RU2376202C2

RU2376202C2 - Rotor blade

Info

Publication number: RU2376202C2
Application number: RU2007146278/11A
Authority: RU
Inventors: Хасан Миседович Тхазеплов (RU); Хасан Миседович Тхазеплов
Original assignee: Хасан Миседович Тхазеплов
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2009-12-20
Also published as: RU2007146278A

Abstract

FIELD: aircraft engineering.

SUBSTANCE: rotor blade (1) consists of blade shank and blade feather with their profiles formed by lower, upper and front flat surfaces. Blade incorporates cells (2) with ridges (3) arranged therein from upper (4) to lower edges of the blade, ridge height and width increasing. Blade lower edge ridges (3) begin with a flat rounded rib extending beyond blade upper edge by 1.5% to 1.7% of blade width to make the 110°-angle with blade upper edge. Ridge inner side is inclined to height from its base for 42° to 45°. Ridge base varies from 1/5 to 1/3 of cell length. Ridge inner surface and blade lower edge make the 45°-angle, while outer edge make the 120°-angle therewith. Ridge inner surface features slot (8) narrowing downward to make a flute. Ridge height and, respectively, slot are maximum nearby blade shank and decrease, coming towards blade end, from 1/3 of blade length, successively and each, by 10% as compared with initial value.

EFFECT: higher efficiency of rotor, reduced noise.

1 dwg

Description

Изобретение относится к летательным аппаратам, в частности к лопастям несущих винтов вертолета, глиссера и т.п., где крутящий момент винта придает массе воздуха кинетическую энергию, что позволяет получить аэродинамическую силу.The invention relates to aircraft, in particular to the rotor blades of a helicopter, a glider, etc., where the rotor torque gives the air mass kinetic energy, which allows to obtain aerodynamic force.

Известны лопасти самых разнообразных форм.Blades of the most diverse forms are known.

Изобретение по патенту РФ №2005660 Устройство для создания подъемной силы в летательных аппаратах вертикального взлета и посадки. Изобретение по патенту РФ №2017652 Лопасть для маршевых или тоннельных воздушных винтов.The invention according to the patent of the Russian Federation No. 20055660 A device for creating lift in aircraft of vertical take-off and landing. The invention according to the patent of the Russian Federation No. 2017652 Blade for marching or tunnel propellers.

Изобретение по патенту РФ №2005655 Несущий винт летательного аппарата с гибкими убираемыми лопастями.The invention according to the patent of the Russian Federation No. 2005655 Rotor of an aircraft with flexible retractable blades.

Изобретение по патенту РФ №2005656The invention according to the patent of the Russian Federation No. 2005656

Скоростной вертолет.High-speed helicopter.

Наиболее близким к предлагаемому является лопасть воздушного винта по патенту РФ №2015062. Сущность изобретения: профили пера лопасти вблизи комля образованы нижней, верхней и лобовой плоскими поверхностями, составляющими острые углы по попередней и задней кромкам. Угол Y у передней кромки равен 45°, угол b у задней кромки - 15°, а участок перехода от верхней к лобовой поверхности скруглен и выполнен по окружности радиуса r, определяемого по скорости V набегающего потока и коэффициенту К, зависящему от степени понижения давления на закруглении стыка поверхностей на спинке профиля в соотношении r=V/K. Верхняя и лобовая поверхности сужаются по мере удаления от комля и сходят на нет на конце лопасти. Радиус r увеличивается по длине к концу лопасти, образуя на конце вместе с нижней поверхностью профиль в форме сегмента с одинаковыми углами b у передней и задней кромок. Кромки на конце лопасти в плане отклонены от оси на угол g и пересекаются под углом 90°. Толщина профилей увеличивается по направлению к комлю. Стык поверхностей на спинках профилей имеет форму, близкую к треугольной, с резким переходом в комлевой стержень.Closest to the proposed is the propeller blade according to the patent of the Russian Federation No.2015062. The inventive profiles of the feather blades near the butt are formed by the lower, upper and frontal flat surfaces that make sharp angles along the front and rear edges. The angle Y at the leading edge is 45 °, the angle b at the trailing edge is 15 °, and the section of the transition from the upper to the frontal surface is rounded and made around a circle of radius r, which is determined by the velocity V of the incoming flow and the coefficient K, which depends on the degree of pressure decrease by rounding the junction of surfaces on the back of the profile in the ratio r = V / K. The upper and frontal surfaces narrow as they move away from the butt and disappear at the end of the blade. The radius r increases in length to the end of the blade, forming at the end along with the lower surface a profile in the form of a segment with equal angles b at the leading and trailing edges. The edges at the end of the blade are deflected from the axis by an angle g and intersect at an angle of 90 °. The thickness of the profiles increases towards the butt. The joint of the surfaces on the backs of the profiles has a shape close to triangular, with a sharp transition to the butt root.

Недостатком прототипа является то, что перо лопасти не обеспечивает создание такой аэродинамической тяги, которая приблизила бы коэффициент полезного действия к КПД идеального винта.The disadvantage of the prototype is that the feather blade does not provide the creation of such aerodynamic traction, which would bring the efficiency to the efficiency of an ideal screw.

Задача решается тем, что профили пера лопасти вблизи комля образованы нижней, верхней и лобовой плоскими поверхностями, составляющими острые углы по передней и задней кромкам. Передний угол составляет 45°, задний - 15°, а участок перехода от верхней к лобовой поверхности скруглен и выполнен по окружности радиуса r, определяемого по скорости V набегающего потока, и коэффициенту k, зависящему от степени понижения давления на закруглении стыка поверхностей на спинке профилей в соотношении r=V/k, причем верхняя и лобовая поверхности сужаются по мере удаления от комля и сходят на нет на конце лопасти, а радиус скругления стыка поверхностей увеличивается по длине к концу лопасти, образуя на конце вместе с нижней поверхностью профиль в форме сегмента с одинаковыми углами β у передней и задней кромок.The problem is solved in that the blade feather profiles near the butt are formed by lower, upper and frontal flat surfaces that make sharp angles along the front and rear edges. The rake angle is 45 °, the rear angle is 15 °, and the transition from the upper to the frontal surface is rounded and made around a circle of radius r, determined by the velocity V of the incoming flow, and a coefficient k, which depends on the degree of pressure reduction at the curve of the junction of the surfaces on the back of the profiles in the ratio r = V / k, and the upper and frontal surfaces narrow as they move away from the butt and disappear at the end of the blade, and the radius of rounding of the joint of the surfaces increases in length to the end of the blade, forming at the end with the lower surface profile in the form of a segment with equal angles β at the leading and trailing edges.

Задача, решаемая изобретением, - повышение КПД и снижение шума во время работы винта.The problem solved by the invention is to increase efficiency and reduce noise during operation of the screw.

Сущность изобретения заключается в том, что лопасть несущего винта состоит из комля и пера лопасти, профили которого образованы нижней, верхней и лобовой плоскими поверхностями, причем лопасть содержит ячейки, в которых выполнены гребни от верхней до нижней кромки лопасти с нарастающей высотой и шириной, гребни с нижней кромки лопасти начинаются плоским закругленным ребром, выступающим за верхнюю кромку лопасти на 1,5-1,7% ширины лопасти, и составляют с верхней кромкой лопасти угол 110°, а внутренняя сторона гребня наклонена к высоте от своего основания на 42-45°, основание гребня составляет от ¹/₅ до ¹/₃ длины ячейки, внутренняя поверхность гребня составляет с нижней кромкой лопасти угол 45°, а наружная сторона - угол 120°, на внутренней стороне гребня выполнена канавка, уширяющаяся книзу в форме желоба, высота гребня и соответственно канавка максимальны у комля и по мере удаления к концу лопасти уменьшаются пропорционально последовательно, начиная от ¹/₃ длины лопасти каждый на 10% от первоначального.The essence of the invention lies in the fact that the rotor blade consists of a butt and feather of the blade, the profiles of which are formed by the lower, upper and frontal flat surfaces, and the blade contains cells in which ridges are made from the upper to the lower edge of the blade with increasing height and width, ridges from the lower edge of the blade, they begin with a flat rounded edge that extends 1.5-1.7% of the width of the blade beyond the upper edge of the blade and make an angle of 110 ° with the upper edge of the blade, and the inside of the ridge is inclined to a height from its base per 42-45 °, the base of the ridge is from ^_1/5 to ^_1/3 the length of the cell, the internal surface of the ridge with the bottom edge of the blade angle of 45 °, and the outer side - the angle of 120 °, a groove on the inner side of the ridge, broadens downward a trough shape, ridge height and groove, respectively, are maximum at the butt end and the farther end of the vane to decrease proportionally sequentially, starting from the ^_third blade length of each of 10% from the initial.

Выступ ребра разрезает набегающий воздушный поток по всей длине лопасти, образующий впереди угла атаки волны - солитоны, которые оказывают вредное влияние на пограничной зоне захвата воздушной массы лопастями. Здесь усматривается некоторое уменьшение силы воздействия отрицательной тяги в зоне обратного обтекания и вызываемая этим вибрация винта за счет дробления и направленности воздушного потока ребром по всей длине лопасти, уменьшая срыв потока с профиля лопасти, а также понижая шум винта путем ослабления волнового сопротивления. По внутренней середине гребня, начиная с верхней кромки лопасти, проходит канавка, уширяющаяся книзу в форме желоба до нижней кромки, при этом часть натекающего воздушного потока на подъемную плоскость направляется по кривой гребня и желобу, создавая большее векторное давление на стенки. Как известно, при прохождении принудительного воздушного потока по искривленной линии создается эффект закручивания, где в данном случае он создает эту силу закручивания, дающую момент ввинчивания всего винта в воздушный поток.The rib protrusion cuts the incoming air flow along the entire length of the blade, forming in front of the angle of attack of the wave - solitons, which have a harmful effect on the boundary zone of capture of air mass by the blades. Here, one sees a slight decrease in the negative thrust in the backflow zone and the vibration of the screw caused by the crushing and directing of the air flow by the rib along the entire length of the blade, reducing the stall from the profile of the blade, and also reducing the screw noise by attenuating the wave resistance. A groove runs along the inner middle of the ridge, starting from the upper edge of the blade, broadening downward in the form of a trench to the lower edge, while part of the flowing air flow to the lifting plane is directed along the ridge curve and the trench, creating a greater vector pressure on the walls. As you know, when a forced air flows through a curved line, a twisting effect is created, where in this case it creates this twisting force, which gives the moment the entire screw is screwed into the air stream.

На чертеже изображена лопасть несущего винта 1, где в ячейках 2 лопасти расположены сегментообразные гребни 3 от верхней кромки 4 до нижней кромки 5, с нарастающей высотой до нижней кромки так, чтобы кривая гребня 6 к нижней кромке образовала угол 45° по отношению к нижней кромке плоскости лопасти. Выступ ребра 6 имеет угол 110° по отношению к верхней кромке плоскости лопасти и разрезает набегающий воздушный поток по всей длине лопасти, образующий впереди угла атаки волны - солитоны, направляя по кривой гребня, которые увеличивают подъемную силу винта, а следовательно, КПД и уменьшают шум винта на пограничной зоне захвата воздушной массы лопастями. Здесь усматривается некоторое уменьшение силы воздействия отрицательной тяги в зоне обратного обтекания, и вызываемая этим вибрация винта, за счет дробления этим ребром натекающего воздушного потока 7 и направленности по кривой гребня по всей длине лопасти, уменьшая срыв потока с профиля лопасти, а также понижения шума винта путем ослабления волнового сопротивления. На внутренней поверхности гребня посередине, начиная с верхней кромки лопасти, проходит канавка 8, в форме желоба до нижней кромки, расширяясь пропорционально нарастающей высоте гребня, при этом часть натекающего воздушного потока на подъемную плоскость направляется по желобу, создавая большее векторное давление на стенки.The drawing shows the rotor blade 1, where in the cells 2 of the blade are segmented ridges 3 from the upper edge 4 to the lower edge 5, with increasing height to the lower edge so that the curve of the ridge 6 to the lower edge forms an angle of 45 ° with respect to the lower edge the plane of the blade. The protrusion of the rib 6 has an angle of 110 ° with respect to the upper edge of the plane of the blade and cuts the incoming air flow along the entire length of the blade, forming solitons in front of the angle of attack, directing along the ridge curve, which increase the lifting force of the screw and, therefore, the efficiency and reduce noise propellers on the border zone of air mass capture by blades. Here, there is a slight decrease in the negative thrust effect in the backflow zone, and the screw vibration caused by this, due to crushing of the incoming air stream 7 by this rib and directionality along the ridge curve along the entire length of the blade, reducing the stall from the blade profile and also reducing the screw noise by attenuating wave resistance. On the inner surface of the ridge in the middle, starting from the upper edge of the blade, a groove 8 passes, in the form of a groove to the lower edge, expanding in proportion to the increasing height of the crest, while part of the inflowing air flow to the lifting plane is directed along the groove, creating a greater vector pressure on the walls.

Наружная часть гребня образует с нижней кромкой лопасти угол 120°. При прохождении воздушного потока между гребнями этот поток частично отталкивается этой стенкой к последующему гребню, усиливая касательную силу, сталкиваясь с искривленным потоком последующего гребня, что дает прирост подъемной силы винта за счет образованного зажатого потока воздуха к нижней кромке. Высота гребня и соответственно желобообразные канавы максимальны у комля, и по мере удаления к концу лопасти уменьшаются последовательно, начиная от ¹/₃ длины лопасти по 10% от первоначального.The outer part of the ridge forms an angle of 120 ° with the lower edge of the blade. When passing the air flow between the ridges, this flow is partially repelled by this wall to the subsequent ridge, increasing the tangential force, colliding with the curved flow of the subsequent ridge, which gives an increase in the lifting force of the screw due to the formed clamped air flow to the lower edge. The height of the crest and trough, respectively, are maximum at the butt end of the ditch, and as the distance to the end of the blade are reduced sequentially from ^_1/3 of the blade length of 10% of the original.

Технический результат достигается тем, что выступ ребра на верхней кромке лопасти разрезает набегающий воздушный поток, образующий впереди угла атаки волны - солитоны, которые оказывают вредное влияние на пограничной зоне захвата воздушной массы лопастями, способствуя повышению тяги винта, за счет наиболее плотного захвата дробленого потока воздуха подъемной плоскостью лопасти и направляя по кривой гребня, тем самым усиливая боковое давление при прохождении по желобу гребня, что создает некоторый крутящий момент, передающий винту эффект ввинчивания в воздушный поток. Задняя стенка гребня, имея определенный угол по отношению к нижней кромке лопасти, проходящий воздушный поток между гребнями направляет к последующему гребню, искривляя и создавая диффузорное состояние встречными двумя потоками к концу гребня, что создает небольшую тягу у нижней кромки лопасти.The technical result is achieved by the fact that the protrusion of the rib on the upper edge of the blade cuts the incoming air stream, forming waves ahead of the angle of attack — solitons that have a harmful effect on the boundary zone of capture of the air mass by the blades, contributing to an increase in propeller thrust due to the densest capture of the crushed air stream the lifting plane of the blade and directing along the ridge curve, thereby increasing lateral pressure when passing along the ridge groove, which creates a certain torque transmitting to the screw CT screwing into the air stream. The back wall of the ridge, having a certain angle with respect to the lower edge of the blade, the passing air flow between the ridges directs to the subsequent ridge, bending and creating a diffuser state by two opposing streams towards the end of the ridge, which creates a slight traction at the lower edge of the blade.

Claims

The rotor blade, consisting of a butt and feather of the blade, the profiles of which are formed by the lower, upper and frontal flat surfaces, characterized in that the blade contains cells in which ridges are made from the upper to the lower edge of the blade with increasing height and width, ridges from the lower edge the blades begin with a flat rounded rib protruding 1.5-1.7% of the blade width beyond the upper edge of the blade and make an angle of 110 ° with the upper edge of the blade, and the inside of the ridge is inclined 42-45 ° to the height from its base, the base the crest is from 1/5 to 1/3 of the length of the cell, the inner surface of the crest makes an angle of 45 ° with the lower edge of the blade, and the angle 120 ° of the outside, a groove is made on the inside of the crest, broadening downward in the form of a groove, the height of the crest and accordingly, the groove is maximum at the butt, and as it moves toward the end, the blades decrease proportionally sequentially, starting from 1/3 of the length of the blade each by 10% of the original.