеры лопатки.  В ходе эксперимента проводилось окрашивание воздушных вихревых потоков для целей визуализации различных эффектов. 

РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Некоторые результаты ОКР опубликованы на Ю-туб канале:

— https://www.youtube.com/watch?v=HbOLNKhV9C8&t=24s

— https://www.youtube.com/watch?v=W-8C9E8ys-M&t=43s

2 Сопловая лопатка меняет угол течения закрученного  потока, которое приводит к формированию   не скомпенсированной тангенциальной силы тяги.  Эта сила приводит во вращательное движение штангу стенда.

3. Изменение геометрических размеров и место установки сопловой лопатки  на выходе сопла — меняет угол и скорость прецессии, а также влияет на  угол расходимости прецессирующего закрученного течения.

     Технология заимствована у природы, имитирует природный феномен смерча или торнадо.

Традиционные способы подъема и удержания объектов в воздухе используют либо аэродинамические свойства крыльев (самолёты), либо реактивную тягу (ракеты и вертолёты), либо законы Архимеда (аэронавтика). Однако все они обладают существенными недостатками: большие энергозатраты, шум, сложность конструкции и невозможность эффективного маневра на малых высотах.

Предлагаемый тороидально-вихревой принцип представляет собой новое решение, основанное на уникальном физическом явлении — вихревом кольце (тороиде). Каждый человек хотя бы однажды наблюдал подобное природные явление вроде смерчей и торнадо.

Этапы формирования подъёмной силы

1. Образование вихревого тороида. Ленточный ротор быстро вращается, создавая особую конфигурацию воздушного потока — вихревой тороид. Форма этого тороида напоминает «бублик», состоящий из концентрически расположенных колец воздуха.

2. Создание зоны низкого давления. Центр тороида характеризуется зоной пониженного давления (называемой «ядром») за счёт центробежных сил. Давление в ядре значительно ниже, чем в окружающих областях.

3. Возникновение подъёмной силы. Обычное атмосферное давление снаружи действует на оболочку тороида. Разница давлений между центром и краями заставляет воздух устремляться внутрь ядра, создавая сильную подъёмную силу.

4. Катящийся тороид.  Поскольку тороид «самовыворачивается», он приобретает характеристику непрерывного движения вверх, словно колесико, катящееся по склону. Этот эффект подобен работе колеса, которое катится вверх по наклонной плоскости.

5 Эффект Коанда. Поверхность ротора притягивает вихревой поток, возникающий за счёт эффекта Коанда — притяжения струи к близлежащему телу. Так ротор буквально «прилипает» к своему собственному вихревому кольцу, создавая дополнительную подъёмную силу.

6. Совокупная подъёмная сила — Комбинация вышеперечисленных факторов создаёт мощную подъёмную силу, достаточную для подъёма летательного аппарата.

Такой подход позволяет решить сразу несколько серьезных проблем традиционных методов подъёмной силы:

— Минимизирует потребляемую энергию, поскольку создаваемый вихрь частично стабилизирует сам себя.

— Значительно уменьшает уровень шума и вибраций, делая эксплуатацию комфортнее и безопаснее.

— Обеспечивает высокую манёвренность и способность зависать на месте без значительных усилий.

— Позволяет создать универсальные транспортные платформы, пригодные как для гражданских нужд (малая авиация, доставка грузов), так и для военных целей (разведка, патрулирование, спасение).

Таким образом, тороидально-вихревой принцип предлагает новое направление в авиастроении и транспортном машиностроении, обещающее изменить современные представления о возможностях полётов и перемещений.

Тороидально-вихревой принцип уникален тем, что он основывается на создании и контроле специального вихревого кольца (тороида), которое взаимодействуя с наружным воздухом и специальной конструкцией ротора, образует новую подъёмную силу.

Этот подход сочетает в себе элементы аэродинамики, термодинамики и вихревой динамики, что позволяет достичь высокой энергоэффективности и стабильности при меньших размерах и оборотах роторов по сравнению с классическими методами.

Тороидально вихревое движение – основа принципа.

Тороидальное (спиральное) движение часто встречается в природе. Движение вращающихся планет, движение отдельных закрученных потоков воды — водовороты. По спиральным кривым движутся с вращением элементарные частицы в силовых полях. По спиралям растут листья деревьев и лепестки цветов. Ярким примером

многомерного открытого закрученного течения является такое природное явление, как смерч (торнадо).

В свою очередь, тороидальные(спиральные) движения в природе делятся на два основных класса:

1. Условно одномерное закрученное течение – это открытое (в пространстве) течение среды по спирали вокруг оси, направленной аксиально-радиально, см. рис. № 1.

2. Условно многомерное закрученное течение — это открытое (в пространстве) течение когда среда вращается вокруг двух и более параллельных осей, которые в свою очередь также вращаются вокруг общего центра вращения аксиально-радиально (состоит из множетва отдельных жгутов, которые вращаются совместно в общем потоке), см. рис. № 1.

Рис. № 1. Тороидально-вихревые закрученные течения.

В различных природных закрученных течениях проявляются следующие интересные эффекты:

— Температурные градиенты.

— Самоподдерживающаяся вихревая структура.

— Не скомпенсированные силы.

— Интенсификация различных процессов.

— Новые физические эффекты.

Многомерный вихревой тороид в открытом пространстве имеет ряд интересных особенностей, которые являются основой нового принципа создания подъёмной силы:

1. Вдоль оси вихревого многомерного тороида существует градиент давлений и температур. Аналогия – природное явление смерча (торнадо).

2. По структуре вихревых течений — многомерный тороид не является статическим объектом.

3. Вихревой многомерный тороид всегда движется по оси в сторону пониженного давления.  Можно        сказать,     что    он          само выворачивается в сторону пониженного давления. Грубая аналогия – кольца курильщика.

4. Созданный какой-либо системой, вихревой многомерный тороид не принадлежит этой системе. Вихревой тороид принадлежит сам себе, существует сам по себе.

5. Вихревой тороид своей энергетикой при определённых условиях может воздействовать, в том числе и на систему, которая создала и поддерживает его.

6. Со стороны вихревого тороида на систему может воздействовать дополнительная, не скомпенсированная сила, которая позволит системе двигаться (левитировать) совместно с вихревым тороидом.

7. Основным условием проявления дополнительной, не скомпенсированной силы —  должно быть размещение системы, формирующей вихревой многомерный тороид с одной осевой стороны внутри или снаружи многомерного вихревого тороида.  См. рис. № 2 и 3.

Рис. № 2. Система находится с одной стороны внутри вихревого тороида.

Рис. № 3. Система находится с одной стороны снаружи вихревого тороида.

8. Обратный пример – система (воздушные потоки), формирующая торнадо (смерч) или кольца “курильщика” находится полностью снаружи, сформированного вихревого тороида.  В этом случае вихревой тороид не может воздействовать обратно на систему, которая его сформировала. См. рис. № 4. Не скомпенсированная сила не возникает.

Рис. № 4. Система находится полностью с наружи вихревого тороида. Не скомпенсированная сила не возникает.

Природные аналоги и научные подтверждения

— Смерчи (торнадо): Поднимают объекты за счёт низкого давления в центре вихря.

— Полет одуванчика: Вихревое кольцо вокруг семени (исследование в Nature, 2018).

— Кольца курильщика: Демонстрируют самостабилизацию тороидальных структур.

Потенциальные приложения

1.       Беспилотники нового поколения:

— Малые габариты + тихая работа (вихрь почти не создаёт шума).

— Устойчивость в ветреную погоду.

2.       Вертолёты с мягкой посадкой:

— Авторотация вихря при отказе двигателя.

3.       Аппараты на тородально-вихревой подушке:

— Энергоэффективная альтернатива судам на воздушной подушке.

Просто о сложном

“Бублик” цепляется за воздух и тянет аппарат.  

 Сначала представьте, что вы дуете дымовые кольца – они летят сами по себе, сохраняя форму. В этом аппарате ротор (кольцо с лопатками) делает то же самое, но сильнее и прикрепляет это кольцо к себе. Ротор создаёт воздушный само выворачивающийся “бублик» (многомерное вихревое кольцо).

Здесь возникает главный вопрос, кто за кого тянет? Всё просто — Ротор создаёт “бублик”. “Бублик” отталкивается от окружающего воздуха. Эта сила передаётся на ротор. Ротор тянет весь аппарат.

Обычные винты отбрасывают воздух вниз (как вентилятор), а тут воздух закручивается в само выворачивающийся “бублик” и работает «умнее». Энергии тратится меньше – потому что вихрь сам поддерживает себя какое-то время (как волчок, который долго крутится). Итог: Аппарат висит на невидимом «воздушном пончике», который толкает его вверх. Чем сильнее вращаем «бублик» – тем выше взлетаем!

Если представить хобот торнадо, как внутреннюю осевую часть само выворачивающегося вихревого “бублика” с летательным аппаратом внутри – это и будет тороидально-вихревой полёт. 

Вывод

Тороидально-вихревой принцип создания подъемной силы является принципиально новым подходом, который открывает перспективы для создания более энергоэффективных, компактных и безопасных летательных и транспортных систем. Этот метод подтверждает свою новизну экспериментальными данными, сравнениями с классическими методами и природными аналогами.

Привод вращения лопастей вертолёта использует эффект Коанда для создания тяги.

В конструктивном плане привод размещается на концах лопастей и представляет собой цилиндрические детонационные источники горения с сферическим резонатором на выходе.  Дополнительно выходные сопла оборудованы перевернутыми чашами (рефлекторами), рис. № 8.22.1.

Рис. № 8.22.1. Установка рефлектора на сопло сферического резонатора детонационного горения.

Формирование импульса тяги основывается на следующем. Импульсная волна детонационного горения отразившись от рефлектора меняет направление своего движения и ометает всю поверхность шарового резонатора, см. рис. № 8.22.2.

Рис. № 8.22.2. Визуализация эффекта Коанда

В этом случае давление воздуха со стороны распространения детонационного горения на поверхность сферического резонатора из рефлектора (ометание резонатора с одной стороны)  будет меньше, чем с обратной стороны сферического резонатора.

Чем больше набегающий поток воздуха, т.е. чем больше скорость вращение лопастей, тем эффективней работа привода.

Таким образом обеспечивается привод лопастей вертолёта.

Для исследования возможности использования детонационного эффекта Коанда в  приводе винта вертолёта был создан стенд, рис. № 8.22.3.

Рис. № 8.22.3. Стенд исследования детонационного эффекта Коанда для привода винта вертолёта.

НЕДОСТАТКИ:

• Отсутствие охлаждения торцевой части сферического резонатора. При длительной работе торцевая часть резонатора начинает оплавляться.
• Длительная работа – не возможна.

Известен эффект детонации топливовоздушных смесей в трубах.

На основе этого эффекта предлагается конструкция привода вращения (лопастей вертолёта) по упрощённой аналогии с установкой на концах лопастей прямоточных реактивных двигателей, но с учётом следующего:

Детонационное горение осуществляется радиально в импульсном режиме поочерёдно то в одной, то в другой детонационной трубе с тангенциальным истечением продуктов детонационного горения. Дополнительный вклад в эффективность системы вносит сила Кориолиса.

В конструктивном плане представляет собой свободно вращающееся изделие, состоящее из двух детонационных труб, соединённых между собой по центру вращения системой взаимосвязанных клапанов и с тангенциальными направляющими (соплами) на концах детонационных труб. Подвод топливовоздушной смеси осуществляется по центру вращения одновременно к двум детонационным трубам через систему из двух взаимосвязанных между собой клапанов полу шарового исполнения, рис. № 8.21.1.

Рис. № 8.21.1. Клапанная система

Оба запорных элемента полу шарового типа каждого клапана связаны между собой одной штангой, которая расположена по центральной оси клапанов, см. рис. № 8.21.2.

Рис. № 8.21.2. Конструктивное исполнение одного полу шарового клапана

Конструктивная особенность такой системы взаимосвязанных клапанов заключается в том, что если один клапан “открыт”, то противоположный ему клапан всегда “закрыт”. И наоборот, рис. № 8.21.3

 Клапан открыт                                 Клапан закрыт

Рис. № 8.21.3. Взаимосвязанные клапаны управления детонационным горением.

Принцип работы радиально-детонационного привода вращения (лопастей вертолёта) основан на том, что электрическая искра инициирует детонационную волну в одной детонационной трубе. Она закрывает клапан, прерывая поток топливовоздушной смеси и одновременно открывает второй клапан направляя топливовоздушную смесь в противоположную детонационную трубу для целей её последующей детонации. И наоборот.  Электроискровая система инициации детонаций должна попеременно управлять работой радиально-детонационного привода с скоростью переключения в зависимости от количества топливовоздушной смеси.

Таким образом в импульсном режиме попеременно инициируется детонационное горение топливовоздушной смеси и подготовка топливовоздушной смеси к детонации периодически то в одной, то в другой детонационной трубе.

Работа выхода в данном случае приводит винт во вращение.

Рис. № 8.21.4. Стенд исследования детонационного привода лопастей вертолёта

Конструкция двойного ротора с экраном обеспечивает формирование многомерного само выворачивающегося вихревого тороида под экраном. Тем самым формируется подъёмная сила на основании нового принципа создания подъёмной силы – тороидально вихревого.  

В конструктивном плане двойной ротора с экраном представляет собой диск, над которым вращается центробежный нагнетатель классического исполнения с прямыми лопатками. Под диском вращается специальной формы лопастной формирователь вихревого тороида. Имеет конструктивную особенность в виде совсем небольшого угла атаки “лопастей” к центру по ходу вращения и не более 5 градусов.

Основная особенность ротора — это неразрывное обтекание статического диска сверху — вниз. Центробежный воздушный поток над диском не отбрасывается радиально, а плавно обтекает аксиально вниз с одновременным формированием вихревого само выворачивающегося вихревого тороида.

Экран

Экран играет ключевую роль, выполняя следующие функции:

1.Формирует вихревой тороид.

2. Воспринимает разности давлений. Внутри вихревого тороида, похожего на природный смерч, формируется область пониженного давления (центр тороида), а снаружи — область повышенного давления. Экран, расположенный в верхней части тороида, оказывается под воздействием этой разницы давлений. Воздух пытается заполнить пространство низкого давления, что приводит к приложению направленного вверх усилия к экрану.

3. Трансформация вихревой энергии. Экран принимает энергию вихревого потока и преобразует её в подъёмную силу. Взаимодействуя с вихревым тороидом, экран усиливает формирование подъёмной силы, выступая посредником между энергией вихря и транспортным средством.

4. Регулировка подъёмной силы. Меняя форму, размеры и положение экрана, можно контролировать величину подъёмной силы. Благодаря гибкому управлению экраном, появляется возможность оперативно менять высоту и скорость подъёма аппарата.

5. Стабилизация и балансировка. Экран не только создаёт подъёмную силу, но и стабилизирует транспортное средство. Благодаря правильному расположению экрана относительно центра тороида, обеспечивается равновесие и устойчивость аппарата даже в неблагоприятных погодных условиях.

Экспериментальная проверка

Для проверки способа был собран простой динамический стенд. Неподвижный диск закреплён по оси вращения. Сверху по оси установлен привод. В качестве формирователя тороида использовалась одна лопатка с круткой 5 градусов к оси вращения.

Рис. № 1. Стенд исследования воздушных течений.

Результат: в такой конструкции над диском центробежным способом формируется зона пониженного давления P1, а под диском – зона повышенного давления P2. При этом распределение воздушного потока имеет интересную особенность.

Рис. № 2. Визуализация образования вихревого тороида под диском

Весь радиальный центробежный поток с верхней части диска на его границе между P1 и P2 по диаметру не разрывается, а плавно меняет направление распространения на противоположное. Происходит принудительное неразрывное обтекание статического диска сверху от центра радиально и затем без разрыва потока обратно под диском радиально к центру и вниз.

Практическими работами подтверждается неразрывное обтекание статического диска сверху от центра радиально и затем без разрыва потока обратно под диском радиально к его центру и вниз.

При этом существование подъёмная сила подтверждается тем, что если диск не закреплён снизу, то он поднимается и начинает “бить” о верхний центробежный нагнетатель.

Заключение

Предлагаемый тороидально-вихревой ротор с экраном подтверждает новый принцип создания подъёмной силы — тороидально вихревой. Подъёмная сила подтверждена экспериментами. В этом случае открываются перспективы для разработки новых поколений платформ технической левитации.