EA003720B1

EA003720B1 - Воздушный винт

Info

Publication number: EA003720B1
Application number: EA200200915A
Authority: EA
Inventors: Вей Хан; Юанлинг Ли; Лианюн Сун
Original assignee: Вей Хан
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2003-08-28
Also published as: MXPA02008461A; ZA200206946B; HUP0301596A2; OA12320A; CN2420228Y; US6866482B2; EA200200915A1; CA2401609A1; NO20024096L; US20030118446A1; NO20024096D0; MA25723A1; KR20030015201A; PL364994A1; AP2002002635A0; BR0109020A; IL151514A0; WO2001064510A1; JP2003525172A; EP1260432A1

Abstract

Высокоэффективный воздушный винт имеет втулку и множество лопастей и характеризуется тем, что на вершине каждой лопасти предусмотрена двусторонняя или односторонняя дуговая кромка. Воздушный винт согласно изобретению может обеспечивать небольшое индуктивное аэродинамическое сопротивление и преобразовывать центробежную силу в эффективную силу для увеличения разностного давления вблизи вершины лопастей и тем самым увеличивать действующую на лопасти силу. При условии одинакового потребления энергии в ходе испытаний большого воздушного винта с боковым наклоном было установлено, что величина потока увеличивается примерно на 12-17%, что эквивалентно экономии энергии примерно на 40-70%. Поскольку динамические характеристики текучей среды представляют относительное удлинение, приближающиеся к бесконечности, то можно увеличить ширину лопастей без увеличения индуктивного аэродинамического сопротивления. Применение способа увеличения площади лопастей и уменьшения скорости выходного потока текучей среды позволяет на существующей основе значительно увеличить экономию энергии.

Description

Изобретение относится к воздушному винту, в частности к воздушному винту с лопастями, снабженными двусторонними или односторонними дуговыми кромками на их вершине.

В лопастях воздушного винта согласно уровню техники за счет действия индуктивного аэродинамического сопротивления точка максимального давления расположена в месте около 0,7 от длины лопасти, где находится главная рабочая зона. Скорость движения лопастей достигает максимума в зоне от 0,7 длины лопасти до ее вершины, причем эта зона занимает около половины всей площади вращения воздушного винта и должна создавать около 70% действующей силы при расчете достигаемой действующей силы. При этом в обычном воздушном винте разница давлений между поверхностью положительного давления и поверхностью отрицательного давления в этой зоне, наоборот, уменьшается и равна почти нулю на вершине лопасти. Вершина лопасти расположена в положении максимальной скорости движения лопастей, но также и в положении максимальной потери энергии в обычном воздушном винте. В воздушном винте согласно уровню техники отсутствуют стабильные границы между поверхностью положительного давления и поверхностью отрицательного давления воздушного винта и окружающей средой, поэтому потеря энергии на вершине лопасти является значительной. В настоящее время известна конструкция, в которой к лопасти добавлена кромка с относительно большим относительным удлинением, однако, положительный эффект экономии энергии не является очевидным. Это объясняется тем, что индуктивное аэродинамическое сопротивление самой лопасти является относительно небольшим, размах лопасти более длинным, рычаг силы является большим и поэтому момент является большим для простого деформирования лопасти, что приводит за счет кромок к созданию большого сопротивления формы. В известной в настоящее время конструкции, в которой лопасть снабжена кромкой, или в конструкции, в которой воздушный винт имеет наружное кольцо в форме туннеля, или при использовании воздушного винта в туннеле не рассматривается влияние кромки или туннеля на радиальную подачу текучей среды. Влияние формы и размера кромки не учитывается при устранении индуктивного аэродинамического сопротивления и увеличении радиальной подачи текучей среды. Кромка или туннель оказывают влияние на подвод текучей среды и поэтому уменьшают количество текучей среды, действующей на воздушный винт, так что уменьшается эффективная действующая сила, создаваемая воздушный винтом, а следовательно, уменьшается эффективность воздушного винта.

Задачей данного изобретения является создание высокоэффективного воздушного винта, способного устранить недостатки воздушного винта, согласно уровню техники, указанные выше.

Воздушный винт согласно изобретению имеет втулку и множество лопастей, характеризующихся тем, что на вершине каждой лопасти предусмотрена двусторонняя или односторонняя дуговая кромка.

Воздушный винт согласно изобретению может изменять условия потока и распределение давления вблизи вершины лопасти с помощью двусторонних или односторонних дуговых кромок. Поэтому динамические характеристики текучей среды воздушного винта, согласно изобретению обеспечивают относительное удлинение, приближающееся к бесконечности, и низкое индуктивное аэродинамическое сопротивление. Центробежная сила текучей среды может быть преобразована в эффективно действующую силу для повышения действующей силы вблизи вершины лопасти, за счет чего почти не создается сопротивление формы двусторонней или односторонней дуговой кромкой. В условиях почти отсутствия индуктивного аэродинамического сопротивления очевиден преимущественный результат уменьшения потери энергии с помощью удлинения хорды кромки, за счет чего увеличивается площадь лопасти и уменьшается скорость выходного потока текучей среды.

Ниже приводится подробное описание изобретения на основе примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено на фиг. 1 - конструкция воздушного винта и двусторонних дуговых кромок лопастей согласно изобретению;

на фиг. 2 - конструкция воздушного винта и двусторонних дуговых кромок лопастей с усиливающим кольцом согласно изобретению;

на фиг. 3 - односторонняя дуговая кромка с наклоном наружу и препятствующим перетоку ребром;

на фиг. 4 - положение зоны создания вихря;

на фиг. 5 - окончания односторонних дуговых кромок воздушного винта с усиливающим кольцом согласно изобретению.

С целью упрощения в последующем вместо понятия двусторонняя дуговая кромка и односторонняя дуговая кромка лопасти применяется просто понятие кромка.

Вариант выполнения 1. Высокоэффективный воздушный винт применяемого в воздухе типа.

Как показано на фиг. 1 и 2, воздушный винт согласно данному варианту выполнения имеет втулку 2 и двенадцать лопастей 3, характеризующихся тем, что на вершине лопасти 3 закреплена двусторонняя дуговая кромка 1. Усиливающее кольцо 4 расположено между лопастями. Воздушный винт может быть выполнен из любого подходящего материала, та кого как пластмасса, металл, с помощью литья, сварки или другими механическими способами.

Воздушный винт согласно данному варианту выполнения имеет диаметр воздушного винта 0,8 м, эффективный угол атаки 14°, коэффициент Ь подъемной силы принимается равным 1, относительное удлинение составляет 4, площадь лопасти равна площади вращения воздушного винта, высота кромки равна 26% длины хорды лопасти, и кромка имеет угол наклона наружу 22°. Усиливающее кольцо 4 расположено на вершине лопастей и за пределами осевой ширины лопастей. Усиливающее кольцо и кромки соединены с помощью соединительных полосок, плоскость которых, по существу, параллельна плоскости вращения воздушного винта или же расположена под углом к направлению потока, чтобы не создавать действующей силы, а только сопротивление трения.

Статическая тяга Р, которая может создаваться теоретически воздушным винтом, согласно изобретению, вычисляется исходя из условий технической цели достижения скорости 550 м/с на вершине лопасти без учета эффекта сжимаемости воздуха.

При тяге Р в кгс, площади А лопасти 0,5 м², скорости г вращения 219 об./с, скорости У_(т) на вершине лопасти 500 м/с, коэффициенте Ь подъемной силы 1, плотности ρ воздуха 0,125 кг с²/м⁴ и радиусе В 0,4 м получаем тягу Р=0,25 Ь ρ А У² _(т)=4726 кгс=46320 Н Расчет сопротивления Ζ трения, создаваемого кромками и усиливающим кольцом

По сравнению с обычным воздушный винтом сопротивление трения, создаваемое кромками и усиливающим кольцом, добавляется к воздушному винту согласно изобретению, так что для оценки их действия сопротивление Ζ трения, создаваемое кромками и усиливающим кольцом, и его отношение к тяге вычисляются следующим образом.

Для вычисления сопротивления Ζ трения, создаваемого кромками и усиливающим кольцом, используется формула для вычисления аэродинамического сопротивления пластины. При предположении, что форма кромок и усиливающего кольца вызывает лишь сопротивление трения и сопротивление приблизительно соответствует сопротивлению пластины, сопротивление трения вычисляется в соответствии с площадью кромок и усиливающего кольца, которая равна 50% площади вращения на вершине лопасти воздушного винта.

При сопротивлении Ζ трения, создаваемого кромками и усиливающим кольцом, в кгс, критическом числе Рейнольдса 9, площади М поверхности кромок и усиливающего кольца 0,125 м², коэффициенте С сопротивления, линейной скорости У_(т) кромки 550 м/с, плотности ρ воздуха 0,125 кг с²/м⁴, коэффициенте γ вязкости воздуха 1,45х0,00001 м²/с, получаем

9=(2,5х550)/(1,45х0,00001)=94827586 С=0,455/(Ь§9)²’⁵⁶=0,0021

Ζ=0,5 С ρ М У² _(т)=0,5х0,0021х0,125х0,125х 550х50=4,9625 кгс

Отношение сопротивления трения, создаваемого кромками и усилительным кольцом, к тяге вычисляется как сопротивление/тяга=4,9625:4726=0,00105

Таким образом, действие сопротивления трения, вызываемого кромками и усиливающим кольцом, на воздушный винт согласно изобретению является незначительным.

Сравнение потерь, вызванных индуктивным аэродинамическим сопротивлением, для воздушного винта согласно изобретению и обычного воздушного винта показывает следующее:

1. Расчет потерь, вызванных индуктивным аэродинамическим сопротивлением, для воздушного винта согласно изобретению.

При площади А воздушного винта 0,5 м, относительном удлинении λ~^, скорости У(_т) на вершине лопасти 550 м/с, коэффициенте Ь подъемной силы 1 получаем коэффициент Οι индуктивного аэродинамического сопротивления Οχ=Τ²/(πλ)=1/(π^)«0

Отсюда индуктивное аэродинамическое сопротивление В_х

В=0,5 С ρ А У²(т)=0

2. Расчет потерь, вызванных индуктивным аэродинамическим сопротивлением, для обычного воздушного винта.

При площади А воздушного винта 0,5 м, относительном удлинении λ=4, скорости У(_т) на вершине лопасти 550 м/с, коэффициенте Ь подъемной силы 1 получаем коэффициент Οι индуктивного аэродинамического сопротивления

Οι=Τ²/(πλ)=1/(12,6)=0,0796

В=0,5 Οχ ρ А У² _(т)=752 кгс

Отношение индуктивного аэродинамического сопротивления к тяге для воздушного винта согласно изобретению

0/4726=0

Отношение индуктивного аэродинамического сопротивления к тяге для обычного воздушного винта

752/4726=0,13

При этих условиях потери, вызванные индуктивным аэродинамическим сопротивлением, можно уменьшить на величину, эквивалентную 13% тяги воздушного винта, согласно изобретению.

Вариант выполнения 2. Высокоэффективный воздушный винт типа воздушного винта с кромками, имеющими чрезмерно широкую хорду.

Воздушный винт согласно данному варианту выполнения имеет втулку 2 и шесть лопастей 3, характеризующихся тем, что на вершине каждой лопасти 3 закреплена двусторонняя дуговая кромка 1. Воздушный винт согласно данному варианту выполнения имеет диаметр воздушного винта 0,8 м, осевую длину 0,92 м, угол атаки на стороне входа потока лопасти 60°, угол атаки на стороне выхода потока лопасти 30°, относительное удлинение составляет 4. Воздушный винт выполнен, в целом, со спиральной формой. Высота кромки на стороне положительного давления лопасти равна 0,03 м для стороны входа потока и 0,08 м для стороны выхода потока. Кромка не имеет никакого наклона наружу. Препятствующее перетоку ребро имеет ширину 0,06 м и расположено под углом 60° к кромке.

Ниже приводится сравнение воздушного винта согласно изобретению с воздушным винтом в турбовентиляционном двигателе или компрессоре, имеющем некоторую входную зону всасывания и работающем в тех же условиях. Воздушный винт согласно изобретению характеризуется тем, что текучая среда может всасываться радиально для сильного увеличения количества всасываемой текучей среды, действующей на лопасти. Всасываемый воздух на стороне отрицательного давления лопасти входит в пространство, образованное поверхностью положительного давления лопасти и кромкой, а также препятствующим перетоку ребром, для направления и ограничения, поскольку поверхность положительного давления лопасти снабжена кромкой и препятствующим перетоку ребром. В процессе перехода давления с поверхности отрицательного давления лопасти на поверхность положительного давления следующей смежной лопасти можно уменьшить помехи между поверхностями положительного и отрицательного давления лопасти и тем самым можно увеличить разностное давление за счет направления текучей среды в пространство между сторонами положительного и отрицательного давления лопасти. Поток текучей среды в воздушном винте согласно изобретению настолько велик, что он способен превращать центробежную силу в эффективно действующую силу. Эффективно действующая сила увеличивается, а потери, вызванные сопротивлением и другими вторичными потоками, уменьшаются, так что исключается простое возникновение биения и флаттера лопастей.

Если т - количество текучей среды, всасываемой на передней стороне воздушного винта, ν - скорость выходного потока текучей среды,

М - количество радиально всасываемой текучей среды на вершине лопасти воздушного винта согласно изобретению,

Е - тяга воздушного винта, то тяга, создаваемая реактивным двигателем, зависит, главным образом, от изменения момента текучей среды.

Тяга Е, создаваемая в обычном вентиляторе тяги, равна

Ε=6(ιην)/άΙ.

При предположении, что количество (т) текучей среды, всасываемой на передней стороне воздушного винта, согласно изобретению равно количеству всасываемого воздуха вентилятором с той же передней поверхностью, общая величина потока воздушного винта согласно изобретению составляет (т+М), поскольку добавляется радиально всасываемое количество М текучей среды. При предположении, что скорость (ν) выходного потока является одинаковой (на самом деле она больше) со скоростью обычного воздушного винта, то тяга Е, создаваемая в воздушном винте, согласно данному варианту выполнения равна

Е=б[(т+М)]/б1.

Поэтому тяга, создаваемая в воздушном винте, согласно изобретению больше тяги обычного вентилятора, такого как вентилятор турбовентиляторного двигателя, с той же передней поверхностью; и всасываемое количество больше, чем у компрессора реактивного двигателя с той же передней поверхностью. Кроме того, тяга, отношение тяги к весу и коэффициент полезного действия двигателя значительно увеличиваются, поскольку увеличивается поток текучей среды. Воздушный винт согласно данному варианту выполнения пригоден также для использования в осевом насосе, в дымовом эксгаустере и т.д.

Вариант выполнения 3. Высокоэффективный воздушный винт для обычного вентилятора.

Ниже приводится сравнение данного варианта выполнения с обычным вентилятором с диаметром 400 мм. Конструкция, форма, размеры и угол атаки воздушного винта согласно изобретению те же, что и для обычного вентилятора, за исключением того, что лопасть снабжена односторонней дуговой кромкой 5, как показано на фиг. 3, 4 и 5.

Воздушный винт в данном варианте выполнения имеет втулку 2 и четыре лопасти 3, характеризующиеся тем, что на вершине каждой лопасти 3 закреплена односторонняя дуговая кромка 5. Ширина кромки равна 40 мм, кромка имеет наклон наружу 15° и эквивалентный диаметр вентилятора составляет 420 мм. Соединение и его ближняя зона между кромкой и вершиной поверхности отрицательного давления лопасти выполнены в форме обтекаемой дуги, на которой имеется зона 7 образования вихря шириной 6 мм, как показано на фиг. 3 и 4.

Эквивалентный диаметр вентилятора в данном варианте выполнения составляет 420 мм. При условии одинаковой скорости вращения аэродинамическое сопротивление эквивалентно сопротивлению обычного вентилятора с диаметром 400 мм, мощность эквивалентна мощности обычного вентилятора диаметром 400 мм, а количество создаваемого ветра больше, чем у вентилятора с диаметром 420 мм.

Проведенные в настоящее время испытания подтвердили, что при условии постоянных мощности двигателя и потребляемой энергии воздушный винт согласно изобретению повышает количество ветра примерно на 12-17%, что эквивалентно экономии энергии примерно на 40-70% относительно отношения количества ветра в кубических метрах к потребляемой энергии.

Каждая часть кромки воздушного винта согласно изобретению, по существу, концентрична воздушному винту. Части кромки, которые выполняют одинаковую функцию, выступают в осевом направлении по примерно одинаковому радиусу вращения. В принципе, кромки должны создавать сопротивление трения в направлении вращения. Если кромка имеет наклон, то она создает сопротивление формы, которое может увеличивать или уменьшать силу формы от давления у вершины лопасти. В соответствии с требованиями кромка может в направлении вращения подходящим образом переходить в форму примерно эвольвенты для изменения количества всасываемой текучей среды и тем самым результата действия лопастей.

Воздушный винт согласно изобретению не очень чувствителен к изменению наклона кромки в определенных пределах, так что его можно использовать в качестве воздушного винта с изменяемым углом наклона. Воздушный винт может быть выполнен также как винт с кромками специальной формы для удовлетворения требованиям различных рабочих условий и эстетическим требованиям.

Изобретение использует новую концепцию конструирования и новую идеологию конструирования. В прошлом не замечали, что радиальная подача текучей среды у вершины лопасти воздушного винта может влиять на рабочие условия воздушного винта. Поэтому при применении воздушного винта с кромками или воздушного винта внутри туннеля не присутствовала системная направляющая идеология и конструкторская концепция, таким образом, складывается впечатление, что они выполнялись вслепую. Наши эксперименты и испытания доказали, что неправильная конструкция лопастей или применение обычного воздушного винта внутри туннеля уменьшает количество текучей среды, действующей на лопасти, уменьшает тягу воздушного винта или количество транспортируемой текучей среды и поэтому уменьшает эффективность воздушного винта. Поэтому конструкция кромок для воздушного винта согласно изобретению должна учитывать, что действие кромок приводит к уменьшению как индуктивного аэродинамического сопротивления, так и подачи текучей среды. Разумное управление радиальным потоком текучей среды у вершины лопасти может значительно увеличить тягу воздушного винта, количество транспортируемой текучей среды, а следовательно, эффективность воздушного винта. Изобретение следует идеологии системного конструирования. Действие кромок используется для уменьшения индуктивного аэродинамического сопротивления. Таким образом, в условиях почти отсутствия индуктивного аэродинамического сопротивления уменьшается относительное удлинение, уменьшается деформация лопасти, увеличивается эффективная площадь лопасти, уменьшается скорость выходного потока текучей среды, а также значительно увеличивается эффективность воздушного винта согласно теоретической оценке. В настоящее время обеспечивается экономия энергии около 40-70%, главным образом, за счет уменьшения индуктивного аэродинамического сопротивления.

В ходе экспериментов было установлено, что при определенных условиях туннель приводит к уменьшению потока текучей среды воздушного винта или вентилятора. Воздушный винт согласно изобретению может устранять нежелательное действие, а также обеспечить благоприятные действия для обеспечения сохранения туннелем давления и уменьшения утечки на вершине лопастей. Подходящее расположение воздушного винта согласно изобретению внутри туннеля значительно увеличивает эффективность транспортировки текучей среды и сжатия воздуха. Воздушный винт согласно изобретению обычно не используется внутри туннеля в виде закрытой посадки. Воздушный винт должен быть расположен на обоих концах туннеля, при этом выходная или входная сторона воздушного винта должна быть подходящим образом согласована с одним из концов туннеля. Относительно подходящее применение воздушного винта согласно изобретению обеспечивается тогда, когда текучая среда вдавливается в туннель, большая часть воздушного винта находится за туннелем и только выходная сторона воздушного винта взаимодействует с туннелем; и когда текучая среда высасывается из туннеля, то большая часть воздушного винта находится в туннеле и только выходная сторона воздушного винта направлена наружу. Туннель должен оставлять пространство для радиальной подачи текучей среды в воздушный винт.

Форма, размер, пространственный угол и пространственное положение кромок лопастей воздушного винта согласно изобретению опре деляются, главным образом, с помощью расчетов и испытаний, посредством системного учета различных требований, таких как засасывание текучей среды, уменьшение индуктивного аэродинамического сопротивления, минимизация сопротивления трения и сопротивления формы и структурная прочность. Если воздушный винт используется для создания тяги и поэтому необходима минимальная потеря от индуктивного аэродинамического сопротивления, то кромки предусматриваются как на стороне положительного давления, так и на стороне отрицательного давления и являются относительно высокими. Если воздушный винт используется в качестве вентилятора и поэтому нет необходимости в уменьшении потерь, вызванных индуктивным аэродинамическим сопротивлением, на стороне отрицательного давления лопастей, то на сторонах отрицательного давления кромки не предусматриваются (см. фиг. 4). Форма, размер, пространственный угол и пространственное положение кромок лопастей воздушного винта согласно изобретению зависят от условий применения, таких как эффективный угол атаки, интенсивность нагрузки, наклон, относительное удлинение, радиус и линейная скорость на вершине лопастей, коэффициент компрессии, плотность и вязкость текучей среды, и разностное давление между входящим и выходящим потоками, разностное давление между входящим или выходящим потоком и окружающей атмосферой и т.д.

На вершине лопастей радиальная составляющая движения текучей среды велика, кромки лопастей сильно воздействуют как на уменьшение индуктивного аэродинамического сопротивления, так и на подачу текучей среды в радиальном направлении в воздушный винт. Поэтому форма, размер, пространственный угол и пространственное положение кромок лопастей влияют на результаты воздействия.

Кромки лопастей воздушного винта согласно изобретению могут иметь наклон относительно осевого направления воздушного винта (см. фиг. 4). Кромка на стороне положительного давления лопасти может создавать четыре полезных эффекта при изменении наклона кромки: (1) если кромка с наружным наклоном имеет радиальную составляющую скорости, действующую на текучую среду, которая меньше радиальной скорости движения текучей среды, то текучая среда создает действующую на кромку силу, включая составляющую, которая подталкивает вращение воздушного винта, и составляющую, которая уменьшает изгиб после деформации лопасти. В этих условиях кромка имеет только сопротивление трения, и не имеет сопротивления формы, и увеличивает количество входного потока текучей среды вследствие наружного наклона кромки; (2) если кромка с наружным наклоном имеет радиальную составляющую скорости, действующую на текучую среду, которая равна радиальной скорости движения текучей среды, то кромка не создает действующую на текучую среду силу. Кромка не имеет также сопротивления формы и увеличивает количество входного потока текучей среды за счет наружного наклона кромки; (3) если кромка с наружным наклоном имеет радиальную составляющую скорости, действующую на текучую среду, которая больше радиальной скорости движения текучей среды, то кромка создает действующую на текучую среду силу. Кромка может дополнительно увеличить количество засасываемой текучей среды, однако, потребляет энергию, и имеет также потери вследствие сопротивления формы; (4) если кромка на стороне положительного давления лопасти наклонена внутрь, то кромка улучшает эффект предотвращения текучей среды от перетока, однако, уменьшает величину входного потока текучей среды, и образуется определенное индуктивное аэродинамическое сопротивление на задней стороне кромки. Наклон внутрь кромки используется обычно в соединении с наклоном кромки наружу, такой как наклон наружу на нижней части кромки и наклон внутрь на верхней части вблизи верхнего ребра, а также используется в специальной ситуации, как, например, в спиральной форме. Действие наружного наклона кромки на уменьшение индуктивного аэродинамического сопротивления изменяется с максимального до нулевого, когда наружный наклон кромки изменяется от 0 до 90°.

Согласно теоретическому анализу и результатам испытаний действие воздушного винта согласно изобретению на экономию энергии относительно велико при использовании в условиях малого относительного удлинения лопасти, например менее 2. Действие кромки является относительно большим, когда наклон кромки, а именно угол, заключенный между кромкой и осевым направлением воздушного винта, согласно изобретению меньше 45°.

В лопасти с относительно небольшим относительным удлинением текучая среда может перетекать за кромкой для создания индуктивного аэродинамического сопротивления под действием центробежной силы и давления лопатки, когда действие центробежной силы является большим. Если увеличить высоту кромки, то кромка может быть настолько высокой, что будет мешать подаче текучей среды. В этих условиях можно использовать препятствующее перетоку ребро 6 (см. фиг. 3) для уменьшения потерь из-за перетока текучей среды. Препятствующее перетоку ребро можно использовать только для части кромки вблизи выходного потока лопастей. Использование предотвращающего переток ребра сказывается положительно на осевой транспортировке текучей среды в спиральной форме, например, в дымовом экс гаустере, который имеет как осевое действие, так и центробежное действие.

Кромки воздушного винта согласно изобретению могут иметь разный наклон. Например, наклон наружу кромки больше в части лопасти с меньшим давлением и меньше в части лопасти с большим давлением. Аналогичным образом высота кромок может изменяться в разных положениях в зависимости от потребностей.

Угол наклона кромки на стороне отрицательного давления лопасти может быть таким же, как и у кромки на стороне положительного давления, но быть направленным внутрь, или же отличаться от него, например быть постоянно параллельным осевому направлению воздушного винта. Кромка на стороне отрицательного давления обычно не наклонена наружу, за исключением специальных требований. Наклон кромки внутрь означает, что кромка наклонена к осевому направлению.

Двусторонняя дуговая кромка 1 обычно используется для воздушного винта типа, используемого для движения. Наружная сторона кромки вдоль пути прохождения потока имеет обтекаемую форму. Это может увеличивать количество подаваемой текучей среды, уменьшать помехи между смежными лопастями, увеличивать тягу, а следовательно, улучшать характеристики воздушного винта.

Односторонняя дуговая кромка 5 обычно используется для воздушного винта типа вентилятора. Когда кромка имеет наклон наружу относительно осевого направления воздушного винта, то обтекаемую форму дуги или другую форму, уменьшающую сопротивление вдоль пути прохождения потока, используют вблизи места соединения между наружной стороной кромки и стороной отрицательного давления лопасти (см. фиг. 3). Это дополнительно уменьшает разницу давлений между сторонами отрицательного и положительного давления, уменьшает сопротивление давления кромки, увеличивает количество подаваемой текучей среды и уменьшает потребление энергии. Для использования с относительно большим коэффициентом Рейнольда зона 7 создания вихря (см. фиг. 4), которая, по существу, параллельна стороне отрицательного давления лопасти и способствует изменению условий потока в турбулентные, должна быть предусмотрена перед дуговой поверхностью. Создающая вихрь зона расположена на определенной ширине или на полной поверхности кромки и выполнена в виде шероховатой поверхности или такой формы, которая обеспечивает изменение условий потока в турбулентные для задержки отделения текучей среды и тем самым уменьшения сопротивления лопастей.

Для использования при относительно высоких интенсивностях нагрузки и высоких требованиях к прочности конструкции воздушный винт согласно изобретению выполняется с усиливающим кольцом 4 (см. фиг. 2, 5) для соединения друг с другом смежных лопастей или кромок. Между смежными лопастями может быть предусмотрено одно или несколько усиливающих колец, расположенных подходящим образом в середине или в конце длины лопастей. Конструкция может повышать структурную прочность и нагружаемость воздушного винта и уменьшать флаттер лопастей. Усиливающее кольцо (см. фиг. 5) или его часть может быть предусмотрена за пределами осевой ширины лопастей для уменьшения влияния усиливающего кольца на радиальное всасывание текучей среды. Усиливающее кольцо также служит для управления направлением потока наподобие туннеля.

Конструкция воздушного винта согласно изобретению, в которой лопасть соединена с кромкой под углом, может увеличивать сопротивление против деформации.

Кромка, усиливающее кольцо и препятствующее перетоку ребро для воздушного винта согласно изобретению могут иметь различные формы дуговых поверхностей, поперечные сечения или поперечные сечения с полостью.

Область применения воздушного винта согласно изобретению относится, главным образом, к машинам вентиляторного или роторного типа, выполняющим работу с текучей средой, таким как воздушный винт, вентилятор, осевая воздуходувка, компрессор, осевой насос, осевой дымовой эксгаустер и т. д.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Воздушный винт, имеющий втулку (2) и множество лопастей (3), отличающийся тем, что на вершине каждой лопасти имеется двусторонняя дуговая кромка (1) или односторонняя дуговая кромка (5).
2. Воздушный винт по п.1, отличающийся тем, что двусторонняя дуговая кромка (1) или односторонняя дуговая кромка (5) имеет наклон относительно осевого направления воздушного винта.
3. Воздушный винт по п.1, отличающийся тем, что между указанными лопастями (3) имеется усиливающее кольцо (4).
4. Воздушный винт по п.1, отличающийся тем, что относительное удлинение указанной лопасти (3) составляет менее 2 и воздушный винт выполнен со спиральной формой.
5. Воздушный винт по п.1, отличающийся тем, что соединение между кромкой и стороной отрицательного давления лопасти для указанной односторонней дуговой кромки (5) имеет, по существу, гладкую дуговую поверхность, или обтекаемую или примерно обтекаемую дуговую поверхность вдоль направления потока, или зону (7) образования вихря на или перед дуговой поверхностью.
6. Воздушный винт по п.1, отличающийся тем, что двусторонняя дуговая кромка (1) или односторонняя дуговая кромка (5) имеет ребро (6), выполненное с возможностью препятствовать перетоку.
7. Воздушный винт по п.1, отличающийся тем, что угол, заключенный между указанной односторонней дуговой кромкой (5) или двусторонней дуговой кромкой (1) и осевым направлением воздушного винта, меньше 45°.