RU2282561C1

RU2282561C1 - Atmospheric propulsor

Info

Publication number: RU2282561C1
Application number: RU2005105090/11A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Яковлевич Якименко (RU); Анатолий Яковлевич Якименко
Original assignee: Анатолий Яковлевич Якименко
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2006-08-27

Abstract

FIELD: transport engineering.

SUBSTANCE: proposed atmospheric propulsor has flat circular base 1 with bearing 2 fixed on it in center; bearing 2 is used for mounting shaft 4 coupled with transmission system of transport facility engine; it is provided with distance bush 5; mounted immovably on shaft is impeller which consists of circular disk 6 with radial blades 7 projecting beyond perimeter of disk 6. Rim 3 is fixed over perimeter of flat circular base 1. During rotation of impeller, air vortex is formed on surface of flat circular base 1. Additional flow of air is sucked through slit between base 1 and impeller; rim 3 is used for forming seal and air flow shedding.

EFFECT: possibility of forming required thrust for surface ships and air transport facilities.

2 dwg

Description

Атмосферный движитель относится к области транспорта и может быть применен к основным видам наземного, надводного и воздушного транспорта. В настоящее время для этих видов в основном применяют такие распространенные движители, как колесо, воздушный и гребной винты, при этом следует отметить, что гребной винт по принципу действия аналогичен воздушному винту.Atmospheric propulsion refers to the field of transport and can be applied to the main types of land, surface and air transport. Currently, these types of propulsors are mainly used for such species as the wheel, propeller and propeller, it should be noted that the propeller is similar in principle to the propeller.

Основными недостатками колеса, как движителя, являются:The main disadvantages of the wheel, as a mover, are:

- потеря части мощности двигателя на сопротивление трения в сложных механизмах силовых передач от двигателя до ведущих колес;- loss of part of the engine power to friction resistance in complex mechanisms of power transmission from the engine to the drive wheels;

- зависимость коэффициента сцепления между колесом и дорогой от характера ее покрытия, загрязнения, влаги, конструкции шин и ряда других факторов (Чудаков Е.А. «Автомобили» Избранные труды. 1961 г.). Любой воздушный винт конструктивно состоит из набора лопастей, закрепленных на втулке, а элемент лопасти любого реального винта представляет собой маленькое крыло, работающее в потоке воздуха, как обычное крыло самолета. Воздушный винт создает силу тяги за счет отбрасывания воздуха лопастями и подсасывающих сил на их поверхности. Практика показывает, что в оптимальном режиме полета их соотношение распределяется в следующей пропорции: 30% за счет отбрасывания воздуха и 70% за счет подсасывающих сил, то есть основная составляющая развиваемой силы тяги - это подсасывающие силы. В этой части воздушному винту, как движителю, присущи существенные недостатки. Подсасывающие силы зависят от величины разряжения воздуха на верхней поверхности лопасти по отношению к давлению в атмосфере, а по статистике эта величина не превышает 1,5-3%, и чтобы получить достаточную силу тяги необходимо увеличивать рабочую поверхность воздушного винта, в основном за счет увеличения количества лопастей и диаметра винта. Но увеличение количества лопастей ограничивается коэффициентом заполнения ими ометаемой площади винта, который из-за падения силы тяги винта не превышает величины 0,07-0,08. В связи с чем для увеличения силы тяги идут по пути увеличения диаметров воздушных винтов, размеры которых для самолетов колеблются от 3 до 5 м, а вертолетов - свыше 10 м. Работа больших воздушных винтов в открытом потоке воздуха вызывает повышенные уровни шума, а для вертолетов способствует возникновению большого количества различных колебаний, как отдельных частей, так и вертолета в целом, что отрицательно сказывается на их технических характеристиках.- the dependence of the coefficient of adhesion between the wheel and the road on the nature of its coating, pollution, moisture, tire design and a number of other factors (Chudakov EA “Cars” Selected Works. 1961). Any propeller constructively consists of a set of blades mounted on a sleeve, and the blade element of any real propeller is a small wing operating in the air stream, like a regular airplane wing. The propeller creates a traction force due to the rejection of air by the blades and suction forces on their surface. Practice shows that in the optimal flight mode, their ratio is distributed in the following proportion: 30% due to air rejection and 70% due to suction forces, that is, the main component of the developed thrust force is suction forces. In this part of the propeller, as an engine, there are significant disadvantages. The suction forces depend on the amount of air discharge on the upper surface of the blade relative to the pressure in the atmosphere, and according to statistics this value does not exceed 1.5-3%, and in order to obtain sufficient traction it is necessary to increase the working surface of the propeller, mainly due to an increase number of blades and screw diameter. But the increase in the number of blades is limited by the fill factor of the swept area of the screw, which, due to the drop in the propeller thrust, does not exceed 0.07-0.08. In connection with this, to increase traction, they are moving along the path of increasing the diameters of propellers, the sizes of which for airplanes range from 3 to 5 m, and for helicopters - over 10 m. The operation of large propellers in an open air stream causes increased noise levels, and for helicopters contributes to the emergence of a large number of different fluctuations, both of individual parts, and of the helicopter as a whole, which negatively affects their technical characteristics.

(Байдуков В.Б. «Аэродинамика и динамика полета летательных аппаратов». 1979 г.)(Baidukov VB "Aerodynamics and flight dynamics of aircraft". 1979)

(Ромасевич В.Ф. Самойлов Г.А. «Практическая аэродинамика вертолетов». 1980 г.)(Romasevich VF Samoilov GA "Practical aerodynamics of helicopters". 1980)

Целью данного изобретения является создание для наземных, надводных и воздушных транспортных средств единого по принципу действия и конструктивному исполнению движителя, позволяющего обеспечить потребную силу тяги для конкретного транспортного средства. Средой, которая позволяет достичь поставленной цели, является окружающая нас воздушная среда с ее атмосферным давлением, которое в нормальных условиях на поверхности Земли составляет 1 кГ/см².The aim of this invention is the creation for land, surface and air vehicles of a single propulsion principle of operation and design that allows you to provide the required traction for a particular vehicle. The environment that allows us to achieve our goal is the air surrounding us with its atmospheric pressure, which under normal conditions on the Earth's surface is 1 kg / cm ² .

Изобретение базируется на уравнении энергии воздуха, в частности на уравнении Бернулли, которое устанавливает связь между скоростью движения воздуха и его давлением в струе для несжимаемого газа в диапазоне до-звуковых скоростей и имеет вид:The invention is based on the air energy equation, in particular on the Bernoulli equation, which establishes a relationship between the air velocity and its pressure in the jet for an incompressible gas in the range of supersonic speeds and has the form:

где: Р₁, Р₂ и ρ - давление и массовая плотность воздуха в соответствующих сечениях;where: P ₁ , P ₂ and ρ - pressure and mass density of air in the respective sections;

V₁и V₂ - скорость движения воздуха в соответствующих сечениях. То есть, где в струе скорость движения частичек воздуха больше, давление уменьшается, а где меньше, давление увеличивается. Этот закон, как было отмечено выше, нашел широкое применение в аэродинамике, он объясняет возникновение подсасывающих сил как на крыле самолета, так и на лопастях воздушных винтов. Однако предлагаемый атмосферный движитель в конструктивном исполнении является принципиально новым техническим решением и не может рассматриваться как прототип воздушного винта.V ₁ and V ₂ - air velocity in the corresponding sections. That is, where the speed of air particles in the jet is greater, the pressure decreases, and where less, the pressure increases. This law, as noted above, has found wide application in aerodynamics; it explains the occurrence of suction forces both on the wing of the aircraft and on the blades of propellers. However, the proposed atmospheric propulsion in a design is a fundamentally new technical solution and cannot be considered as a prototype propeller.

Новизна технического решения состоит в том, что на внутренней кольцевой поверхности плоского основания движителя с помощью вращающегося рабочего колеса с радиально закрепленными лопатками формируется воздушный вихрь с регулируемой в определенном диапазоне скоростью его воздушного потока, что позволяет обеспечивать существенное падение атмосферного давления на этой поверхности и за счет разности атмосферного давления на наружной и внутренней поверхностях основания движителя получать необходимую и достаточную силу тяги для конкретного транспортного средства.The novelty of the technical solution lies in the fact that an air vortex is formed on the inner annular surface of the flat base of the mover using a rotating impeller with radially fixed blades, with its air flow rate adjustable in a certain range, which allows for a significant drop in atmospheric pressure on this surface and due to the difference in atmospheric pressure on the outer and inner surfaces of the base of the mover to obtain the necessary and sufficient traction for the concrete Foot of the vehicle.

На фиг.1 изображен предлагаемый атмосферный движитель, разрез по А-А на фиг.2.Figure 1 shows the proposed atmospheric propulsion, a section along aa in figure 2.

На фиг.2 - то же, вид сверху.Figure 2 is the same, top view.

На внутренней поверхности плоского кольцевого основания 1 с втулкой и подшипником 2 в центре закреплен неподвижно по периметру венец 3. В подшипник 2 установлен вал 4 с распорной втулкой 5. На вал 4 до упора с распорной втулкой 5 запрессовано рабочее колесо, состоящее из кольцевого диска 6 и лопаток 7, неподвижно закрепленных радиально на внутренней поверхности кольцевого диска. Движитель своим основанием крепится непосредственно к двигателю или корпусу транспортного средства в зависимости от принятой конструктивной схемы 8 ( показана условно), а вал 4 рабочего колеса стыкуется с трансмиссией от двигателя транспортного средства. Атмосферный движитель развивает силу тяги следующим образом. При включении трансмиссии и придании рабочему колесу движителя вращательного движения от двигателя, воздух, поступающий из внутренней полости отверстия рабочего колеса, захватывается лопатками 7 и приводится во вращательное движение, перемещаясь в полости лопаток 7 по траектории раскручивающейся спирали. При выходе из полости рабочего колеса воздух с окружной линейной скоростью конца лопаток, расходится в плоскости вращения веерно по касательным к окружности рабочего колеса в окружающее пространство.On the inner surface of a flat annular base 1 with a sleeve and a bearing 2 in the center, a crown 3 is fixed fixed around the perimeter. A shaft 4 with a spacer sleeve 5 is mounted in the bearing 2. An impeller consisting of an annular disk 6 is pressed into the shaft 4 until it stops with a spacer sleeve 5 and blades 7 fixedly mounted radially on the inner surface of the annular disk. The mover with its base is attached directly to the engine or the vehicle body, depending on the adopted structural scheme 8 (shown conditionally), and the impeller shaft 4 is connected to the transmission from the vehicle engine. Atmospheric propulsion develops traction as follows. When the transmission is turned on and the impeller is given rotational motion from the engine, the air coming from the inner cavity of the impeller opening is captured by the blades 7 and rotationally moved, moving in the cavity of the blades 7 along the trajectory of the spinning spiral. When leaving the impeller cavity, air with a peripheral linear velocity of the end of the blades diverges in the plane of rotation fan-like along the tangents to the circumference of the impeller into the surrounding space.

При этом рабочее колесо располагает двумя характерными особенностями:At the same time, the impeller has two characteristic features:

- внутренняя площадь засасывания воздуха в полость лопаток меньше площади выхода воздуха по наружному периметру лопаток 7;- the internal area of air suction into the cavity of the blades is less than the area of the air outlet along the outer perimeter of the blades 7;

- линейная скорость лопаток 7, а соответственно, и перемещаемого ими воздуха от центра к периферии увеличивается пропорционально увеличению радиуса колеса.- the linear speed of the blades 7, and, accordingly, and the air they move from the center to the periphery increases in proportion to the increase in the radius of the wheel.

Плавное увеличение площади, охватываемой лопатками 7, и их линейной скорости от центра к периферии, в соответствии с законом непрерывности (т.е. сплошности) воздушного потока, требует необходимости дополнительного притока воздуха в расширяющуюся периферийную зону рабочего колеса. Потребный дополнительный объем воздуха засасывается через кольцевую щель a из внутренних отверстий кольцевого основания 1, перемещаясь как в полость рабочего колеса, так и в пространство между основанием 1 и рабочим колесом, одновременно раскручиваясь и образуя на внутренней поверхности основания 1 воздушный вихрь, движущийся по такой же траектории, как и воздушный поток в полости рабочего колеса. Величина скорости воздушного потока в вихре находится в прямой зависимости от линейной скорости лопаток 7 рабочего колеса. Она плавно возрастает от начала засасывания воздуха до наружного периметра рабочего колеса, за пределами которого начинает убывать, расходясь веерно по всей площади периметра кольцевого основания 1, затем подходя к венцу 3 уплотняется, прижимаясь к его сферической поверхности, и сходит под некоторым углом в строну наружной поверхности основания 1. Для усиления воздушного вихря за пределами рабочего колеса предусматривается дополнительное поступление воздуха за счет концевых частей лопаток 7, выступающих за пределы периметра кольцевого диска 6, на некоторую величину b, благодаря чему дополнительный объем воздуха подсасывается сверху, усиливая воздушный поток вихря. Скорость воздушного потока вихря как из-за наличия сил трения, так и ряда других факторов, несколько отстает от линейной скорости лопаток 7 рабочего колеса. Однако предусматривая конструктивное исполнение двигателя с трансмиссией таковыми, что позволяют в широком расчетном диапазоне регулировать число оборотов рабочего колеса движителя, а соответственно и увеличивать скорость воздушного потока вихря до требуемых величин в диапазоне дозвуковых скоростей. Образование воздушного вихря обуславливает падение статического давления на внутренний поверхности основания 1 на величину скоростного напора вихря, равную

, где V_вих - усредненная скорость воздушного потока вихря.A smooth increase in the area covered by the blades 7, and their linear speed from the center to the periphery, in accordance with the law of continuity (i.e., continuity) of the air flow, requires the need for additional air flow into the expanding peripheral zone of the impeller. The required additional volume of air is sucked in through the annular gap a from the internal holes of the annular base 1, moving both into the cavity of the impeller and into the space between the base 1 and the impeller, simultaneously spinning and forming on the inner surface of the base 1 an air vortex moving along the same trajectories, as well as air flow in the cavity of the impeller. The value of the air velocity in the vortex is directly dependent on the linear speed of the blades 7 of the impeller. It gradually increases from the beginning of air suction to the outer perimeter of the impeller, beyond which it begins to decrease, diverging fanwise over the entire area of the perimeter of the annular base 1, then approaching the crown 3 it is compressed, pressing against its spherical surface, and comes off at an angle to the side of the outer the base surface 1. To enhance the air vortex outside the impeller, an additional air intake is provided due to the end parts of the blades 7, protruding beyond the perimeter of the annular disk 6, by a certain amount of b, so that an additional volume of air is sucked in from above, increasing the air flow of the vortex. The speed of the air flow of the vortex, both due to the presence of friction forces and a number of other factors, is somewhat behind the linear speed of the impeller blades 7. However, providing for the design of the engine with the transmission such that it allows in a wide design range to regulate the number of revolutions of the impeller of the propeller, and accordingly increase the speed of the air flow of the vortex to the required values in the range of subsonic speeds. The formation of an air vortex causes a drop in static pressure on the inner surface of the base 1 by the velocity head of the vortex equal to

, where V _vih is the average velocity of the air flow of the vortex.

Разность давлений на наружной и внутренней поверхностях основания 1 создает силу тяги движителя, направленную в сторону меньшего давления.The pressure difference on the outer and inner surfaces of the base 1 creates a thrust force of the propulsion device, directed towards lower pressure.

Для количественной оценки величин силы тяги атмосферных движителей, которые они могут развивать в диапазоне дозвуковых скоростей, возьмем последовательно такие усредненные скорости воздушного потока вихря: 100 м/сек; 200 м/сек и 250 м/сек.For a quantitative assessment of the values of the traction force of atmospheric propulsors, which they can develop in the range of subsonic speeds, we take successively such averaged air velocity of the vortex: 100 m / s; 200 m / s and 250 m / s.

Расчет величины скоростного напора показывает, что сила тяги для данных величин соответственно составит: 64,5 Г/см²; 258 Г/см²; 403,1 Г/см². В процентном отношении от величины атмосферного давления это составит, %: 6.45; 25.8; 40.3.The calculation of the magnitude of the pressure head shows that the traction force for these values, respectively, will be: 64.5 G / cm ² ; 258 g / cm ² ; 403.1 g / cm ² . As a percentage of atmospheric pressure, this will be,%: 6.45; 25.8; 40.3.

Исходя из выше приведенных данных видно, что атмосферный движитель по своим показателям, как минимум, на порядок превосходит воздушные винты, и по своему техническому уровню значительно выше всех широко распространенных в настоящее время движителей, так как устраняет все присущие им характерные недостатки.Based on the above data, it can be seen that the atmospheric propulsion device is at least an order of magnitude superior to propellers, and in terms of its technical level it is significantly higher than all currently widely used propulsors, since it eliminates all its characteristic flaws.

Некоторые ориентировочные конструктивные требования к отдельным элементам движителя:Some approximate design requirements for individual elements of the propulsion:

- длина лопаток 7 составляет не более 35% от радиуса рабочего колеса;- the length of the blades 7 is not more than 35% of the radius of the impeller;

- величина размера b колеблется в интервале 8-37% от длины лопатки, возрастает с увеличением окружной линейной скорости;- the size b varies in the range of 8-37% of the length of the blade, increases with increasing peripheral linear velocity;

- длина лопатки 7 по внутреннему диаметру кольца рабочего колеса больше, чем длина ее по наружному периметру в 1,8-2 раза;- the length of the blade 7 along the inner diameter of the impeller ring is greater than its length along the outer perimeter by 1.8-2 times;

- количество лопаток 7 на рабочем колесе определяется по соответствию размера средней ширины лопатки размеру между концами двух смежных лопаток по наружному периметру;- the number of blades 7 on the impeller is determined by the correspondence of the size of the average width of the blade to the size between the ends of two adjacent blades along the outer perimeter;

- радиус основания 1 больше радиуса рабочего колеса примерно на размер длины лопатки 7;- the radius of the base 1 is greater than the radius of the impeller by approximately the size of the length of the blades 7;

- внутренний диаметр кольца основания 1 больше внутреннего диаметра кольца диска 6 ориентировочно на 5-10%;- the inner diameter of the base ring 1 is larger than the inner diameter of the ring of the disk 6 by approximately 5-10%;

- величина размера с должна обеспечивать свободный доступ воздуха во внутренние отверстия основания 1;- size c should provide free access of air to the internal holes of the base 1;

- величина размера а определяется по максимальной тяге движителя при максимально расчетной скорости рабочего колеса;- size a is determined by the maximum thrust of the propulsion unit at the maximum design speed of the impeller;

- детали рабочего колеса должны изготавливаться из легких и прочных металлов и иметь минимальный вес.- impeller parts must be made of light and strong metals and have a minimum weight.

Claims

An atmospheric propulsion device consisting of a flat annular base with a bearing fixed to it in the center, in which a shaft is mounted that is connected to the transmission from the vehicle’s engine with a fixing spacer sleeve and an impeller with radially mounted blades fixed to it at a distance from the base surface, the fact that it is equipped with an annular disk, on the inner surface of which the said blades are fixed, protruding beyond the perimeter of the disk, and along a meter of a flat annular base made with holes for sucking air through the gap between the base and the impeller, the crown is fixedly fixed, providing sealing and air flow.