RU2322360C2

RU2322360C2 - Vortex wheel disk

Info

Publication number: RU2322360C2
Application number: RU2006104741/11A
Authority: RU
Inventors: Юрий Альбертович Мартынов (RU); Юрий Альбертович Мартынов
Original assignee: Юрий Альбертович Мартынов
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2008-04-20

Abstract

FIELD: transport engineering; wheels.

SUBSTANCE: proposed vortex wheel disk consists of rim, spokes, central disk with seat hole and fastening holes. Rigid shaped spokes are made in form of blades uniformly twisted in length through 90° and secured so that near-axle part of spoke is orientated at angle of -45° to wheel plane and +45° in peripheral part on inner part of rim creating angle of incidence in flow variable in sign in center and at rim providing delivery of air to near-axle part from side of body and forcing out air to periphery from vehicle. Cross section of blade spoke has form close to rectangular.

EFFECT: improved ventilation of brake system, provision of cooling of hub bearing, decreased aerodynamic resistance of vehicle body.

3 dwg

Description

Изобретение относится к транспортным средствам (ТС), в части конструкции колеса транспортных средств.The invention relates to vehicles (TC), in terms of the construction of the wheels of vehicles.

Цель изобретения - увеличение функциональных возможностей колесного диска путем улучшения аэродинамических характеристик ТС и повышение эффективности вентиляции тормозных колодок.The purpose of the invention is to increase the functionality of the rim by improving the aerodynamic characteristics of the vehicle and increasing the efficiency of ventilation of the brake pads.

Указанная цель достигается изготовлением жестких профилированных спиц колесных дисков в виде равномерно скрученных по длине лопастей, имеющих переменный по знаку угол атаки в центре и у обода, приводящий к нагнетанию воздуха к приосевой части со стороны кузова и выбросу воздуха на периферию в сторону от транспортного средства. Тем самым создается принудительная вентиляция со стороны кузова и вихревая "подушка" снаружи. В итоге повышается эффективность вентиляции тормозов, уменьшается аэродинамическое сопротивление боковых частей, создается разрежение под кузовом, обеспечивая прижимную силу на скорости.This goal is achieved by manufacturing hard profiled spokes of the wheel disks in the form of blades uniformly twisted along the length of the blade, having a variable angle of attack sign in the center and at the rim, leading to air injection to the axial part from the side of the body and air discharge to the periphery away from the vehicle. This creates forced ventilation from the side of the body and a vortex "pillow" outside. As a result, the ventilation efficiency of the brakes is increased, the aerodynamic drag of the side parts is reduced, a vacuum is created under the body, providing downforce at speed.

Описание изобретенияDescription of the invention

Изобретение относится к транспортным средствам (ТС), в части конструкции колеса транспортных средств. Устройство может применяться в легковых, грузовых, гоночных автомобилях без снижения эффективности основных функций колесного диска.The invention relates to vehicles (TC), in terms of the construction of the wheels of vehicles. The device can be used in cars, trucks, racing cars without compromising the effectiveness of the basic functions of the rim.

Выбран прототипом известный и наиболее распространенный колесный диск из легкосплавных материалов, состоящий из цилиндрического обода, центральной направляющей с коническими отверстиями для крепления диска к ступице и жестких фигурных колесных спиц в количестве преимущественно от 3 до 6 шт., расположенных радиально (например, "Колесные диски" / Сост. К.П.Быков. - Чернигов: Ранок, 1998 г.).The well-known and most widespread alloy wheel made of alloy materials, consisting of a cylindrical rim, a central guide with conical holes for mounting the disk to the hub and hard curly wheel spokes in an amount of mainly from 3 to 6 pieces located radially (for example, "Wheels "/ Comp. K.P. Bykov. - Chernihiv: Ranok, 1998).

К основным функциям колесного диска выбранного прототипом, относится прочность, низкая масса, надежность крепления при разнообразном эстетическом дизайне.The main functions of the rim selected by the prototype include strength, low weight, mounting reliability with a diverse aesthetic design.

Недостатком прототипа является низкая функциональность средней "спицевой" части между центром и ободом, где не эффективно тратится энергия углового вращения на центробежный разгон воздуха в условиях его сдерживания и упругого отражения от внутренней стороны обода.The disadvantage of the prototype is the low functionality of the middle "spoke" part between the center and the rim, where the angular rotation energy is not spent on centrifugal acceleration of air under conditions of its containment and elastic reflection from the inner side of the rim.

Общими существенными признаками известного устройства и заявляемого технического решения является наличие центральной направляющей с коническими отверстиями для крепления диска к ступице и периферийного обода, предназначенного для посадки шины.Common essential features of the known device and the claimed technical solution is the presence of a Central guide with conical holes for mounting the disk to the hub and a peripheral rim designed for landing tires.

Основной целью изобретения является повышение функциональной роли спиц колесного диска за счет профилирования их в виде скрученных лопастей, проявляющейся в виде принудительной вентиляции ступицы, тормозов и улучшения общей аэродинамики кузова.The main objective of the invention is to increase the functional role of the spokes of the rim by profiling them in the form of twisted blades, manifested in the form of forced ventilation of the hub, brakes and improve the overall aerodynamics of the body.

Указанная цель достигается тем, что при изготовлении колесного диска каждая из радиальных спиц выполнена в виде плоской равномерно крученой по длине от центра к периферии на угол 90° лопасти, причем угол скрутки лопасти для левого колеса выполнен против часовой стрелки от ступицы к ободу, правого - по часовой. Фронтальная плоскость спицы ориентирована под углом -45° к плоскости колеса в центре диска и +45° на внутренней части обода. Поперечное сечение лопастной спицы имеет форму, близкую к прямоугольной, или оптимальную - приближенную к форме сечения лопасти воздушного винта самолета.This goal is achieved by the fact that in the manufacture of the rim, each of the radial spokes is made in the form of a flat uniformly twisted length from the center to the periphery at an angle of 90 ° of the blade, and the twist angle of the blade for the left wheel is made counterclockwise from the hub to the rim, the right - clockwise. The front plane of the spoke is oriented at an angle of -45 ° to the plane of the wheel in the center of the disk and + 45 ° on the inside of the rim. The cross section of the blade spoke has a shape close to rectangular, or optimal - close to the shape of the cross section of the aircraft propeller blade.

Сущность изобретения заключается в том, что при движении транспортного средства вращающийся вихревой колесный диск взаимодействует с воздухом наружного и внутреннего объема кузова так, что в приосевой части происходит забор воздуха к ступице под кузов, а в периферийной области диска более мощный выброс наружу. Воздух, попадающий в зону вращения скрученных спиц колеса, приобретает вращательные моменты как в плоскости колеса, так и вокруг крученых спиц, расположенных радиально вследствие центробежного разбегания потока. Взаимодействие вращающих моментов вызывает движение потока воздуха по вихревому тороиду, смещенному вдоль оси вращения в сторону от кузова, что является следствием именно равномерного скручивания лопастей спиц, поскольку отдача периферийных частей спиц больше, чем в приосевой области, по причине их большей удаленности от центра. В результате нагнетания закрученного потока к ступице под кузов и более мощный выброс ближе к ободу вихревого потока наружу создает вытянутый квазистационарный поток с осевым противотоком, более известным как вихревой тороид ("бублик"). Устройство, генерирующее это объемное вращение, в отличие от прототипа имеет ряд дополнительных положительных функций для ТС в целом:The essence of the invention lies in the fact that when the vehicle is moving, a rotating vortex wheel interacts with the air of the external and internal volume of the body so that in the axial part air is drawn to the hub under the body, and in the peripheral region of the disk there is a more powerful outward discharge. The air entering the rotation zone of the twisted wheel spokes acquires rotational moments both in the plane of the wheel and around the twisted spokes located radially due to the centrifugal recession of the flow. The interaction of the torques causes the air flow to move along the vortex toroid, displaced along the axis of rotation away from the body, which is the result of the uniform twisting of the spoke blades, since the return of the peripheral parts of the spokes is greater than in the axial region, due to their greater distance from the center. As a result of the injection of a swirling flow to the hub under the body and a more powerful discharge closer to the rim of the vortex flow outward, an elongated quasistationary flow with an axial countercurrent, more commonly known as a vortex toroid (“donut”), is created. The device that generates this volume rotation, in contrast to the prototype, has a number of additional positive functions for the vehicle as a whole:

- принудительная вентиляция тормозной системы повышает эффективность торможения, ее вихревой характер усиливает теплоотдачу;- forced ventilation of the brake system increases the efficiency of braking, its vortex nature enhances heat transfer;

- создание разрежения под кузовом усиливает прижим к трассе, повышает устойчивость на скорости;- the creation of rarefaction under the body enhances the clamp to the track, increases stability at speed;

- в приосевой части создается разрежение воздуха, охлаждающее подшипник ступицы;- a rarefaction of air is created in the axial part, cooling the hub bearing;

- вихревой поток с внешней стороны кузова создает вращающуюся воздушную "подушку", которая уменьшает аэродинамическое сопротивление кузова в целом, особенно крыльев колеса и боковых выступающих элементов.- the vortex flow from the outside of the body creates a rotating air "cushion", which reduces the aerodynamic drag of the body as a whole, especially the wings of the wheel and side protruding elements.

Указанное устройство может изготавливаться в виде жесткого сплавного диска методом литья в форме или иными способами с соблюдением предложенной геометрии профиля скрученных спиц.The specified device can be made in the form of a hard alloy disk by casting in a mold or by other methods in compliance with the proposed geometry of the profile of twisted spokes.

На фиг.1 изображен общий вид левого по ходу вихревого колесного диска, вращающегося против часовой стрелки 9, с четырьмя спицами 5, расположенными радиально на диске 2, который насажен посадочным отверстием на ступицу 1 и закреплен болтами 3. Каждая спица в приосевой части 4 ориентирована под углом -45° к плоскости колеса в центре и +45° в периферийной 6 на внутренней части обода 7. Внешняя часть обода 8 служит для размещения шины.Figure 1 shows a General view of the left along the vortex of the wheel rotating counterclockwise 9, with four spokes 5 located radially on the disk 2, which is mounted with a mounting hole on the hub 1 and secured by bolts 3. Each spoke in the axial part 4 is oriented at an angle of -45 ° to the plane of the wheel in the center and + 45 ° in the peripheral 6 on the inner part of the rim 7. The outer part of the rim 8 serves to accommodate the tire.

На фиг.2 схематично изображены основные вихревые потоки, направленные снаружи к кузову 10 в центре у ступицы и от кузова наружу 11 в районе обода колеса 7, порождаемые вращением 9 приосевых 4 и периферийных 6 оконечностей спиц 5, размещенных радиально вдоль осей Y и Х вокруг ступицы 1, расположенной на оси Z.Figure 2 schematically shows the main vortex flows directed externally to the body 10 in the center at the hub and from the body to the outside 11 in the region of the wheel rim 7, generated by the rotation of 9 axial 4 and peripheral 6 ends of the spokes 5 arranged radially along the Y and X axes around hub 1 located on the Z axis.

На фиг.3 показана схема (вид сверху) движения вихревых потоков под кузовом 17 и в стороне от него 13, вызванных вращением спиц диска с разнонаправленным углом атаки по потоку в периферийной 6 и в приосевой части колеса 5. Набегающий поток 15 по ходу движения ТС 12 засасывается со стороны кузова 14 лопастными спицами 6 на внешнюю сторону 13 от ТС. Часть выбрасываемого потока 13 разворачивается пониженным давлением и противоположным углом атаки спиц в центре 5 направляется на тормозные колодки 18, способствуя активной вентиляции, далее поток, удаляясь от центра к периферии под действием центробежной силы, разворачивается от кузова, приобретает дополнительную угловую и линейную скорость направлением угла атаки периферийной оконечности лопасти спицы 6, покидает зону вращения 13, замещаясь набегающим под кузовом потоком в разрежение 14. Покидая зону вращения, вихревой поток 13 рассекает и амортизирует встречный ветер обтекания 15 ТС, поддерживает окутывающее вихревое поле повышенного давления 13 вдоль кузова 17, обеспечивает пониженный коэффициент аэродинамического сопротивления ТС. Объем исходящего потока под кузовом 16 ТС меньше входящего 15 в результате его распыления по сторонам 13, чем достигается прижимная сила.Figure 3 shows a diagram (top view) of the movement of the vortex flows under the body 17 and away from it 13, caused by the rotation of the spokes of the disk with a multidirectional angle of attack along the stream in the peripheral 6 and in the axial part of the wheel 5. The incoming flow 15 in the direction of travel of the vehicle 12 is sucked from the side of the body 14 by the blade spokes 6 to the outer side 13 from the vehicle. Part of the ejected stream 13 is deployed under reduced pressure and the opposite angle of attack of the spokes in the center 5 is directed to the brake pads 18, promoting active ventilation, then the stream, moving away from the center to the periphery under the action of centrifugal force, is deployed from the body, acquires additional angular and linear speed by the direction of the angle the attack of the peripheral tip of the blade of the spoke 6 leaves the rotation zone 13, being replaced by the flow flowing under the body into the rarefaction 14. Leaving the rotation zone, the vortex flow 13 dissects and absorbs the headwind flow around the vehicle 15, supports the enveloping vortex field of high pressure 13 along the body 17, provides a lower coefficient of aerodynamic drag of the vehicle. The volume of the outgoing flow under the vehicle body 16 is less than the incoming 15 as a result of its spraying on the sides 13, which achieves a downforce.

Предпочтительно изготавливать колесный диск с четырьмя одинаковыми кручеными спицами. В различных исполнениях количество спиц может быть отлично от четырех.It is preferable to make a rim with four identical twisted spokes. In various designs, the number of knitting needles may be different from four.

Предпочтительно выполнять угол скрутки спиц по длине 90°. В различных модификациях угол скрутки спиц по длине может отличаться от 90°.Preferably, the angle of twist of the spokes along the length of 90 °. In various versions, the angle of twist of the spokes along the length may differ from 90 °.

Предпочтительно ориентировать в месте крепления спицы к ободу под углом 45° относительно плоскости колеса. Этот угол может быть отличным от 45° в разных исполнениях.It is preferable to orient in the place of attachment of the spokes to the rim at an angle of 45 ° relative to the plane of the wheel. This angle can be different from 45 ° in different designs.

Возможно исполнение спиц с переменным углом крутки по длине от центра к ободу для подстройки интенсивности разнонаправленных потоков.It is possible to design spokes with a variable twist angle in length from the center to the rim to adjust the intensity of multidirectional flows.

Правое колесо необходимо выполнять зеркально симметричным относительно левого для соблюдения схемы потоков и их равнодействующей.The right wheel must be mirrored symmetrical relative to the left to comply with the flow patterns and their resultant.

Допустимо изготовление вихревых колесных дисков с радиальным расположением спиц по конусу с вершиной на оси ступицы и основанием, вписанным в окружность обода, а также другие изгибы крученых спиц.It is permissible to manufacture vortex rims with a radial arrangement of spokes along a cone with a vertex on the axis of the hub and a base inscribed in the circumference of the rim, as well as other bends of twisted spokes.

Устройство работает следующим образом. ТС движется поступательно вперед на колесах, имеющих вихревые колесные диски на каждой оси. Угловое перемещение каждого колеса создает касательное взаимодействие с воздухом спицами, которые выполнены скрученными вдоль их длины от центра колеса к ободу на угол 90°, ориентированными фронтальной плоскостью под углом 45° к плоскости колеса так, что при вращении диска против часовой стрелки угол атаки по потоку в центре колеса равен -45°, а у обода +45°. Тем самым обеспечивается закручивание и нагнетание воздуха в центре по оси колеса в сторону кузова, а на периферии у обода по оси колеса более мощный выброс потока в сторону удаления от кузова. Таким образом происходит объемное завихрение воздуха вокруг центра колесного диска по вытянутому тороиду, своими свойствами добавляющего положительные функции колесного диска по сравнению с прототипом, такие как эффективное охлаждение тормозных колодок, расположенных в центральной части между колесом и кузовом, а также создание вихревой "подушки" снаружи кузова, уменьшающей аэродинамическое сопротивление при усилении прижимной силы под днищем ТС.The device operates as follows. The vehicle moves forward on wheels with vortex wheels on each axis. The angular displacement of each wheel creates a tangential interaction with the air spokes, which are made twisted along their length from the center of the wheel to the rim at an angle of 90 °, oriented by the frontal plane at an angle of 45 ° to the plane of the wheel so that when the disk rotates counterclockwise, the angle of attack is in the flow in the center of the wheel is -45 °, and at the rim + 45 °. This ensures the swirling and forcing of air in the center along the axis of the wheel toward the body, and at the periphery of the rim along the axis of the wheel a more powerful discharge of the flow towards the side of the body. Thus, there is a volumetric swirl of air around the center of the rim along the elongated toroid, which by its properties adds the positive functions of the rim in comparison with the prototype, such as efficient cooling of brake pads located in the central part between the wheel and the body, as well as the creation of a vortex "pillow" outside body, which reduces aerodynamic drag while increasing downforce under the bottom of the vehicle.

Claims

Vortex wheel disk consisting of a rim, spokes, a central disk with a mounting hole and mounting holes, characterized in that the rigid shaped spokes are made in the form of uniformly twisted 90 ° angles along the length of the blades, fixed so that the axial part of the spokes is oriented at an angle -45 ° to the plane of the wheel and + 45 ° in its peripheral part on the inner part of the rim, which creates an alternating sign of the angle of attack along the flow in the center and at the rim, leading to air injection to the axial part from the side of the body and air discharge and to the periphery away from the vehicle, the cross section of the blade spoke having a shape close to rectangular.