RU2310580C2 - Propeller "ustyug" - Google Patents
Propeller "ustyug" Download PDFInfo
- Publication number
- RU2310580C2 RU2310580C2 RU2005139567/11A RU2005139567A RU2310580C2 RU 2310580 C2 RU2310580 C2 RU 2310580C2 RU 2005139567/11 A RU2005139567/11 A RU 2005139567/11A RU 2005139567 A RU2005139567 A RU 2005139567A RU 2310580 C2 RU2310580 C2 RU 2310580C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- blades
- rotation
- axis
- plate
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Catching Or Destruction (AREA)
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к средствам создания силы тяги, используемой для движения транспортных средств в сплошных текучих средах.The invention relates to means for generating traction used to drive vehicles in continuous fluids.
Уровень техникиState of the art
Известно (Л.Прандтль. Гидроаэромеханика. НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика» Москва-Ижевск, 2002, 572 стр.) устройство пропеллер Воис-Шнайдера (Voith-Schneider), применяемый для таких кораблей, которые должны иметь особенно хорошую маневренность. Сила тяги возникает при движении лопастей пропеллера, вертикально погруженных в воду. При этом продольные оси лопастей симметрично расположены и закреплены на несущей конструкции, осуществляющей принудительное вращательное движение осей с постоянной угловой скоростью. В результате при таком движении лопастями, погруженными в воду, осуществляется гребок, подобный гребку весла. Этому способствует конструкция, задающая переменный (от положительного до отрицательного) угол атаки крыла по отношению к касательной к круговой траектории движения осей лопастей. Такое свойство конструкции позволяет управлять направлением вектора тяги устройства путем смещения точки управления углами атаки лопастей от центра, т.е. от оси вращения несущей конструкции. Для снижения гидродинамического сопротивления движению лопастей в воде профиль лопастей выбирается гидродинамически обтекаемым.It is known (L. Prandtl. Hydroaeromechanics. Research Center "Regular and chaotic dynamics" Moscow-Izhevsk, 2002, 572 pages) device Voith-Schneider propeller (Voith-Schneider), used for such ships, which should have particularly good maneuverability. Traction force occurs when the propeller blades are vertically submerged in water. In this case, the longitudinal axis of the blades are symmetrically located and fixed on the supporting structure, which carries out the forced rotational movement of the axes with a constant angular velocity. As a result, with this movement, the paddles immersed in water carry out a stroke similar to the paddle stroke. This is facilitated by a design that defines a variable (from positive to negative) angle of attack of the wing with respect to the tangent to the circular path of motion of the axes of the blades. This design property allows you to control the direction of the thrust vector of the device by shifting the control point of the angles of attack of the blades from the center, i.e. from the axis of rotation of the supporting structure. To reduce the hydrodynamic resistance to the movement of the blades in water, the profile of the blades is selected hydrodynamically streamlined.
Недостатками известного устройства являютсяThe disadvantages of the known device are
- низкоэффективный гребковый способ создания силы тяги;- low-efficient stroke method of creating traction;
- снижение эффективности «гребка» из-за регулярной изменяемости азимутального направления вектора тяги около его среднего направления;- a decrease in the “stroke” efficiency due to the regular variability of the azimuthal direction of the thrust vector near its middle direction;
- потери в эффективности из-за излишней турбулизации воды вплоть до ее вспенивания;- losses in efficiency due to excessive turbulization of water up to its foaming;
- жесткая форма тела лопасти, исключающая ресурс снижения их гидродинамического сопротивления.- a rigid body shape of the blade, excluding the resource of reducing their hydrodynamic resistance.
Известна (Chul Yong Yun, Illkyung Park, Но Yong Lee, Jai Sang Jung, In Seong Hwang, Seung Jo Kim and Sung Nam Jung, "A New VTOL UAV Cyclocopter with Cycloidal Blades System", AHS 60th Annual Forum and Technology Display, June 7-10, 2004, Baltimore, MD; http://ksea.org/ukc2004/en/Proceedings/01 AST/AST25_SeungJoKim.pdf.) циклоидальная система лопастей для циклокоптера. Такая система аналогична пропеллеру Воис-Шнайдера, только вращение лопастей осуществляется вокруг оси, расположенной не вертикально, а горизонтально. Кроме того, система применяется в атмосфере.Known (Chul Yong Yun, Illkyung Park, But Yong Lee, Jai Sang Jung, In Seong Hwang, Seung Jo Kim and Sung Nam Jung, "A New VTOL UAV Cyclocopter with Cycloidal Blades System", AHS 60th Annual Forum and Technology Display, June 7-10, 2004, Baltimore, MD; http://ksea.org/ukc2004/en/Proceedings/01 AST / AST25_SeungJoKim.pdf.) Cycloidal blade system for cyclocopter. Such a system is similar to the Woiss-Schneider propeller, only the rotation of the blades is carried out around an axis located not vertically, but horizontally. In addition, the system is applied in the atmosphere.
Недостатками известного устройства являютсяThe disadvantages of the known device are
- низкоэффективный гребковый способ создания силы тяги;- low-efficient stroke method of creating traction;
- снижение эффективности «гребка» из-за регулярной изменяемости азимутального направления вектора тяги около его среднего направления;- a decrease in the “stroke” efficiency due to the regular variability of the azimuthal direction of the thrust vector near its middle direction;
- потери в эффективности из-за излишней турбулизации атмосферы;- Losses in efficiency due to excessive turbulization of the atmosphere;
- жесткая форма тела лопасти, исключающая ресурс снижения их аэродинамического сопротивления.- a rigid body shape of the blade, excluding the resource of reducing their aerodynamic drag.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является наш «Способ и устройство для перемещения затопленного тела» (патент №2259302 RU), в котором к плоскому или объемному гидродинамически обтекаемому гибкому упругому телу, находящемуся в текучей среде, в поперечном к поверхности профиля направлении в определенной области, прикладывается сила. Это приводит к возникновению у тела силы тяги в направлении вперед, поперечном к направлению прикладываемой силы, и такому изменению формы, которая обладает минимальным сопротивлением при его движении в текучей среде.Closest to the proposed technical solution is our "Method and device for moving a flooded body" (patent No. 2259302 RU), in which a flat or volume hydrodynamically streamlined flexible elastic body located in a fluid in a direction transverse to the profile surface in a certain area force is applied. This leads to the appearance of a thrust force in the body in the forward direction, transverse to the direction of the applied force, and such a change in shape that has minimal resistance when it moves in a fluid.
Известное решение допускает расширение - вариант его применимости - в качестве лопасти циклоидального пропеллера.The known solution allows expansion - a variant of its applicability - as a blade of a cycloidal propeller.
Цель предлагаемого решения - разработка устройства, энергия вращательного движения которого эффективно преобразуется движителями-лопастями в энергию поступательного движения судна или аппарата, несущего это устройство, лишенного вышеперечисленных недостатков известных технических решений.The purpose of the proposed solution is to develop a device whose rotational energy is effectively converted by propeller-blades into the translational energy of a vessel or apparatus carrying this device, devoid of the above disadvantages of known technical solutions.
Цель достигается применением в качестве отдельной лопасти устройства плоского или объемного гидро- или аэродинамически обтекаемого гибкого упругого в поперечном направлении тела, жестко закрепленного на собственной оси вращения, разделяющей тело на узкую «носовую» и широкую «хвостовую» части, причем в состоянии покоя лопасти идентичны по отношению к параллельному пространственному переносу, а на сами оси, закрепленные в роторе с возможностью свободного вращения, насажены одинаковые звездочки, связанные цепной передачей в одну систему, в которой тела лопастей в нерабочем состоянии устройства всегда располагаются в параллельных плоскостях независимо от угла поворота ротора, при этом ротор может быть как барабанного типа для двухстороннего захвата, так и плоскостной для одностороннего захвата осей вращения лопастей, имеющих форму прямоугольника для барабанного или в виде пера птицы для плоскостного ротора, насаженного с возможностью свободного вращения на собственную ось, на которую насажена ведущая звездочка, связанная цепной передачей с аналогичной ведомой звездочкой, насаженной на одну из n осей вращения лопастей, в результате чего поворот на произвольный угол оси вращения ротора относительно корпуса судна или аппарата, несущего все устройство, на тот же угол изменяет пространственную направленность всей группы лопастей, причем ротор приводится во вращательное движение механическим, электромеханическим или другого рода приводом.The goal is achieved by using as a separate blade a device of a flat or volume hydro- or aerodynamically streamlined flexible elastic body in the transverse direction, rigidly fixed on its own axis of rotation, dividing the body into a narrow "nose" and wide "tail" parts, and at rest, the blades are identical with respect to the parallel spatial transfer, and on the axes themselves, fixed in the rotor with the possibility of free rotation, the same sprockets are mounted, connected by a chain transmission in one system in which the bodies of the blades in the inoperative state of the device are always located in parallel planes regardless of the angle of rotation of the rotor, while the rotor can be either a drum type for two-sided capture, and a plane for one-sided capture of the axis of rotation of the blades, having the shape of a rectangle for drum or in the form of a bird feather for a planar rotor, mounted with the possibility of free rotation on its own axis, on which a drive sprocket is mounted, connected by a chain transmission with a similar driven star point mounted on one of the n axes of rotation of the blades, resulting in a rotation by an arbitrary angle of the axis of rotation of the rotor relative to the hull of the vessel or apparatus carrying the entire device, at the same angle changes the spatial orientation of the entire group of blades, and the rotor is rotationally driven mechanically, electromechanical or other kind of drive.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ.SUMMARY OF THE INVENTION
А. При разработке «Способа и устройства для перемещения затопленного тела» (патент №2259302 RU) нами получено, что при воздействии в поперечном направлении на плоское или объемное гидродинамически обтекаемое гибкое упругое тело типа крыла, находящееся в текучей среде, в определенной его области приводит к возникновению силы тяги, вынуждающей тело двигаться вперед в поперечном к воздействующей силе направлении.A. When developing the "Method and device for moving a flooded body" (patent No. 2259302 RU), we obtained that when exposed in the transverse direction to a flat or volume hydrodynamically streamlined flexible elastic body such as a wing located in a fluid, in a certain area of it leads to the occurrence of a traction force, forcing the body to move forward in a direction transverse to the acting force.
Поясним это.Let us explain this.
Прежде всего, особого внимания требует вопрос определения области приложения внешнего усилия к движителю.First of all, special attention requires the question of determining the area of application of external force to the mover.
Рассмотрим (фиг.1) тело, находящееся под действием внешней силы. Для определенности, пусть это будет плоская пластина прямоугольной формы с размерами l x k, где l - поперечный, a k - продольный ее размеры, причем l<k. Рассматривать пластину будем в плоскости XOY прямоугольной системы координат, образованной осями X, Y и Z. В продольном направлении пластина направлена параллельно оси Z, идущей из листа. В результате на плоскости XOY проекция пластины будет выглядеть как отрезок АВ прямой линии, длиной l. Начало координат, точку О, выберем так, что она будет совпадать с точкой выбора тяги, с начальной длиной ρо. Ось ОХ направим по вертикали вниз так, что прямая, соединяющая точку О с пластиной, будет совпадать с осью ОХ. Ось OY направим в сторону возникающего поступательного движения пластины так, что траектория движения, как плоская кривая, будет расположена в плоскости XOY. Точкой С обозначим геометрический центр отрезка АВ, являющийся в нашем случае одновременно центром масс этого отрезка. Точкой О' обозначим точку захвата тягой (тросом) пластины на отрезке АВ.Consider (figure 1) a body under the influence of an external force. For definiteness, let it be a flat rectangular plate with dimensions lxk, where l is transverse, ak is its longitudinal dimensions, with l <k. We will consider the plate in the XOY plane of a rectangular coordinate system formed by the X, Y, and Z axes. In the longitudinal direction, the plate is directed parallel to the Z axis coming from the sheet. As a result, on the XOY plane, the projection of the plate will look like a straight line segment AB of length l. The origin, the point O, we choose so that it coincides with the point of choice of traction, with the initial length ρ about . We direct the OX axis vertically down so that the straight line connecting the O point to the plate coincides with the OX axis. We direct the OY axis towards the arising translational motion of the plate so that the trajectory of motion, like a plane curve, will be located in the XOY plane. We denote by the point C the geometric center of the segment AB, which in our case is simultaneously the center of mass of this segment. Point O 'denote the capture point by the thrust (cable) of the plate on the segment AB.
Существует две крайние ситуации: первая - это когда тяга захватывает пластину в точке, соответствующей максимальному миделевому сечению, т.е. в точке С, где смещение СО'=(точки захвата пластины тягой равно δ=0. В этом случае прикладываемая к пластине внешняя сила будет порождать максимальную противоположно направленную силу реакции среды. Это приводит к максимальным потерям в связи с совершением работы, затрачиваемой на преодоление силы реакции среды, и сила тяги не возникает. Эффективность выполнения работ в таком случае низкая. Вторая ситуация - это когда тяга захватывает пластину в точке, расположенной в середине фронтовой линии пластины. На плоскости XOY это положение соответствует точке А отрезка АВ, где δ=l/2. В этом случае сила натяжения тяги, внешняя сила, минимальна. При выводе пластины из горизонтального положения осуществляется, прежде всего, поворот пластины до положения, близкого к вертикальному. Сила тяги не возникает. Т.е. эффективность приложения силы и в этом случае низкая. Следует ожидать, что между двумя крайними случаями, когда δ=0 и δ=l/2, должна существовать точка, захват пластины в которой будет способствовать максимальной эффективности за счет возникновения силы тяги как результата действия двух неизбежно существующих начальных сил - внешней силы и силы реакции среды.There are two extreme situations: the first is when the rod captures the plate at a point corresponding to the maximum mid-section, i.e. at the point C, where the offset CO '= (the capture point of the plate by the thrust is δ = 0. In this case, the external force applied to the plate will generate the maximum oppositely directed reaction force of the medium. This leads to maximum losses in connection with the completion of work the reaction force, and the thrust force does not occur. The efficiency of work in this case is low. The second situation is when the thrust captures the plate at a point located in the middle of the front line of the plate. On the XOY plane, this position corresponds to corresponds to point A of the segment AB, where δ = l / 2. In this case, the traction tension force, external force, is minimal. When removing the plate from a horizontal position, first of all, the plate is rotated to a position close to vertical. That is, the effectiveness of the application of force is also low in this case, it should be expected that between the two extreme cases, when δ = 0 and δ = l / 2, there should be a point where the capture of the plate at which will contribute to maximum efficiency due to the occurrence of traction as a result of two n inevitably existing elementary forces - foreign forces and the forces of reaction medium.
Эффективность действия внешней силы будем оценивать по максимуму возникающей силы тяги в зависимости от параметра 5. Физически это должно выглядеть так, что при приложении внешнего усилия к движителю возникает сила реакции среды. Векторы этих сил складываются и дают вектор результирующей силы, приводящий к поступательному движению пластины по криволинейной траектории.The effectiveness of the external force will be evaluated by the maximum of the emerging thrust force depending on parameter 5. Physically, this should look so that when an external force is applied to the propulsion, a reaction force of the medium arises. The vectors of these forces add up and give the vector of the resulting force, leading to the translational movement of the plate along a curved path.
Оценим то расстояние δ, на котором должна располагаться точка захвата внешней тягой пластины по отношению к геометрическому центру этой пластины.Let us estimate the distance δ at which the capture point of the external draft of the plate should be located with respect to the geometric center of this plate.
На фиг.2, а приведены:Figure 2, a shows:
XOY - исходная прямоугольная система координат, точка О - точка выбора тяги, например, троса;XOY - the initial rectangular coordinate system, point O - the point of choice of traction, for example, a cable;
X''O''Y'' - система координат, связанная с мгновенной осью вращения, проходящей через начало координат О''. Пусть положение тела в пространстве будет характеризоваться какой-либо точкой этого тела, например, как в нашем случае, точкой его захвата. Тогда введение системы координат X''O''Y'' связано с тем, что при криволинейном движении тела имеется ось, которая в рассматриваемый момент движения находится в покое, т.е. тело в этот момент как бы совершает вращательное движение вокруг этой оси, проходящей через точку О''. Такая ось может, как в нашем случае, находиться за пределами тела. А результирующая криволинейная траектория движения тела будет представлять собой множество точек, последовательно образованных совокупностью положений в пространстве точки захвата.X``O''Y '' is the coordinate system associated with the instantaneous axis of rotation passing through the origin of coordinates O ''. Let the position of the body in space be characterized by some point of this body, for example, as in our case, the point of its capture. Then, the introduction of the coordinate system X''O''Y '' is due to the fact that with curvilinear motion of the body there is an axis that is at rest at the moment of motion considered, i.e. the body at this moment, as it were, rotates around this axis passing through point O ''. Such an axis can, as in our case, be located outside the body. And the resulting curvilinear trajectory of the body will be a set of points sequentially formed by a set of positions in the space of the capture point.
ρ - мгновенная длина троса;ρ is the instantaneous cable length;
ρ' - расстояние отточки захвата пластины до мгновенной оси вращения О'';ρ 'is the distance of the plate grabbing point to the instantaneous axis of rotation O' ';
F - вектор прикладываемой тяговой силы троса (здесь и далее жирными буквами будут обозначаться векторные величины); F is the vector of the applied traction force of the cable (hereinafter in bold letters vector quantities will be indicated);
N - вектор силы реакции среды; N is the vector of the reaction force of the medium;
На фиг.2,б приведены:Figure 2, b shows:
АВ=l - ширина пластины;AB = l is the width of the plate;
l1 - плечо силы f 1;l 1 - shoulder strength f 1 ;
f 1 - вектор силы, задающей вращение пластины вокруг точки О', связанной с захватом пластины тросом; f 1 is the force vector specifying the rotation of the plate around the point O 'associated with the capture of the plate by a cable;
С - центр масс пластины и одновременно ее геометрический центр;C is the center of mass of the plate and at the same time its geometric center;
О'С=δ - расстояние смещения точки захвата пластины от центра масс С;О'С = δ is the distance of the displacement of the capture point of the plate from the center of mass C;
F n=F•Cosα - N' - результирующая нормальная составляющая силы, действующей на пластину со стороны троса; F n = F • Cosα - N ' is the resulting normal component of the force acting on the plate from the side of the cable;
Fτ - тангенциальная составляющая силы действующей на пластину со стороны троса;F τ is the tangential component of the force acting on the plate from the side of the cable;
F'=F n +F τ - та результирующая сила, которая вынуждает тело двигаться поступательно по криволинейной траектории, отличающейся от окружности; F '= F n + F τ is the resulting force that forces the body to move forward along a curved path different from the circle;
β - угол между мгновенным направлением движения пластины и осью Y;β is the angle between the instantaneous direction of movement of the plate and the Y axis;
γ - мгновенное значение угла поворота мгновенного радиуса ρ' по отношению к оси O''Х'';γ is the instantaneous value of the angle of rotation of the instantaneous radius ρ 'with respect to the axis O``X' ';
φ - угол отклонения троса от вертикальной оси X;φ is the angle of deviation of the cable from the vertical axis X;
α - угол между тросом и мгновенным радиус-вектором ρ'.α is the angle between the cable and the instantaneous radius vector ρ '.
Момент M1 (нежирными буквами в дальнейшем обозначаются модули соответствующих векторов) силы Fτ, прикладываемой к пластине и имеющей плечо ρ', определяется произведением силы на плечо. Тот же момент силы определяется моментом инерции JO" системы и приобретенным угловым ускорением d2γ/dt2. Тогда имеет место равенствоThe moment M 1 (hereinafter referred to as the nonfat letters the modules of the corresponding vectors) of the force F τ applied to the plate and having the shoulder ρ 'is determined by the product of the force by the shoulder. The same moment of force is determined by the moment of inertia J O "of the system and the acquired angular acceleration d 2 γ / dt 2. Then the equality
(Н.И.Карякин, К.Н.Быстров, П.С.Киреев. Краткий справочник по физике. "Высшая школа". М., 1962).(N.I. Karyakin, K.N. Bystrov, P.S. Kireev. A brief guide to physics. "Higher School". M., 1962).
Другой момент М2 силы f1, действующей на пластину с плечом l1, причем в этом случае момент инерции - Jo' и угловое ускорение - d2γ/dt2, определяется равенствомAnother moment M 2 of force f 1 acting on the plate with a shoulder l 1 , and in this case the moment of inertia - J o 'and angular acceleration - d 2 γ / dt 2 , is determined by the equality
Рассмотрим случай равенства углов γ=β и соответствующих угловых ускорений d2γ/dt2=d2β/dt2 Consider the case of equal angles γ = β and the corresponding angular accelerations d 2 γ / dt 2 = d 2 β / dt 2
Случай γ<β соответствует тому, что d2γ/dt2<d2β/dt2, т.е. в соответствии с геометрией фиг.2 а, б пластина под действием троса будет разворачиваться по часовой стрелке. При этом пластина будет приобретать поступательное движение назад. Случай γ>β соответствует тому, что d2γ/dt2>d2β/dt2, т.е. пластина под действием троса будет разворачиваться против часовой стрелки. Но при этом согласно геометрии фиг.2 а, б будет уменьшаться сила реакции среды N. В результате сила F становится просто силой, тянущей за собой тело, но не той силой, которая действует в поперечном к поступательному направлению движению затопленного тела.The case γ <β corresponds to the fact that d 2 γ / dt 2 <d 2 β / dt 2 , i.e. in accordance with the geometry of Fig. 2 a, b, the plate under the action of the cable will turn clockwise. In this case, the plate will acquire a translational movement back. The case γ> β corresponds to the fact that d 2 γ / dt 2 > d 2 β / dt 2 , i.e. the plate under the action of the cable will turn counterclockwise. But at the same time, according to the geometry of FIG. 2 a, b, the reaction force of the medium N will decrease. As a result, the force F becomes simply the force pulling the body along, but not the force that acts in the transverse to the translational direction movement of the flooded body.
Тогда имеет место равенствоThen the equality
ПосколькуInsofar as
(m - эффективная равномерно распределенная масса пластины, включающая присоединенную массу [Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц. Гидродинамика. "Наука". 1988]),(m is the effective uniformly distributed mass of the plate, including the attached mass [L.D. Landau, E.M. Lifshits. Hydrodynamics. "Science". 1988]),
то из равенства (3) с учетом (4), (5) и (6) вытекаетthen from (3), taking into account (4), (5) and (6), it follows
Обозначив всю совокупность сомножителей, не зависящих от **, буквой К, равнойDenoting the entire set of factors independent of ** by the letter K equal to
перепишем равенство (7) в видеwe rewrite equality (7) in the form
Тогда первая производная Fτ' функции Fτ по δ может быть записана в видеThen the first derivative F τ 'of the function F τ with respect to δ can be written in the form
Равенство нулю первой производной Fτ'=0 определяет, то значение величины δ, при котором функция Fτ имеет экстремум (И.Н. Бронштейн, К.А.Семендяев. Справочник по математике. "Наука". 1964). Опуская очевидные промежуточные выражения и преобразования, запишем,If the first derivative F τ '= 0 determines zero, then the value of δ at which the function F τ has an extremum (I. N. Bronstein, K. A. Semendyaev. Handbook of Mathematics. "Science". 1964). Omitting the obvious intermediate expressions and transformations, we write
А поскольку вторая производная Fτ" меньше нуляAnd since the second derivative F τ "is less than zero
то полученное значение величины δ определяет максимум функции Fτ от δ. Если же учесть, что сила тяги Fτ=F·Sinα, то оказывается, что приthen the obtained value of δ determines the maximum of the function F τ from δ. If we take into account that the traction force F τ = F · Sinα, then it turns out that for
δ/l=0,2887 (13)δ / l = 0.2887 (13)
затопленное тело приобретает максимальное тангенциальное ускорение при заданной прикладываемой силе F и растет с ростом угла α пропорционально Sinα.a flooded body acquires maximum tangential acceleration for a given applied force F and grows with increasing angle α in proportion to Sinα.
Этот же угол α задает угол между вектором силы N реакции среды, воздействующей на пластину, и прямой, вдоль которой действует прикладываемая к пластине сила F. Отсюда следует, что упругость и гибкость пластины должны в процессе работы задавать такое значение угла α для хорды, которое соответствует условию возникновения максимальной силы тяги.The same angle α defines the angle between the force vector N of the reaction of the medium acting on the plate and the straight line along which the force F applied to the plate acts. It follows that the elasticity and flexibility of the plate during operation must specify a value of the angle α for the chord, which corresponds to the condition for the occurrence of maximum thrust.
Таким образом, оказывается, что размещение точки захвата пластины в соответствии с условием δ=0,2887·l позволяет достичь оптимальных условий перемещения пластины под действием результирующей двух сил - тяговой силы троса и силы реакции среды. В этом случае поступательное движение тела энергетически оптимально уже хотя бы потому, что движение пластины осуществляется в соответствии с теми условиями, которые приводят к минимуму энергетических потерь движущегося тела. Т.е., имея в своем распоряжении оборудование, позволяющее развить тяговую силу F, следует определять точку захвата пластины на основании полученного условия. Тогда возникающая скорость перемещения пластины будет максимальной, а соответствующие энергетические затраты на преодоление сил сопротивления среды - минимальными.Thus, it turns out that the placement of the capture point of the plate in accordance with the condition δ = 0.2887 · l allows you to achieve optimal conditions for the movement of the plate under the action of the resulting two forces - the traction force of the cable and the reaction force of the medium. In this case, the translational motion of the body is energetically optimal, if only because the movement of the plate is carried out in accordance with those conditions that lead to a minimum of energy losses of the moving body. That is, having at its disposal equipment that allows you to develop traction force F, you should determine the point of capture of the plate on the basis of the obtained condition. Then the resulting plate moving speed will be maximum, and the corresponding energy costs for overcoming the medium resistance forces will be minimal.
Необходимо обратить внимание на то, что точка, характеризующаяся условием δ=0,2887·l, оказывается близкой к области так называемого фокуса профиля крыла, определяющегося из других соображений. Это понятие используется в самолетостроении (АЭРОДИНАМИКА. А.М.Мхитарян. Машиностроение. М., 1976. 448 с.) при выборе оптимальной формы крыла в целях, в частности, определения такого профиля крыла, при котором крыло будет иметь максимальную подъемную силу при наилучшем его качестве. При этом крыло самолета жесткое, а не гибкое, что влияет на эффективность крыла, лишая его универсальности.It is necessary to pay attention to the fact that the point characterized by the condition δ = 0.2887 · l is close to the region of the so-called focus of the wing profile, which is determined from other considerations. This concept is used in aircraft construction (AERODYNAMICS. A.M. Mkhitaryan. Mechanical engineering. M., 1976. 448 pp.) When choosing the optimal wing shape for the purpose, in particular, of determining such a wing profile in which the wing will have maximum lift when its best quality. At the same time, the wing of the aircraft is rigid, not flexible, which affects the efficiency of the wing, depriving it of versatility.
В ходе экспериментов мы выявили, что гибкое упругое тело, захваченное и находящееся под воздействием внешнего поперечного усилия, имеет наилучшие динамические показатели - максимальную силу тяги и минимальную потерю энергии при заданной величине воздействующей силы.In the course of the experiments, we found that a flexible elastic body, trapped and under the influence of an external transverse force, has the best dynamic indicators - maximum traction and minimum energy loss at a given value of the acting force.
Б. Дальнейшие наши исследования заключались в том, чтобы применить результат пункта А в варианте не одностороннего, а знакопеременного воздействия на тело с целью создания силы тяги, вынуждающей тело двигаться не по криволинейной траектории с монотонным изменением направления движения, а в среднем поступательно в одном прямом направлении движения.B. Our further research was to apply the result of point A in a variant of not one-sided but alternating action on the body in order to create a traction force that forces the body to move not along a curved path with a monotonous change in direction of motion, but on average translationally in one direct direction of movement.
Пусть (фиг.3) пластина будет закреплена тягой в виде не троса, а подвижного вдоль оси ОХ штока, через который осуществляется воздействие на пластину. Пусть также шток будет лишен возможности вращения в точке О системы координат XOY. А сама точка О пусть будет жестко связана, например, с плавсредством. Тогда (фиг.3), если реализуем внешнее воздействие в виде знакопеременной периодической силой, принуждающей точку захвата пластины к возвратно-поступательному движению, то следует ожидать возникновения результирующей силы тяги вперед. Эта сила тяги, приложенная к плавательному аппарату, приведет к его поступательному движению. При этом совершаемые вынужденные колебания точки захвата пластины будут являться движениями, поперечными по отношению к направлению движения плавсредства, что идеально соответствует машущему движению крыла птицы и хвоста рыбы. Одновременно это означает, что все средства возбуждения силы тяги в текучих средах, ориентированные на колебательное вееропобное движение движителя принципиально противоречат условию максимальной эффективности δ=0,2887·1 и, следовательно, по определению имеют меньший коэффициент полезного действия, чем в предлагаемом случае.Let (Fig. 3) the plate be fixed by a thrust in the form of not a cable, but a rod moving along the axis OX, through which the plate is exposed. Let also the rod be deprived of the possibility of rotation at the point O of the XOY coordinate system. And let point O itself be tightly connected, for example, with a watercraft. Then (Fig. 3), if we realize an external action in the form of an alternating periodic force, forcing the capture point of the plate to reciprocate, then we should expect the appearance of the resultant forward thrust force. This traction force applied to the swimming apparatus will lead to its forward movement. In this case, the forced oscillations of the capture point of the plate will be movements that are transverse to the direction of movement of the craft, which ideally corresponds to the flapping movement of the wing of the bird and the tail of the fish. At the same time, this means that all the means of excitation of the thrust force in fluids oriented to the oscillatory fan-like motion of the propulsion device fundamentally contradict the condition of maximum efficiency δ = 0.2887 · 1 and, therefore, by definition have a lower coefficient of efficiency than in the proposed case.
В таком случае не возникает необходимость задавать угол атаки движителя, поскольку движитель под воздействием внешних сил и условий сам, деформируясь, принимает энергетически выгодные форму и угол атаки.In this case, there is no need to set the angle of attack of the mover, since the mover under the influence of external forces and conditions, being deformed, takes an energetically favorable shape and angle of attack.
При работе движителя возникает вихревой поток (фиг.4), формирующийся последовательно сходящими с движителя замкнутыми вихрями типа тора. При этом направление вихревого потока (фиг.5) прямо противоположно направлению силы тяги. Поток формируется группой вихрей, образующих за движителем дорожку типа дорожки Кармана (Н.Е.Кочин, Н.В.Розе. Введение в теоретическую гидромеханику. Гос. технико-теоретическое издательство. М., Л. 1932 г. 316 стр.). Здесь уместна аналогия с картиной возникновения подъемной силы крыла, движущегося в текучей среде с некоторой скоростью: при небольших углах атаки, примерно 5-10 градусов, у крыла возникает значительная подъемная сила. В нашем случае, прикладывая к пластине внешнюю силы так, что она играет роль подъемной силы, а деформации изгиба пластины приводят ее форму к форме крыла, мы создаем для внешней текучей среды условия, при которых возникающее вихревое движение среды должно быть таким, чтобы оно соответствовало подъемной силе. В этом смысле наш способ возбуждения движения среды является обратным способу возникновения подъемной силы крыла, находящегося в движущемся потоке. В этом случае исключено применение текучей среды в качестве упора, а потому исключен элемент движения "провал" движителя в среду, когда он, как гребковое средство, используется для того, чтобы опереться о текучую среду.When the mover is operating, a vortex flow arises (Fig. 4), which is formed by closed torus-type vortices descending sequentially from the mover. In this case, the direction of the vortex flow (Fig. 5) is directly opposite to the direction of the traction force. The flow is formed by a group of vortices, forming behind the mover a track of the Karman type (N.E. Kochin, N.V. Roze. Introduction to theoretical hydromechanics. State Technical and Theoretical Publishing House. M., L. 1932, 316 pages). An analogy with the picture of the appearance of the lifting force of a wing moving in a fluid medium at a certain speed is appropriate here: at small angles of attack, about 5-10 degrees, a significant lifting force arises at the wing. In our case, applying external forces to the plate so that it plays the role of lifting force, and bending deformations of the plate bring its shape to the shape of a wing, we create conditions for the external fluid under which the vortex motion of the medium must be such that it matches lift force. In this sense, our way of exciting the movement of the medium is the reverse way of the occurrence of the lifting force of a wing located in a moving stream. In this case, the use of the fluid as a stop is excluded, and therefore the element of motion "failure" of the propulsion device into the medium is excluded, when it, as a rowing tool, is used to lean on the fluid.
Проблема неэффективной стадии "перекладывания движителя" в предлагаемом решении снимается полностью тем, что движитель в этой стадии распрямляется и возвращает потенциальную энергию изгиба в виде кинетической энергии поступательного движения плавательного аппарата вперед.The problem of the inefficient stage of "shifting the mover" in the proposed solution is completely eliminated by the fact that the mover in this stage is straightened and returns the potential energy of bending in the form of the kinetic energy of the forward movement of the swimming apparatus forward.
В результате наших исследований движителя с помощью метода физического моделирования получено КПД≈76%. В аналогичных условиях винт-движитель обладает КПД≈45%.As a result of our research of the propulsion device using the method of physical modeling, an efficiency of ~ 76% is obtained. In similar conditions, the propeller screw has an efficiency of ≈45%.
B. Применение нашего движителя в варианте лопасти для циклоидального пропеллера дает устройство, изначально обладающее высоким КПД.B. The use of our propeller in the version of the blade for a cycloidal propeller gives a device that initially has high efficiency.
Результаты, изложенные в пунктах А и Б приводят к возможности применения лопастей и принципа создания с их помощью силы тяги для циклоидального пропеллера. Для этого рассматривается вариант устройства, в составе которого шесть лопастей. Несущие оси лопастей располагаются по вершинам правильного шестиугольника, имеющего ось вращения, проходящую через геометрический центр шестиугольника. Шестиугольник назовем ротором. Оси лопастей и ось вращения ротора перпендикулярны плоскости расположения ротора.The results described in paragraphs A and B lead to the possibility of using the blades and the principle of creating with their help the traction force for the cycloidal propeller. For this, a variant of the device is considered, which includes six blades. The bearing axes of the blades are located at the vertices of a regular hexagon having an axis of rotation passing through the geometric center of the hexagon. The hexagon is called the rotor. The axis of the blades and the axis of rotation of the rotor are perpendicular to the plane of the rotor.
На фиг.6, а, б, в, г, д приведены схемы (вид сверху) последовательных положений лопастей (6) и ротора (7). Фиг.6, а - нейтральное или состояние покоя ротора и лопастей. На фиг.6, б, в, г, д - состояния лопастей в зависимости от положения, занимаемого ротором через 90°, в процессе его вращения вокруг оси 8 по часовой стрелке. Из фиг.6 следует, что при вращении ротора 7 каждая вершина шестиугольника проходит круговую траекторию; по этой же траектории движутся оси 9, несущие лопасти 6. При этом оси 9 свободно вращаются по отношению к ротору.Figure 6, a, b, c, d, e shows the diagram (top view) of the successive positions of the blades (6) and the rotor (7). 6, a - neutral or resting state of the rotor and blades. In Fig.6, b, c, d, d - the state of the blades depending on the position occupied by the rotor through 90 °, in the process of its rotation around
В процессе принудительного движения по окружности лопасти испытывают упругие изгибные деформации, аналогичные деформациям крыла птицы при маховых движениях, поперечных по отношению к направлению полета так, как это показано на фиг.6, б, в, г, д. Стрелка 10 указывает направление результирующей силы тяги, возникающей для заданного (фиг.6, а) направления лопастей 6.In the process of forced movement around the circumference, the blades experience elastic bending deformations, similar to deformations of the bird's wing during flywheel movements transverse to the direction of flight, as shown in Fig.6, b, c, d, d.
На фиг.7 приведен вид сверху с разрезами и сечениями устройства, в котором реализуется принцип действия, представленный схемами на фиг.6. На фиг.8 приведено сечение устройства плоскостью А-А, а на фиг.9 - плоскостью Б-Б. Лопасти 6 представляют собой гидродинамически обтекаемое гибкое упругое тело, закрепленное на оси 8. Ротор 7 представляет монолитное жесткое тело правильной шестиугольной формы, несущее шесть лопастей. На каждую ось 9 насажена звездочка 11; все звездочки 11 соединены цепью 12, задающей для всей группы лопастей одно и то же их положение по отношению к первоначально избранному, как, например, на фиг.6, а, направлению, сохраняющееся в процессе вращательного движения ротора. Все звездочки 11, как и лопасти 6, одинаковы. На одну из осей 9 и на ротор 7 насажены одинаковые звездочки 13, соединенные цепью 14. Передача с помощью звездочек 11, 13 и цепей 12, 14 позволяет сохранять одинаковые заданные положения лопастей 6 при любых угловых скоростях вращения ротора 7. В результате воздействие вращающегося ротора 7 на лопасти 6 сводится не только для перемещения лопастей по круговой траектории, но и к взаимодействию лопастей со средой.In Fig.7 shows a top view with cuts and sections of the device, which implements the principle of operation, represented by the diagrams in Fig.6. In Fig.8 shows a section of the device with a plane aa, and Fig.9 - plane bb. The
Таким образом, каждая лопасть в процессе вращательного движения ротора испытывает упругие гибкие знакопеременные деформации в ходе ударного типа взаимодействия со средой в поперечном к профилю направлении. Это согласно пунктам А и Б порождает силу тяги по направлению вперед, поперечном к направлению силы взаимодействия со средой.Thus, each blade in the process of rotational movement of the rotor experiences elastic flexible alternating deformations during the shock type of interaction with the medium in the direction transverse to the profile. According to points A and B, this generates a traction force in the forward direction, transverse to the direction of the force of interaction with the medium.
Изобретение поясняется иллюстрациями, на которых:The invention is illustrated by illustrations in which:
Фиг.1. Вид сбоку (сечение) АВ пластины. XOY - декартова система координат; начальная точка О совпадает с точкой отбора троса OO'; О' - точка захвата пластины тросом. С - геометрический центр пластины. S - траектория и направление движения пластины. F - вектор внешней силы, прикладываемой через трос к пластине.Figure 1. Side view (section) of an AV plate. XOY - Cartesian coordinate system; the starting point O coincides with the point of selection of the cable OO '; O '- the point of capture of the plate with a cable. C is the geometric center of the plate. S - trajectory and direction of movement of the plate. F is the vector of external force applied through the cable to the plate.
Фиг.2. а - вид сбоку (сечение) пластины АВ в движении; XOY - исходная система координат; X"O"Y" - мгновенная система координат; F - вектор внешней силы, N - вектор силы реакции среды; б - вид сбоку пластины АВ в начальном положении.Figure 2. a is a side view (section) of the plate AB in motion; XOY - the original coordinate system; X "O" Y "- instantaneous coordinate system; F - vector of external force, N - vector of the reaction force of the medium; b - side view of the plate AB in the initial position.
Фиг.3. В системе координат XOY изображены две стадии движения гибкой пластины 1 (АВ) под действием внешней силы удара Рудар, прикладываемой к пластине через шток в точке 2: а) - сила удара направлена вверх; б - сила удара направлена вниз. Ось OY соответствует направлению движения пластины. Ось ОХ соответствует вертикальной прямой, вдоль которой шток осуществляет свое собственное возвратно-поступательное движение и движение точки захвата пластины. Векторами N показаны силы реакции среды. OO' - линия горизонта; mm' - хорда изогнутой пластины. Угол между отрезками прямых mm' и OO' соответствует углу атаки, порожденному деформацией пластины и силами удара и реакции среды. Отдельно вынесены параллелограммы сил F удар и N, с помощью которых геометрически определяется вектор силы тяги R.Figure 3. The XOY coordinate system depicts two stages of movement of a flexible plate 1 (AB) under the action of an external Rudar impact force applied to the plate through the rod at point 2: a) - the impact force is directed upward; b - the force of impact is directed downward. The axis OY corresponds to the direction of movement of the plate. The OX axis corresponds to a vertical line along which the rod carries out its own reciprocating motion and the movement of the capture point of the plate. Vectors N show the reaction forces of the medium. OO 'is the horizon line; mm 'is the chord of a curved plate. The angle between the straight line segments mm 'and OO' corresponds to the angle of attack generated by the deformation of the plate and the forces of impact and reaction of the medium. Separately rendered parallelograms of the forces F shock and N , with the help of which the thrust force vector R is geometrically determined.
Фиг.4. Схематично показано образование цепочки вихрей, образующейся за действующей пластиной, движущейся в среде со скоростью V. Цифрами 3, 4, 5 отмечены последовательные во времени и пространстве положения пластины при прохождении срединной линии поступательного движения движителя вперед. Замкнутые и незамкнутые кривые со стрелкой указывают направления движения частиц среды. Замкнутые кривые отражают отдельные вихри положительной и отрицательной интенсивности.Figure 4. The formation of a chain of vortices formed behind an active plate moving in a medium with velocity V is shown schematically. The numbers 3, 4, 5 indicate successive in time and space the position of the plate when passing the midline of the forward movement of the propulsion. Closed and open curves with an arrow indicate the direction of motion of the particles of the medium. Closed curves reflect individual vortices of positive and negative intensity.
Фиг.5. Приведена фотография вихревого следа за кормой действующей модели с движителем, действие которого описано в пункте Б. След отразился в виде слабо расширяющейся слева направо полосы возмущений на поверхности воды. Модель движется справа налево.Figure 5. A photograph is given of the vortex wake behind the stern of the current model with a propulsion device, the action of which is described in paragraph B. The wake is reflected in the form of a disturbance band slightly expanding from left to right on the water surface. The model moves from right to left.
Фиг.6. Приведены схемы (вид сверху) последовательных положений лопастей (6) и ротора (7). а - нейтральное или состояние покоя ротора и лопастей, б, в, г, д - последовательные состояния лопастей в зависимости от положения, занимаемого ротором через 90°, в процессе его вращения вокруг оси 8 по часовой стрелке.6. Schemes (top view) of the sequential positions of the blades (6) and the rotor (7) are shown. a - neutral or resting state of the rotor and the blades, b, c, d, e - successive states of the blades depending on the position taken by the rotor through 90 °, in the process of its rotation around
Фиг.7. Вид сверху устройства с разрезами и сечениями, в котором реализуется принцип действия, представленный схемами на фиг.6. Лопасти 6 представляют собой гидродинамически обтекаемое гибкое упругое тело, закрепленное на оси 8. Ротор 7 представляет монолитное жесткое тело правильной шестиугольной формы, несущее шесть лопастей. На каждую ось 9 насажена звездочка 11; все звездочки 11 соединены цепью 12, задающей для всей группы лопастей одно и то же их положение по отношению к первоначально избранному, как, например, на фиг.6, а, направлению, сохраняющееся в процессе движения ротора. Все звездочки 11, как и лопасти 6, одинаковы. На одну из осей 9 и на ротор 7 насажены одинаковые звездочки 13, соединенные цепью 14. Передача с помощью звездочек 11, 13 и цепей 12, 14 позволяет сохранять одинаковые заданные положения лопастей 6 при любых угловых скоростях вращения ротора 7.7. A top view of a device with cuts and sections in which the principle of action, represented by the diagrams in Fig. 6, is implemented. The
Фиг.8. Сечение устройства (фиг.7) плоскостью А-А.Fig. 8. The cross section of the device (Fig.7) plane AA.
Фиг.9. Сечение устройства (фиг.7) плоскостью Б-Б.Fig.9. The cross section of the device (Fig.7) plane BB.
Фиг.10. Косоугольная проекция устройства, применяемого для испытаний в атмосфере. На ротор 7 жестко насажена звездочка 15, которая цепью 16 связана с точно такой же звездочкой привода. Привод креплением 17 жестко соединен с осью 8 вращения ротора 7, а крепления 18 удерживают сам привод. Привод содержит электрический двигатель 19 и шестеренчатый редуктор 20. Двигатель постоянного тока ДПМ-25-Н1-03 рассчитан на напряжение питания 12 В и силу тока 0.3 А; угловая скорость - 6000 об/мин. Редуктор понижает угловую скорость вращения вала двигателя до 300 об/мин.Figure 10. The oblique projection of a device used for testing in the atmosphere. An
Фиг.11. Фотография устройства, изготовленного в соответствие с эскизом (фиг.10), для проведения экспериментальных исследований.11. A photograph of a device made in accordance with the sketch (figure 10) for conducting experimental studies.
Для демонстрации реализации предлагаемого технического решения воспользуемся методом физического моделирования.To demonstrate the implementation of the proposed technical solution, we use the method of physical modeling.
В качестве текучей среды выбираем атмосферный воздух. Конструируемым устройством будет устройство, подобное циклокоптеру, описанному выше в примере с циклокоптером.We choose atmospheric air as a fluid. The device to be constructed will be a device similar to the cyclocopter described above in the example with the cyclocopter.
На фиг.10 представлена косоугольная проекция устройства (фотография фиг.11), изготовленного для проведения экспериментальной работы. Лопасти 6, прямоугольной формы и размером 0,30×0,17 м2, изготавливались с помощью полимерной пленки толщиной 0,000015 м, наклеенной на каркас, изготовленный из пяти гибких бамбуковых палочек сечением 0,0007×0,0007 м2 и длиной 0,17 м. Бамбук выбран из соображений легкости, гибкости, упругости, прочности. Получившееся в результате плоское тело-лопасть жестко крепилось на оси 9 так, что воздействие вращающегося ротора на лопасть осуществлялось через ось 9. Это моделирует процесс ударного воздействия крыла на отдельное перо через ствол пера. Далее все шесть лопастей 6 посредством их осей 9 закреплялись в вершинах правильного шестиугольного ротора 7. При этом, в отличие от вышерассмотренного варианта пропеллера для водной среды, ротор 7 дополнен вторым аналогичным шестиугольным элементом для того, чтобы его конструкция имела необходимую для работы жесткость. И ротор 7 и оси 9 собраны из бамбуковых палочек диаметром 3 мм. Оси 9 свободно вращаются в местах соединения с ротором 7. Вся конструкция ротор с лопастями насажена на ось вращения 8, представляющей собой металлическую спицу. На каждую ось 9 жестко насажена звездочка 11. Все звездочки 11 одинаковы и соединены цепью 12, что жестко связывает их так, что поворот на произвольный угол любой из звездочек относительно ротора означает поворот на тот же угол каждой из звездочек 11. На ось 8 вращения ротора и на одну из осей 9 жестко насажены одинаковые звездочки 13, соединенные цепью 14. При повороте ротора на покоящейся оси 8 на произвольный угол из-за связи 9, 11, 13, 14 оси 9 смещаются по окружности с центром, совпадающим с осью 8, но при этом собственного вращения в своей системе покоя оси 9 не претерпевают. С другой стороны, поворот оси вращения 8 на некоторый угол приводит к повороту каждой из осей 9 на тот же угол - это изменяет направление действия результирующей силы тяги, что позволяет управлять судном или аппаратом, несущим предлагаемое устройство. На ротор 7 жестко насажена звездочка 15, которая цепью 16 связана с точно такой же звездочкой привода. Привод креплением 17 жестко соединен с осью 8 вращения ротора 7, а крепления 18 удерживают сам привод.Figure 10 presents the oblique projection of the device (photograph of figure 11), made for experimental work.
Таким образом, привод, жестко связанный с осью вращения 8, через ведущую звездочку 15 задает с помощью цепи 16 момент вращения ведомой звездочке 15, жестко связанной с ротором, что приводит ротор во вращательное движение. Вращающийся ротор 7 перемещает по окружности оси вращения 9 лопастей 6. Но, перемещаясь таким образом, оси 9 не вращаются, т.е. ротор 7 осуществляет параллельный перенос осей 9. В результате каждая лопасть 6 воспроизводит маховые движения, порождающие силу тяги вперед, в направлении, поперечном направлению воздействия ротора на лопасть.Thus, the drive, rigidly connected with the axis of
Привод содержит электрический двигатель 19 и шестеренчатый редуктор 20. Двигатель постоянного тока ДПМ-25-Н1-03 рассчитан на напряжение питания 12 В и силу тока 0.3 А; угловая скорость - 6000 об/мин. Редуктор понижает угловую скорость вращения вала двигателя до 300 об/мин. Реостат, включенный в сеть источник питания - двигатель позволяет регулировать угловую скорость ротора пропеллера в интервале 60-300 об/мин.The drive contains an
Результаты испытаний предлагаемого технического решения сравнивались с результатами испытаний циклокоптера, выполненными в работе Chul Yong Yun, Illkyung Park, Но Yong Lee, Jai Sang Jung, In Seong Hwang, Seung Jo Kim and Sung Nam Jung, "A New VTOL UAV Cyclocopter with Cycloidal Blades System", AHS 60th Annual Forum and Technology Display, June 7-10, 2004, Baltimore, MD; http://ksea.org/ukc2004/en /Proceedings/01 AST/AST25_SewigJoKim.pdi.The test results of the proposed technical solution were compared with the results of cyclocopter tests performed by Chul Yong Yun, Illkyung Park, But Yong Lee, Jai Sang Jung, In Seong Hwang, Seung Jo Kim and Sung Nam Jung, "A New VTOL UAV Cyclocopter with Cycloidal Blades System ", AHS 60th Annual Forum and Technology Display, June 7-10, 2004, Baltimore, MD; http://ksea.org/ukc2004/en / Proceedings / 01 AST / AST25_SewigJoKim.pdi.
Измерения дали следующие результаты (таблица 1).The measurements gave the following results (table 1).
м2 Blade area
m 2
Мощность (3,6 Вт), равная произведению силы тока на напряжение, для нашего технического решения является максимальной; действующие значения были меньше.Power (3.6 W), equal to the product of the current strength by the voltage, is maximum for our technical solution; valid values were less.
Основным параметром, использованным для сравнения двух технических решений, были значения отношения возникающей силы тяги к мощности двигателя, нормированные на 1 м2 полной площади лопастей, в процессе движения порождающих силу тяги. Значения этого параметра 0, 475 для предлагаемого устройства и 0,045 для циклокоптера указывают на то, что предлагаемое устройство более чем на порядок экономичнее известного устройства.The main parameter used to compare the two technical solutions was the ratio of the emerging thrust to engine power, normalized to 1 m 2 of the total area of the blades, in the process of movement generating the thrust. The values of this
Другой параметр - отношение мощности двигателя к массе устройства - указывает на существенные конструкционные резервы для промышленных вариантов предлагаемого устройства: 8 - для нашей модели устройства и 180,1 - для циклокоптера. В результате преимущество предлагаемого технического решения над известными становится бесспорным.Another parameter - the ratio of engine power to the mass of the device - indicates significant structural reserves for industrial versions of the proposed device: 8 - for our device model and 180.1 - for the cyclocopter. As a result, the advantage of the proposed technical solution over the known becomes indisputable.
Таким образом, предложенное техническое решение оказывается экономически существенно более выгодным, чем известные решения. Причина выигрыша заключается в том, что мы принципиально отходим от варианта использования текучей среды в качестве опоры для движителя, поскольку в этом случае движитель всегда будет «проваливаться» в среду. При этом его действенность будет заключаться в том, сколько текучей массы в единицу времени он успеет оттолкнуть от себя. Но это уже ближе к реактивному движению, причем в самом экономически невыгодном варианте. Наш же вариант заключается в том, что движитель создает условия для возникновения вихревых потоков таких, которые возникают при маховых движениях крыла у птицы или хвоста у рыбы, КПД которых примерно 95%.Thus, the proposed technical solution is economically significantly more profitable than the known solutions. The reason for winning is that we are fundamentally moving away from the option of using the fluid as a support for the propulsion device, since in this case the propulsion device will always “fall through” into the medium. Moreover, its effectiveness will consist in how much fluid mass per unit of time it manages to push away from itself. But this is closer to the jet movement, and in the most economically disadvantageous option. Our option is that the mover creates the conditions for the occurrence of vortex flows such as arise during the flap movements of a wing in a bird or tail in a fish, the efficiency of which is about 95%.
Предлагаемое техническое устройство придает несущему его судну или аппарату такую же высокую маневренность, как пропеллер Воис-Шнайдера, но оно более технологичное в изготовлении, более простое в управлении и более простое конструктивно, т.е. более надежное в эксплуатации. К тому же пропеллер Воис-Шнайдера позволяет решить задачу маневренности судна только в процессе его работы, а в состоянии покоя, например, при буксировке судна, пропеллер становится лишним элементом корпуса судна, мешающим его буксировке. В этих условиях предлагаемое устройство легко переводится в режим руля, позволяющего легко корректировать движение буксируемого судна.The proposed technical device gives the vessel or apparatus carrying it the same maneuverability as the Woiss-Schneider propeller, but it is more technologically advanced to manufacture, simpler to operate and simpler structurally, i.e. more reliable in operation. In addition, the Woiss-Schneider propeller allows you to solve the problem of maneuverability of the vessel only during its operation, and at rest, for example, when towing a ship, the propeller becomes an extra element of the ship's hull, which interferes with its towing. In these conditions, the proposed device is easily translated into steering mode, which allows you to easily adjust the movement of the towed vessel.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005139567/11A RU2310580C2 (en) | 2005-12-19 | 2005-12-19 | Propeller "ustyug" |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005139567/11A RU2310580C2 (en) | 2005-12-19 | 2005-12-19 | Propeller "ustyug" |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005139567A RU2005139567A (en) | 2007-06-27 |
RU2310580C2 true RU2310580C2 (en) | 2007-11-20 |
Family
ID=38315050
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005139567/11A RU2310580C2 (en) | 2005-12-19 | 2005-12-19 | Propeller "ustyug" |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2310580C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103192969A (en) * | 2013-03-29 | 2013-07-10 | 纪强 | Paddle wheel propeller for ship |
CN110667812A (en) * | 2019-10-12 | 2020-01-10 | 浙江海洋大学 | Paddle wheel propeller for ship |
-
2005
- 2005-12-19 RU RU2005139567/11A patent/RU2310580C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103192969A (en) * | 2013-03-29 | 2013-07-10 | 纪强 | Paddle wheel propeller for ship |
CN110667812A (en) * | 2019-10-12 | 2020-01-10 | 浙江海洋大学 | Paddle wheel propeller for ship |
CN110667812B (en) * | 2019-10-12 | 2022-03-01 | 浙江海洋大学 | Paddle wheel propeller for ship |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005139567A (en) | 2007-06-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bøckmann et al. | Experiments with actively pitch-controlled and spring-loaded oscillating foils | |
Prempraneerach et al. | The effect of chordwise flexibility on the thrust and efficiency of a flapping foil | |
Belibassakis et al. | Hydrodynamic performance of flapping wings for augmenting ship propulsion in waves | |
US20150329186A1 (en) | Oscillating foil propulsion system and method for controlling a motion of an oscillating movable foil | |
WO1987004401A1 (en) | Wave energy devices | |
US20120145066A1 (en) | Subsurface Vortex Assisted Distributed Propulsion Active Hull | |
JP2013123988A (en) | Underwater propeller | |
Prabhu et al. | On the fluid structure interaction of a marine cycloidal propeller | |
Halder et al. | Hydrodynamic modeling and experimental validation of a cycloidal propeller | |
Roesler et al. | Experimental performance of a novel trochoidal propeller | |
Zeiner-Gundersen | A vertical axis hydrodynamic turbine with flexible foils, passive pitching, and low tip speed ratio achieves near constant RPM | |
Liao et al. | Robot tadpole with a novel biomimetic wire-driven propulsor | |
RU2310580C2 (en) | Propeller "ustyug" | |
Sauder et al. | Hydrodynamic testing of wind-assisted cargo ships using a cyber–physical method | |
Lopes et al. | An analytical model study of a flapping hydrofoil for wave propulsion | |
JP2019108046A (en) | Vessel with aerial wings | |
Halder et al. | Unsteady hydrodynamic modeling of a cycloidal propeller | |
Rozhdestvensky et al. | Recent advances in hydrodynamics of wing propulsive lifting systems for ships and underwater vehicles | |
Nozaki et al. | Research and development on cycloidal propellers for airships | |
Babu et al. | Experimental study of flapping foil propulsion system for ships and underwater vehicles and PIV study of caudal fin propulsors | |
Desai et al. | Augmenting maneuverability of UUVs with cycloidal propellers | |
RU2285633C2 (en) | Method of forming thrust in mobile media and device for realization of this method | |
CN1329244C (en) | Method and system for generating potential energy on an object | |
US11479330B2 (en) | Energy transforming device and method of transforming energy | |
Huera-Huarte et al. | Role of the near-tip region of a fin in fish propulsion |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131220 |