RU2118600C1

RU2118600C1 - Aerodynamic propulsor

Info

Publication number: RU2118600C1
Application number: RU97110993A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Петрович Медведев
Original assignee: Вячеслав Петрович Медведев
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 1998-09-10

Abstract

FIELD: devices for creation of aerodynamic lift force. SUBSTANCE: aerodynamic propulsor includes body whose outer surface is made in form of surface of revolution, for example conical surface limited by end surfaces at the top and at the bottom and flat radial blades which are secured in hub at clearance relative to outer surface of body. EFFECT: reduced sweeping radius of revolving parts. 6 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для создания аэродинамической подъемной силы (тяги) и может быть использовано для перемещения в воздушном пространстве аппаратов тяжелее воздуха. The invention relates to a device for creating aerodynamic lifting force (thrust) and can be used to move heavier than air in vehicles.

Известно устройство для создания тяги в воздушной (водной) среде - тяговый винт вертолета, гребной винт корабля (cм., например, Юрьев Б.Н. Аэродинамический расчет вертолетов. - М.: Оборонгиз, 1956, гл. 3, с. 50). A device is known for creating thrust in an air (water) environment — a traction screw of a helicopter, a propeller of a ship (see, for example, Yuryev B.N. Aerodynamic design of helicopters. - M .: Oborongiz, 1956, Ch. 3, p. 50) .

Несмотря на широкое использование этого устройства, оно обладает тем недостатком, что практически с учетом реальных размеров винта для создания необходимой величины тяги требуются большие затраты мощности. Затрата мощности N на единицу подъемной силы T характеризуется коэффициентом удельной тяги
q = T/N кг/л.с.Despite the widespread use of this device, it has the disadvantage that, practically taking into account the real dimensions of the screw, large power costs are required to create the required thrust. Power consumption N per unit of lifting force T is characterized by specific thrust coefficient
q = T / N kg / hp

Обычно для вертолетов q = 5 - 6 кг/л.с. Usually for helicopters q = 5 - 6 kg / hp.

Таким образом, повышение q устройств для создания тяги в воздушной (водной) среде является постоянной проблемой. Thus, increasing the q devices for creating traction in the air (water) environment is a constant problem.

Известно устройство, представляющее собой несущую систему летательного аппарата вертикального взлета и посадки по патенту США N 2944762, кл. 244/12, 1960, которое содержит корпус и рабочее колесо с плоскими радиальными лопатками. Это устройство наиболее близко по своей технической сути к предлагаемому (прототип). Подъемная сила у прототипа образуется за счет обтекания воздушным потоком аэродинамической поверхности, выполненной снаружи в верхней части устройства. На виде сверху эта поверхность имеет форму круга довольно большого радиуса для создания достаточной подъемной силы. Это приводит к увеличению габаритов устройства, что является его недостатком. A device is known, which is a supporting system of an aircraft of vertical take-off and landing according to US patent N 2944762, class. 244/12, 1960, which contains a housing and an impeller with flat radial blades. This device is the closest in its technical essence to the proposed (prototype). The lifting force of the prototype is formed due to the air flow around the aerodynamic surface made outside in the upper part of the device. In the top view, this surface has the shape of a circle of rather large radius to create sufficient lifting force. This leads to an increase in the dimensions of the device, which is its disadvantage.

В предлагаемом устройстве задача повышения экономичности полета вертолета (повышение q) и уменьшения габаритов устройства решается благодаря тому, что у аэродинамического движителя, содержащего корпус и плоские радиальные лопатки, наружная поверхность корпуса выполнена в виде поверхности вращения, например, конической, ограниченной сверху и снизу торцевыми поверхностями, причем радиус наружной поверхности плавно возрастает, начиная от верхней торцевой поверхности до нижней, при этом плоские радиальные лопатки закреплены на установленной в корпусе с возможностью вращения втулке с минимальным зазором относительно наружной поверхности корпуса. In the proposed device, the task of increasing the cost-effectiveness of helicopter flight (increasing q) and reducing the dimensions of the device is solved due to the fact that for an aerodynamic propulsion device containing a body and flat radial blades, the outer surface of the body is made in the form of a surface of revolution, for example, conical, bounded by top and bottom end faces surfaces, and the radius of the outer surface increases smoothly, starting from the upper end surface to the bottom, while flat radial blades are fixed to constant in the housing rotatable hub with minimal clearance relative to the outer surface of the housing.

Такое выполнение устройства позволяет уменьшить радиус ометания вращающихся частей, упростить конструкцию и повысить экономичность полета, т.е. увеличить q. This embodiment of the device allows to reduce the throwing radius of the rotating parts, simplify the design and increase flight efficiency, i.e. increase q.

На фиг. 1 дан продольный разрез предлагаемого устройства; на фиг. 2 - вид сверху; на фиг. 3 - вариант выполнения наружной поверхности вращения устройства в виде части сферы; на фиг. 4 - в виде части тора; на фиг. 5 - схема компоновки предлагаемого устройства с фюзеляжем вертолета (продольный разрез); на фиг. 6 - вид сверху компоновки с фюзеляжем. In FIG. 1 shows a longitudinal section of the proposed device; in FIG. 2 - top view; in FIG. 3 - an embodiment of the outer surface of rotation of the device in the form of part of a sphere; in FIG. 4 - in the form of a part of the torus; in FIG. 5 is a layout diagram of the proposed device with the fuselage of the helicopter (longitudinal section); in FIG. 6 is a plan view of a layout with a fuselage.

Устройство состоит из корпуса 1, на котором выполнена наружная поверхность вращения 2 в виде либо конуса (фиг. 1), либо части сферы (фиг. 3), либо части тора (фиг. 4) и т.п. Сверху ее ограничивает торец 3, а снизу торец 4. В центральной части корпуса 1 в центре поверхности вращения 2 установлена с возможностью вращения втулка 5, к которой с помощью спиц 6 и обода 7 прикреплены плоские радиальные лопатки 8. Эти лопатки установлены равномерно по окружности с шагом
t = (1 - 2)h,
где
h - высота лопатки, измеренная в радиальном направлении.The device consists of a housing 1, on which the outer surface of rotation 2 is made in the form of either a cone (Fig. 1), or part of a sphere (Fig. 3), or part of a torus (Fig. 4), etc. The top 3 borders it, and the bottom 4 borders it. In the central part of the housing 1, in the center of the rotation surface 2, a sleeve 5 is mounted for rotation, to which flat radial blades 8 are attached using spokes 6 and a rim 7. These blades are mounted uniformly around the circumference with step
t = (1 - 2) h,
Where
h is the height of the blade, measured in the radial direction.

Ближняя к поверхности 2 кромка лопаток расположена с минимально возможным зазором от этой поверхности. Конец ближней кромки (точка А) располагается вблизи торца 4. В верхней части поверхность 2 имеет радиус R. Высота лопаток 8 варьирует в широких пределах h = (0,015 - 0,4)R в зависимости от назначения устройства, т. к. устройство может быть использовано в качестве активной части вентилятора, насоса или гидродвижителя. The edge of the blades closest to surface 2 is located with the smallest possible clearance from this surface. The end of the near edge (point A) is located near the end 4. In the upper part, the surface 2 has a radius R. The height of the blades 8 varies widely h = (0.015 - 0.4) R, depending on the purpose of the device, since the device can be used as the active part of a fan, pump or hydraulic motor.

Характерной величиной устройства является величина
K=Htgα,
где
H - высота поверхности 2;
α- острый угол наклона образующей поверхности 2 к оси вращения (половинный угол при вершине конуса),
K = (0,1 - 0,4)R;
α≤25^o
Устройство работает следующим образом. При вращении втулки 5 с лопатками 8 воздух, находящийся в межлопаточных каналах вращается вокруг оси вращения. Линейная скорость вращения воздуха в канале у верхнего основания конуса равна
ωR,
где
ω- угловая скорость вращения втулки,
а у нижнего основания конуса
ω(R+K).
В силу неразрывности воздушной массы, находящейся в межлопаточных каналах, происходит перемещение частиц воздуха в канале от верхней части лопатки к нижней. При этом воздух в канале ускоряется в своем течении вниз и в относительном движении в нижней части конуса имеет скорость
V_отн=ω(R+K)-ωR=ωK.
В переносном движении
V_пер=ω(R+K).
Таким образом, воздух вытекает из каналов под углом

В результате обтекания поверхности конуса воздушным потоком, статическое давление которого меньше атмосферного, образуется подъемная сила
T = P_дин•S_эф,
где
P_дин - динамическое давление воздушного потока;
S_эф - эффективная площадь поверхности конуса (проекция площади конической поверхности на плоскость вращения).The characteristic value of the device is the value
K = Htgα,
Where
H is the height of the surface 2;
α is the acute angle of inclination of the generating surface 2 to the axis of rotation (half angle at the apex of the cone),
K = (0.1 - 0.4) R;
α≤25 ^o
The device operates as follows. When rotating the sleeve 5 with the blades 8, the air located in the interscapular channels rotates around the axis of rotation. The linear speed of air rotation in the channel at the upper base of the cone is
ωR,
Where
ω is the angular velocity of rotation of the sleeve,
and at the bottom base of the cone
ω (R + K).
Due to the continuity of the air mass located in the interscapular channels, there is a movement of air particles in the channel from the top of the scapula to the bottom. In this case, the air in the channel is accelerated downward in its flow and in relative motion in the lower part of the cone has a speed
V _rel = ω (R + K) -ωR = ωK.
In a portable movement
V _lane = ω (R + K).
Thus, air flows out of the channels at an angle

As a result of the flow of air around the surface of the cone, the static pressure of which is less than atmospheric, a lifting force is generated
T = P _din • S _eff ,
Where
P _din - the dynamic pressure of the air flow;
S _eff is the effective surface area of the cone (the projection of the area of the conical surface on the plane of rotation).

Отметим, что T создается на корпусе вертолета, а вращающаяся втулка с лопатками свободна от силы T. Note that T is created on the helicopter body, and the rotating sleeve with blades is free from the force T.

На фиг. 5 и фиг. 6 показан пример компоновки предлагаемого устройства с фюзеляжем вертолета. Здесь выходящий из межлопаточных каналов воздух обдувает поверхность вращения 9, образующая которой выполнена в виде отрезка прямой, являющейся траекторией движения частицы воздуха при выходе из межлопаточного канала (образующая однополостного гиперболоида), и попадает в спрямляющий аппарат, криволинейные лопатки 10 которого направляют воздух вниз параллельно оси вращения. На концах лопаток 10 шарнирно закреплены поворотные лопатки 11, отклоняющие поток от вертикали в ту или другую стороны для поворота аппарата вокруг вертикальной оси. Наконец, для осуществления пропульсивного способа перемещения при горизонтальном полете используются четыре выдвижные заслонки 12, перекрывающие поток на выходе из каналов. In FIG. 5 and FIG. 6 shows an example of the layout of the proposed device with the fuselage of the helicopter. Here, the air leaving the interscapular channels blows around the surface of revolution 9, the generatrix of which is made in the form of a straight line segment, which is the trajectory of the air particle moving out of the interscapular channel (forming a single-cavity hyperboloid), and enters a straightening apparatus, curved blades 10 of which direct the air down parallel to the axis rotation. At the ends of the blades 10, rotary blades 11 are pivotally fixed, deflecting the flow from the vertical to one side or another to rotate the apparatus around a vertical axis. Finally, to implement the propulsive method of moving during horizontal flight, four sliding shutters 12 are used, blocking the flow at the outlet of the channels.

Там, где каналы перекрыты, тяга отсутствует. В результате смещается вектор тяги относительно центра тяжести аппарата и создается момент, наклоняющий аппарат в нужную сторону, после чего образуется горизонтальная составляющая вектора тяги, перемещающая его горизонтально. Where the channels are blocked, there is no draft. As a result, the thrust vector is shifted relative to the center of gravity of the apparatus and a moment is created that tilts the apparatus in the desired direction, after which a horizontal component of the thrust vector is formed, moving it horizontally.

В отличие от аналога тяга у предлагаемого аппарата регулируется угловой скоростью вращения втулки 5. Для этого может быть использован вариатор угловой скорости, например, по авторскому свидетельству N 1237839 или другим. In contrast to the analogue, the thrust of the proposed device is regulated by the angular speed of rotation of the sleeve 5. For this, a variator of angular velocity can be used, for example, according to the copyright certificate N 1237839 or others.

Наконец, при использовании устройства в качестве вентилятора, насоса или гидродвижителя лопатки могут быть скреплены с конусом и втулкой (составляют одно целое). В этом случае все соотношения для вычисления T, N и q действительны. Finally, when using the device as a fan, pump or hydraulic motor, the blades can be fastened with a cone and a sleeve (they are one piece). In this case, all relations for calculating T, N, and q are valid.

Ввиду того, что вряд ли аппарат с использованием предложенного устройства моет опускаться в режиме авторотации, применение его должно быть ограничено низкими высотами полета, не более 5-6 м, а потому безопасным. По-видимому, значение использования аппарата заключается в том, что для его транспортирования отпадает необходимость в устройстве автодорог. Due to the fact that it is unlikely that the device using the proposed device can sink in autorotation mode, its use should be limited to low flight altitudes, not more than 5-6 m, and therefore safe. Apparently, the importance of using the device is that for its transportation there is no need for the construction of roads.

Claims

An aerodynamic propulsion device comprising a casing and flat radial blades, characterized in that the outer surface of the casing is made in the form of a surface of revolution, for example, conical, organic end and top end surfaces, and the radius of the outer surface gradually increases, starting from the upper end surface to the bottom, while flat radial blades are mounted on a sleeve rotatably mounted in the housing with a minimum clearance relative to the outer surface of the housing.