CZ16783U1 - Profil listu tělesa obtékaného médiem - Google Patents

Description

Profil listu tělesa obtékaného médiem

Oblast techniky

Technické řešení se týká oboru letectví, dopravních prostředků a energetiky. Konkrétně jde o tvar profilu listu tělesa, obtékaného médiem, a to na náběžné straně listu. Jedná se zejména o vrtuli, nebo křídlo, tělesa obtékaného vodou nebo vzduchem.

Dosavadní stav techniky

Tělesa, obtékaná tekutým médiem, bývají opatřena jedním nebo více listy pro účinné silové působení média. Jedná se zejména o vrtule a křídla, jako jsou například vrtule nebo křídla letadel, vrtulníků, kormidlo lodi, vrtule nebo křídla vodního nebo větrného generátoru, listy rotoru vrtul10 niku, vírníku, vznášedel, aj.

Účinné silové působení média na těleso obtékané médiem je významně ovlivněno profilem listu. Na přední straně listu, pro přítok média, se nachází tzv. náběžná hrana. Je to myšlená čára na přední straně křídla, vrtule nebo jiného listu tělesa obtékaného médiem, spojující body všech profilů, v nichž se na obtékaném listu rozdělují proudnice. Ve skutečnosti bývá opravdová hrana vytvořena pouze na zadní, odtokové straně. Vpředu, na náběžné straně, se nejedná o faktickou hranu, nýbrž o zaoblení. Vrcholy zaoblení jsou ve spojité linii a vzhledem ke zploštělému tvaru listu je vytvořen dojem, při pohledu zdálky, připomínající hranu. Tvar zakřivení profilu na náběžné straně listu tělesa, obtékaného médiem, se vyjadřuje pomocí poměru průměru listu v místě jeho největší tloušťky a průměru kružnice, opsané v náběžné hraně. Oba uvedené rozměry se změří v jednom příčném průřezu listu. Technická veřejnost je přesvědčena, že náběžná hrana musí být poměrně široce zaoblená. Za optimální tvar profilu je totiž vžita představa, že ideální tvar zaujímá padající kapka vody a tvar profilu listu tělesa obtékaného médiem se proto co nejvíce snaží přiblížit průřezu padající kapky. To znamená, že stávající profil je vpředu značně zaoblený a vzadu zašpičatělý. U současných těles, obtékaných médiem, činí poměr průměru největší tloušťky profilu listu ku průměru kružnice opsané v náběžné hraně listu zhruba 1: 1 až 4 : 1.

Nevýhodou takto značného zakulacení náběžné hrany listu tělesa, obtékaného médiem, je relativně velký čelní odpor, tvoření námrazy při chladu, a také riziko aerodynamického třesku při překonání rychlosti zvuku. Tvoření námrazy, zejména u vrtulníků, může způsobit značné komplikace, nevyváženost a vibrace. V turbulentním prostředí je nevýhodou dosavadního řešení značné namáhání tzv. draku, to je karoserie, letadla.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody ve značné míře odstraňuje navržené technické řešení. Je vyřešen profil listu tělesa obtékaného médiem, zejména křídla nebo vrtule, kde list tělesa obtékaného médiem má měřitelnou, v příčném směru proměnlivou, tloušťku a alespoň na náběžné straně je zúžený.

Pokud se myšlená spojnice všech bodů profilů, v nichž se rozdělují proudnice na náběžné straně, označí jako náběžná hrana a list má jednu náběžnou hranu, podle nového řešení je navržen takový profil, že náběžná strana listu má vytvořen alespoň úsek, kde průměr největší tloušťky listu ku průměru kružnice opsané v náběžné hraně je 10 : 1 až 10 000 : 1. Že má list jednu náběžnou hranu, se rozumí tvar listu mající jedno zúžení na náběžné straně, bez ohledu na to, zda se nachá40 zí uprostřed, čije asymetrické nebo asymetricky situované.

I toto řešení umožňuje variantu, že náběžná hrana je zaoblená. Avšak v tomto případě, s použitím poměrů podle předchozího odstavce, se jedná o podstatně menší zaoblení, než jaké se vyskytuje u stávajícího řešení.

S výhodou má náběžná hrana vytvořen alespoň úsek o průřezu ve tvaru písmene V, nebo lome45 ného oblouku.

S výhodou má náběžná hrana vytvořen vrcholový úhel a 10 až 150°.

- 1 CZ 16783 Ul

Optimální je, pokud celá náběžná strana listu má průměr největší tloušťky listu ku průměru kružnice opsané v náběžné hraně je 10 : 1 až 10 000 : l a náběžná hrana má vytvořen vrcholový úhel a 30 až 90°.

Navržené řešení je vhodné pro listy těles, jejichž funkce závisí na obtékání tekutým médiem, zejména vodou nebo vzduchem. Zejména se jedná o vrtule a křídla letadel a vrtulníků, o pohyblivé lodní součásti ve tvaru listu, jako jsou vrtule nebo kormidla. Dále se jedná o vrtule a křídla generátorů, vodních nebo větrných. Navržené řešení lze použít také pro list rotoru vrtulníku, autogyr čili vírník, pro vznášedla, pro letadla s kolmým startem, aj.

Navržené řešení umožní úsporu paliva, eliminuje riziko vzniku námrazy na náběžné straně tělesa io a eliminuje riziko vzniku aerodynamického třesku v případě překonání rychlosti zvuku.

Přehled obrázků na výkresech

Podstata navrženého technického řešení je názorně předvedena pomocí výkresů, kde znázorňují obr. 1 princip technického řešení při pohledu na příkladný profil listu tělesa obtékaného médiem, obr. 2 příkladnou aplikaci technického řešení na profilu listů vrtule a ocasního křídla vrtulníku podle prvního příkladu provedení, při pohledu na vrtulník z boku, obr. 3 tentýž vrtulník při pohledu shora, obr. 4 týž vrtulník při pohledu zepředu, obr. 5 detail vrtule téhož vrtulníku, obr. 6 příkladnou aplikaci technického řešení na profilu listů křídel letadla podle druhého příkladu provedení, při pohledu na letadlo z boku, obr. 7 totéž letadlo při pohledu shora, obr. 8 totéž letadlo při pohledu zepředu, obr. 9A profil hlavního křídla tohoto letadla v linii A-A a obr. 9B profil zadního křídla tohoto letadla, podle linií A-A a B-B naznačených na obr. 7, obr. 10 příkladné tvarové varianty A-D profilu listu tělesa obtékaného médiem podle navrženého řešení.

Příklady provedení technického řešení

Příklad 1

Příkladem provedení navrženého technického řešení jsou listy vrtule a listy postranních ocasních křídel vrtulníku podle obr. 1 až 5.

Vrtulník je těleso, které je při provozu obtékáno vzduchem jakožto tekutým médiem. Profil listu podle navrženého řešení je zde příkladně aplikován na horní vrtuli vrtulníku a na ocasních křídlech vrtulníku. Vrtulník je zkonstruován pro opakovaný pohyb týmž způsobem, to je v zásadě směrem dopředu. Vrtule tohoto vrtulníku se při pohybu vrtulníku vpřed otáčí směrem hodino30 vých ručiček. Listy vrtule i listy ocasních křídel vrtulníku jsou na jejich náběžné straně 1 zúžené. Pokud se myšlená spojnice všech bodů profilů, v nichž se při pohybu vrtulníku rozdělují proudnice na náběžné straně 1, označí jako náběžná hrana 2, mají jak oba listy vrtule, tak každý z obou postranních ocasních listů vrtulníku, vytvořeny profil s jednou náběžnou hranou 2. Na opačné straně je vytvořena odtoková hrana 3, což je obvyklé. Listy vrtule i postranní ocasní listy vrtulní35 ku mají po celé své délce stále stejný profil. Ten je znázorněn na obr. 1. Místo největší tloušťky t listuje na obr. 1 znázorněno pomocí dvojice bodů X. Vzdálenost mezi body X-X je dobře změřitelná. Náběžná strana I listuje znázorněna od dvojice bodů X-X vlevo. V oblasti náběžné hrany 2 je vytvořeno největší zúžení listu na náběžné straně I. Zde je opsána kružnice, jejíž průměr d je určen zakulacením v bodě myšlené náběžné hrany 2. Rozměry a tvar uvedených listů jsou vytvo40 řeny tak, že průměr největší tloušťky listu t ku průměru d kružnice, opsané v náběžné hraně 2, je 10 : 1. Obr. 1 demonstruje, jak se provedou měření pro vymezení pojmových znaků podle navrženého řešení, a také ukazuje provedení, kde náběžná hrana 2 je zřetelně zaoblená. Dojem zaoblení je vytvořen nejen podle samotného vrcholu zúžení v místě náběžné hrany 2, ale i podle uspořádání tvaru okolí. Při větším rozdílu v poměru průměru největší tloušťky listu t ku průměru d kružnice, opsané v náběžné hraně 2, může být vytvořen profil listu, jenž je v místě náběžné hrany 2 zalomen do tvaru písmene V, nebo lomeného oblouku.

Zalomení je dořešeno i tvarem bezprostředního okolí tak, že je zcela upuštěno od stávající teorie ideálního profilu o tvaru kapky a podle nového řešení může mít náběžná hrana s výhodou vytvořen vrcholový úhel a 10 až 150°, jak demonstruje obr. 10.

-2CZ 16783 Ul

Příklad 2

Jiným příkladem provedení navrženého technického řešení jsou listy hlavních a ocasních křídel letadla podle obr. 6 až 8.

Také letadlo je těleso, které je při provozu obtékáno vzduchem jakožto tekutým médiem. Profil listu podle navrženého řešení je zde příkladně aplikován na hlavních křídlech a na ocasních křídlech letadla. Letadlo je zkonstruováno pro pohyb v zásadě směrem dopředu. Listy křídel letadla jsou na jejich náběžné straně i zúžené. Pokud se myšlená spojnice všech bodů profilů, v nichž se při pohybu vrtulníku rozdělují proudnice na náběžné straně 1, označí jako náběžná hrana 2, mají jak oba listy hlavních křídel, tak i oba listy ocasních křídel letadla, vytvořeny profil s jednou náio běžnou hranou 2. Na opačné straně je vytvořena odtoková hrana 3, jak je obvyklé. Listy křídel mají profil, znázorněný na obr. 9A a B, kde je také vyznačeno místo největší tloušťky t listu každého křídla letadla. V oblasti náběžné hrany 2 je vytvořeno největší zúžení listu na náběžné straně i. Průměr největší tloušťky listu t ku průměru d kružnice, opsané v náběžné hraně 2, je u hlavního křídla cca 100 : 1 a ocasního křídla cca 500 : 1. Proto náběžná hrana 2 není zřetelně zaoblená, ale profil listu je v místě náběžné hrany 2 na obrázku zřetelně zalomen do tvaru písmene V. Oblina, umožňující opsání kružnice zmiňované zde v textu, je patrná až při prozkoumání letadla zblízka a není proto na obrázcích znázorněna.

Dojem zaoblení je vytvořen nejen podle samotného vrcholu zúžení v místě náběžné hrany 2, ale i podle uspořádání tvaru okolí. Při větším rozdílu v poměru průměru největší tloušťky listu t ku průměru d kružnice, opsané v náběžné hraně 2, může být vytvořen profil listu, jenž je v místě náběžné hrany 2 zalomen do tvaru písmene V, nebo lomeného oblouku.

Zalomení je dořešeno i tvarem bezprostředního okolí tak, že je zcela upuštěno od stávající teorie ideálního profilu o tvaru kapky a podle nového řešení může mít náběžná hrana s výhodou vytvořen vrcholový úhel a 10 až 150°, jak demonstruje obr. 10. Na obr. 10 jsou názorně předvedeny různé tvary profilů podle navrženého řešení, s vrcholovým úhlem a v rámci uvedeného rozmezí. Na obr. 10A je to úhel a cca 150°, 10B 90°, 10C 45° a 10D 10°, přičemž jsou demonstrovány i různé tvary profilu listů, symetrické i nesymetrické, pravidelné i nepravidelné.

Claims (5)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Profil listu tělesa obtékaného médiem, zejména křídla nebo vrtule, kde list tělesa obtéka30 ného médiem má v příčném směru proměnlivou tloušťku a na náběžné straně (1) je zúžený, a pokud se myšlená spojnice všech bodů profilů, v nichž se rozdělují proudnice na náběžné straně (1), označí jako náběžná hrana (
2. 2), má list profil s jednou náběžnou hranou (2), vyznačující se tím, že náběžná strana (1) listu má vytvořen alespoň úsek, kde průměr největší tloušťky (t) listu ku průměru (d) kružnice opsané v náběžné hraně (2) je 10 : 1 až 10000 : 1.

   35 2. Profil listu tělesa obtékaného médiem podle nároku 1, vyznačující se tím, že náběžná hrana (2) je zaoblená.
3. 3. Profil listu tělesa obtékaného médiem podle nároku 1, vyznačující se tím, že náběžná hrana (2) má alespoň úsek o průřezu ve tvaru písmene V nebo lomeného oblouku.
4. 4. Profil listu tělesa obtékaného médiem podle nároku 3, vyznačující se tím, že 40 náběžná hrana (2) má vytvořen vrcholový úhel α 10 až 150°.
5. 5. Profil listu tělesa obtékaného médiem podle nároku 3, vyznačující se tím, že celá náběžná strana (1) listu má průměr největší tloušťky (t) listu ku průměru (d) kružnice opsané v náběžné hraně 10 : 1 až 10 000 : 1 a náběžná hrana (2) má vytvořen vrcholový úhel a 30 až 90°.