RU2443908C2

RU2443908C2 - "servid-m" rotary swirl propulsor

Info

Publication number: RU2443908C2
Application number: RU2008101167/11A
Authority: RU
Inventors: Борис Николаевич Черняев (RU); Борис Николаевич Черняев
Original assignee: Борис Николаевич Черняев
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2012-02-27
Also published as: RU2008101167A

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: proposed propulsor comprises frame with posts with bearings wherein runs main shaft coupled with the engine, blades with one-sided working surface, and distributor of the vane phase turn. Tubular frames of the blades on the side of said distributor are engaged with sector gears with their teeth in mesh with those of racks of rods fitted on rocker. Rocker if fitted eccentrically on dual sleeve bearing and coupled by pins with drive disk. Diameter of holes in rocker wall exceed those of pins by dual eccentricity of dual sleeve. Center of mass of the vanes coincides with axes of their turn. Distributor mechanism is arranged inside hollow drive disk. Engine is coupled with the main shaft via bevel gear. Note that bevel gear drive wheel axle makes the frame turn axis.

EFFECT: possibility to change airflow direction and thrust along three coordinates.

5 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к вентиляторостроению и предназначено к применению в качестве аэродвижителя транспортных средств, особенно для таких, которые без применения рулей должны иметь возможность перемещения в трех измерениях.The invention relates to fan building and is intended for use as an air propulsion vehicle, especially for those that without the use of rudders should be able to move in three dimensions.

Известны движители, содержащие ротор с лопастями и распределитель их циклового поворота в виде шестерен-сателлитов, обкатывающих через промежуточные шестерни солнечную шестерню диаметром в два раза меньшую. Например, КРЫЛЬЧАТЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ Мурыгина, а.с. №510407, Кл. В63Н 1/10. Здесь шесть консольных лопастей, управляемые планетарным механизмом распределителя, совершают колебательные движения по повторяемому циклу и создают тягу.Known propulsors containing a rotor with blades and a distributor of their cyclic rotation in the form of gears-satellites, running through the intermediate gears sun gear with a diameter half as small. For example, the WINGED ENGINE Murygina, as No. 510407, Cl. B63H 1/10. Here, six cantilever blades, controlled by the planetary gear of the distributor, oscillate along a repeated cycle and create traction.

Прототипом заявленного устройства может служить ВИБРОДВИЖИТЕЛЬ "СЕРВИД", описанный автором в технической газете "МАСТЕР" №63 за 1998 г., стр.9-12. Этот движитель имеет также планетарный распределитель, содержащий солнечную неподвижную шестерню и периферийные шестерни-сателлиты, в два раза большие диаметром, которые обкатывают солнечную шестерню через промежуточные шестерни любого диаметра. Шестерни-сателлиты соединены с лопастями двухстороннего аэродинамического профиля. За один оборот ротора они поворачиваются на пол-оборота, то есть попеременно работают двумя сторонами. Этот факт имеет двойной недостаток, так как, во-первых, двухсторонний аэродинамический контур мало эффективен с точки зрения аэродинамики, а, во-вторых, попеременная изгибающая нагрузка на лопасть ведет к ее повышенному износу.The prototype of the claimed device can serve as a VIBRATOR "SERVID", described by the author in the technical newspaper "MASTER" No. 63 for 1998, pp. 9-12. This propulsion device also has a planetary distributor containing a stationary motion gear and peripheral gears-satellites, two times larger in diameter, which run the sun gear through intermediate gears of any diameter. Gears-satellites are connected to the blades of a bilateral aerodynamic profile. For one revolution of the rotor, they rotate half a revolution, that is, they alternately work on two sides. This fact has a double drawback, because, firstly, the two-way aerodynamic circuit is not very effective from the point of view of aerodynamics, and, secondly, the alternating bending load on the blade leads to its increased wear.

Целью настоящего изобретения является создание аэродвижителя - роторного вихредвижителя "СЕРВИД М", лишенного недостатков прототипа, с широким фронтом воздушного потока, с односторонней работой лопастей, с корректировкой их фазового положения, с возможностью изменения направления воздушного потока в трех координатах.The aim of the present invention is the creation of an aeroengine - rotary whirlpool "SERVID M", devoid of the disadvantages of the prototype, with a wide front of the air flow, with one-sided operation of the blades, with adjustment of their phase position, with the possibility of changing the direction of the air flow in three coordinates.

Для достижения указанной цели механизм распределителя, помещенный внутри ведущего диска, снабжен секторными шестернями, зубья которых зацеплены с зубьями реек шатунов, шарнирно установленных на качалке, которая со смещением оси посажена на подшипник сдвоенной втулки, закрепленной в корпусе подшипника главного вала. При вращении ротора пальцы ведущего диска стенками отверстий, которые больше диаметров пальцев на величину двойного смещения оси качалки, приводят ее в колебательное вращение, приводящее к возвратно-поступательным движениям шатунов. Рейки шатунов поворачивают секторные шестерни за один оборот ротора один раз на 90 градусов по направлению его вращения и один раз в противоположном направлении. Таким образом, секторные шестерни, связанные с лопастями, обеспечивают последним попеременную установку во флюгерное и маховое положение, создавая направленный воздушный поток, при этом лопасти работают одной стороной, то есть выполнены с односторонней рабочей поверхностью. Для предотвращения вибрации центры масс лопастей совпадают с осью их колебаний. Для корректировки изменения скорости поворота лопастей оси секторных шестерен могут быть смещены. Для увеличения числа свобод перемещения, рама установлена на оси привода с возможностью поворота.To achieve this goal, the distributor mechanism, placed inside the drive disk, is equipped with sector gears, the teeth of which are engaged with the teeth of the rods of the connecting rods pivotally mounted on a rocking chair, which, with an axis offset, is seated on a double sleeve bearing fixed to the main shaft bearing housing. When the rotor rotates, the fingers of the drive disk by the walls of the holes, which are larger than the diameters of the fingers by the amount of double displacement of the rocking axis, cause it to oscillate, resulting in reciprocating movements of the connecting rods. The rods of the connecting rods rotate the sector gears in one revolution of the rotor once by 90 degrees in the direction of its rotation and once in the opposite direction. Thus, sector gears associated with the blades provide the latter with alternate installation in the vane and flywheel positions, creating a directed air flow, while the blades work on one side, that is, are made with a one-sided working surface. To prevent vibration, the centers of mass of the blades coincide with the axis of their vibrations. To correct changes in the speed of rotation of the blades, the axis of the sector gears can be shifted. To increase the number of freedom of movement, the frame is mounted on the axis of the drive with the possibility of rotation.

На фиг.1 роторный вихредвижитель изображен в плане.In Fig.1, the rotary eddyjet is shown in plan.

На фиг.2 разрез по "А-А" на фиг.1.In Fig.2 a section along "AA" in Fig.1.

На фиг.3 - вариант установки секторной шестерни со смещением.Figure 3 - installation option sector gear with offset.

На фиг.4 разрез по "Б-Б" на фиг.1 - конструкция лопасти с односторонней рабочей поверхностью.In Fig.4 a section along "BB" in Fig.1 is a blade design with a one-sided working surface.

На фиг.5 - диаграмма положения лопастей в разных фазах.Figure 5 is a diagram of the position of the blades in different phases.

На фиг.6 - пример применения роторного вихредвижителя "СЕРВИД-М" на "летающем мотороллере".Figure 6 is an example of the use of the rotational swirl "SERVID-M" on a "flying scooter".

Роторный вихредвижитель состоит из рамы 1 со стойками 2, в подшипниках 3 которых установлен главный вал 4, через коническую передачу 5 соединенный с двигателем 6. Главный вал несет ротор, состоящий из опорных 7 и ведущих 8 дисков. Между дисками размещены лопасти 9 с односторонней рабочей поверхностью 10. Верхняя обшивка 11 допасти имеет цилиндрическую форму. Верхняя и нижняя обшивки соединены нервюрами 12 и стрингерами 13. Труба-лонжерон 14, предпочтительно квадратного сечения, осью поворота проходит через центр массы лопасти. Конструкция лопасти допускает значительную нагрузку, которая ограничена ее длиной, при расчетном достижении которой лопасти объединяются в секции и соединяются между собой четырехгранными законцовками валиков 15 в подшипниковых опорах 16. Замыкающий секцию опорный диск снабжен шипами 17. При значительном числе секций ведущие диски устанавливаются с двух сторон. В ведущем диске расположен механизм распределителя, который состоит из сдвоенной втулки 18, одна цилиндрическая поверхность которой крепится в отверстии кронштейна стойки и фиксируется винтом 19. Паз 20 в кронштейне позволяет поворачивать сдвоенную втулку на некоторый расчетный угол. Вторая цилиндрическая поверхность сдвоенной втулки смещена на эксцентриситет " " и на нее установлен подшипник 21 качалки 22, которая имеет стенку с отверстиями 23. Через отверстия проходят пальцы 24, закрепленные на стенках 25 ведущего диска. Для возможности передачи вращения диаметры отверстия и пальца разнятся на величину удвоенного эксцентриситета " ". По периферии на качалке шарнирно установлены шатуны 26, в пазах которых размещены рейки 27 и опорные поверхности 28 для зубьев и опорных поверхностей секторных шестерен 29, оси которых установлены в подшипниковых втулках 30 и со стороны лопастей заканчиваются четырехгранниками 31, ответными квадратным отверстиям труб-лонжеронов лопастей. Для корректировки меняющейся скорости поворота секторных шестерен, последние могут быть установлены со смещением " " относительно осей поворота лопастей. Рама 1 может быть снабжена опорным роликом 32.The rotary swivel consists of a frame 1 with racks 2, in the bearings 3 of which the main shaft 4 is installed, connected via the bevel gear 5 to the engine 6. The main shaft carries a rotor, consisting of supporting 7 and driving 8 disks. Between the disks there are blades 9 with a one-sided working surface 10. The upper casing 11 has a cylindrical shape. The upper and lower sheathing are connected by ribs 12 and stringers 13. The spar tube 14, preferably of square cross section, passes through the center of mass of the blade with the axis of rotation. The design of the blade allows a significant load, which is limited by its length, at the calculated achievement of which the blades are combined into sections and connected by the tetrahedral tips of the rollers 15 in the bearing supports 16. The locking disc supporting the disk is provided with spikes 17. With a significant number of sections, the drive discs are installed on both sides . A distributor mechanism is located in the drive disk, which consists of a double sleeve 18, one cylindrical surface of which is mounted in the hole of the rack bracket and fixed with a screw 19. The groove 20 in the bracket allows the double sleeve to be rotated by a certain design angle. The second cylindrical surface of the double sleeve is shifted by the eccentricity "" and the bearing 21 of the rocker 22 is mounted on it, which has a wall with holes 23. Through the holes pass the fingers 24, mounted on the walls 25 of the drive disk. For the possibility of transmitting rotation, the diameters of the hole and the finger differ by the value of the doubled eccentricity "". On the periphery, rods 26 are pivotally mounted on the rocking chair, in the grooves of which are mounted rails 27 and bearing surfaces 28 for teeth and bearing surfaces of sector gears 29, the axes of which are mounted in bearing bushings 30 and from the blades end with tetrahedrons 31, corresponding to the square holes of the blade spars of the blades . To adjust the changing rotation speed of sector gears, the latter can be set with an offset "" relative to the axis of rotation of the blades. The frame 1 may be provided with a support roller 32.

Роторный вихредвижитель работает, создавая воздушный поток рабочей поверхностью лопастей, которые в процессе вращения ротора качаются вокруг своих осей. Для компактности в районе рамы лопасть располагается вдоль потока, то есть во флюгерном положении. И далее, по мере поворота ротора, лопасть поворачивается против его вращения и через половину оборота устанавливается перпендикулярно к создаваемому потоку. За последующие пол-оборота лопасть вращается уже в сторону вращения ротора и устанавливается в исходное флюгерное положение. Таким образом, за оборот ротора по отношению к нему каждая лопасть поворачивается на 90° и обратно. Этот поворот определяется эксцентриситетом сдвоенной втулки, который должен равняться рабочей длине основной окружности зубчатой поверхности секторной шестерни. Возможны некоторые расчетные отклонения, когда лопасть в конце полуоборота ротора не должна становиться против создаваемого потока.The rotary eddy drive works by creating an air flow with the working surface of the blades, which swing around their axes during the rotation of the rotor. For compactness in the area of the frame, the blade is located along the stream, that is, in the vane position. And then, as the rotor rotates, the blade rotates against its rotation and, after half a turn, is installed perpendicular to the created flow. Over the next half-turn, the blade rotates already in the direction of rotation of the rotor and is set to its original vane position. Thus, for the rotation of the rotor with respect to it, each blade rotates 90 ° and vice versa. This rotation is determined by the eccentricity of the twin sleeve, which should be equal to the working length of the main circumference of the gear surface of the sector gear. Some design deviations are possible when the blade at the end of the half-turn of the rotor should not stand against the generated flow.

Работа роторного вихредвижителя иллюстрируется диаграммой на фиг.5. При вращении ротора - показано стрелкой на фиг.2 - качалка 22 увлекается пальцами 24 и приходит в колебательное вращение, так как пальцы обкатывают отверстия в стенке качалки, вместе с тем вращаясь с ротором. Колебания передаются шатунам 26, которые, смещаясь на величину колебания в этой фазе, смещают каждый свою рейку 24 на определенную величину, и зубья рейки поворачивают секторную шестерню 29 на соответствующий угол. На такой же угол поворачивается лопасть, если не была произведена корректировка поворота смещением оси секторной шестерни. В последнем случае секторная шестерня меняет свой радиус зацепления в процессе поворота, то есть меняется ее угловая скорость, и поворот лопасти в этой фазе может быть большим или меньшим в зависимости от смещения оси секторной шестерни.The operation of the rotary eddyjet is illustrated by the diagram in figure 5. When the rotor is rotated — shown by the arrow in FIG. 2 — the rocker 22 is carried away by the fingers 24 and comes into oscillatory rotation, since the fingers run through the holes in the rocking wall, while rotating with the rotor. The vibrations are transmitted to the connecting rods 26, which, shifting by the amount of oscillation in this phase, move each of its rack 24 by a certain amount, and the teeth of the rack rotate the sector gear 29 by an appropriate angle. The blade rotates at the same angle if rotation was not adjusted by shifting the axis of the sector gear. In the latter case, the sector gear changes its radius of engagement during rotation, that is, its angular velocity changes, and the rotation of the blade in this phase can be larger or smaller depending on the displacement of the axis of the sector gear.

Скорость перемещения рейки шатуна относительно секторной шестерни не постоянна, так как составляющая окружной скорости шарнира, соединяющего шатун с качалкой и приводящая шатун к возвратно-поступательному движению, меняется по синусоидальному закону. Это способствует повышению функциональности работы лопасти, так как при правильной установке сдвоенной втулки 18, лопасти во флюгерной зоне (I на фиг.5) и в зоне III ортоптерного (прямо машущего) движения имеют меньшую скорость поворота вокруг осей труб-лонжеронов, чем в переходных зонах II и IY, то есть мало меняют свое положение относительно качалки.The speed of movement of the connecting rod rail relative to the sector gear is not constant, since the component of the peripheral speed of the hinge connecting the connecting rod to the rocker and leading the connecting rod to the reciprocating movement changes according to a sinusoidal law. This helps to improve the functionality of the blade, because with the correct installation of the double sleeve 18, the blades in the weathervane zone (I in Fig. 5) and in zone III of the orthopter (straight-waving) movement have a lower rotation speed around the axes of the spar tubes than in transition zones II and IY, that is, little change their position relative to the rocking chair.

Переходную зону II можно определить как зону работы лопасти "по самолетному", так как в этой зоне лопасть перемещается как самолетное крыло с меняющимся углом атаки. Переходную зону IY можно назвать «центробежной». В этой зоне наружная кромка лопасти в процессе поворота имеет скорость больше внутренней, что способствует радиальному выбросу воздуха под действием центробежной силы. Соответственно эта зона значительно влияет на увеличения общей тяги.Transitional zone II can be defined as the “aircraft-based” zone of operation of the blade, since in this zone the blade moves like an airplane wing with a changing angle of attack. The transition zone IY can be called "centrifugal". In this zone, the outer edge of the blade during rotation has a speed greater than the internal, which contributes to the radial emission of air under the action of centrifugal force. Accordingly, this zone significantly affects the increase in overall traction.

На фиг.5 пунктиром обозначена площадь J, определяемая движением одной лопасти за цикл, то есть за один оборот ротора. Графическим интегрированием эту площадь можно выразить зависимостью ее от диаметра D вращения лопастей. Если умножить эту площадь на длину L лопасти, на количество лопастей К в роторе и на число оборотов n ротора в секунду, то определится объем V воздуха, выбрасываемый ротором за секунду. По результатам графического интегрирования J=1,5 D², тогда при L=1,5D и К=4×2, V=4,5D³n.5, the dotted line indicates the area J, determined by the movement of one blade per cycle, that is, one revolution of the rotor. Graphic integration of this area can be expressed by its dependence on the diameter D of the rotation of the blades. If we multiply this area by the length L of the blade, by the number of blades K in the rotor and by the number of revolutions n of the rotor per second, then the volume V of air emitted by the rotor per second is determined. According to the results of graphical integration, J = 1.5 D ² , then at L = 1.5 D and K = 4 × 2, V = 4.5 D ³ n.

Как известно, тяга определяется скоростью выброса воздуха и его массой ("…это произведение веса воздуха, который проходит через площадь вращения винта за одну секунду, на скорость струи за винтом, деленное на ускорение силы тяжести" академик В.Пыщнов, статья "На воздушной подушке"). Очевидно,, что "секундный вес воздуха" "СЕРВИДа-М" значительно больше, чем у известных аэродвижителей, то есть так же больше и его тяга. Итак, при усредненной окружной скорости центров тяги лопастей v=0,65πDn=2Dn, тяга, создаваемая двухсекционным роторным вихредвижителем при массовой плотности воздуха 0,125, равна:As you know, thrust is determined by the rate of air release and its mass ("... this is the product of the weight of air that passes through the rotational area of the propeller in one second and the speed of the jet per propeller divided by the acceleration of gravity" academician V. Pyshnov, article "On air pillow "). Obviously, the "second weight of air" of the SERVIDA-M is much larger than that of the well-known air engines, that is, its thrust is also greater. So, with the averaged peripheral speed of the centers of thrust of the blades v = 0.65πDn = 2Dn, the thrust created by a two-section rotary eddy-propulsion device with an air mass density of 0.125 is

Y=ρVv=0,125×4,5D³n×2Dn=1,125 D³n².Y = ρVv = 0.125 × 4.5D ³ n × 2Dn = 1.125 D ³ n ² .

Необходимая при этом мощность двигателя определяется по известной формуле N=Y v/η.The required engine power is determined by the well-known formula N = Y v / η.

Роторный вихредвижитедь может быть применен на любом транспортном средстве (аэросани, аэролодка и т.п.). В качестве примера, на фиг.6 изображен "летающий мотороллер". Здесь два "СЕРВИДа-М", соединенные общим валом, установлены по бортам. Достаточно мощный двигатель (95 кВт) установлен на раму мотороллера и через передачу соединен с бортовыми роторными вихредвижителями. В выключенном положении вихредвижители своим весом опущены в положение, показанное на фиг.6 пунктиром. При включении двигателя на начальных оборотах развивается некоторая тяга, которая достаточна для движения мотороллера. Если пилот притормаживает мотороллер и добавляет обороты двигателя, возросшее сопротивление движению заставляет рамы с вихредвижителями перейти в горизонтальное положение, развивается тяга, превышающая вес пилота с мотороллером, и следует вертикальный подъем. Далее, изменением положения тела, пилот приводит в несовпадение центр тяги и центр масс, в результате чего мотороллер перемещается в нужном направлении. Для удобства на колонку руля мотороллера установлен щит, поэтому при повороте руля встречный поток, набегая на щит, поворачивает машину. Используя вышеприведенные формулы, можно определить, что для "летающего мотороллера", изображенного на фиг.6, Y=207 кг, а N=93 кВт.Rotary whirling can be used on any vehicle (snowmobile, aero boat, etc.). As an example, figure 6 shows a "flying scooter." Here two "SERVIDA-M", connected by a common shaft, are installed on the sides. A sufficiently powerful engine (95 kW) is mounted on the frame of the scooter and is connected via a transmission to the onboard rotary eddy-drives. In the off position, the eddies with their weight are lowered to the position shown in Fig. 6 by a dotted line. When you turn on the engine at initial speeds, some traction develops, which is sufficient for the movement of the scooter. If the pilot slows down the scooter and adds engine speed, the increased resistance to movement causes the frames with eddy drives to move to a horizontal position, thrust that exceeds the weight of the pilot with the scooter develops, and a vertical rise follows. Further, by changing the position of the body, the pilot mismatches the center of thrust and the center of mass, as a result of which the scooter moves in the right direction. For convenience, a shield is installed on the steering column of the scooter, so when you turn the steering wheel, the oncoming stream, running onto the shield, turns the car. Using the above formulas, it can be determined that for the "flying scooter" shown in Fig.6, Y = 207 kg, and N = 93 kW.

Роторный вихредвижитель "СЕРВИД-М" при необходимости можно использовать и как мощный широко поточный вентилятор.If necessary, the SERVID-M rotary swirl mover can also be used as a powerful wide-flow fan.

Claims

1. A rotary swirl mover comprising a frame with uprights, in the bearings of which is placed the main shaft connected to the engine with the rotor mounted on it in the form of supporting and driving disks with blades and a phase rotation distributor, characterized in that the blades are made with a one-sided working surface, and the spar tubes of the blades on the side of the distributor are connected to sector gears, the teeth of which are meshed with the teeth of the rods of the connecting rods pivotally mounted on a rocker, which is eccentrically mounted on the bearing twice th sleeve and is connected to the drive disk by fingers through holes in the rocking wall, and the diameters of these holes are larger than the diameters of the fingers by the amount of double eccentricity of the double sleeve.

2. The rotary whirlpool according to claim 1, characterized in that the center of mass of the blades coincides with the axes of rotation.

3. The rotary swirl device according to claim 1, characterized in that the drive disk is hollow, and a distributor mechanism is placed inside it.

4. The rotary swivel according to claim 1, characterized in that the axis of the sector gears are offset relative to the axis of rotation of the blades.

5. The rotary swivel according to claim 1, characterized in that the engine is connected to the main shaft via a bevel gear, and the axis of the bevel gear pinion is the axis of rotation of the frame.