RU2452661C2 - Active valve grid - Google Patents
Active valve grid Download PDFInfo
- Publication number
- RU2452661C2 RU2452661C2 RU2010107427/11A RU2010107427A RU2452661C2 RU 2452661 C2 RU2452661 C2 RU 2452661C2 RU 2010107427/11 A RU2010107427/11 A RU 2010107427/11A RU 2010107427 A RU2010107427 A RU 2010107427A RU 2452661 C2 RU2452661 C2 RU 2452661C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frame
- openings
- drive
- carcass
- actuators
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C11/00—Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
- B64C11/16—Blades
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Fluid-Pressure Circuits (AREA)
- Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
- Air-Flow Control Members (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к движителям, предназначенным для создания силы тяги в текучих средах.The invention relates to propulsors designed to create traction in fluids.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
Средства, предназначенные для движения, посредством отталкивания от текучей среды хорошо известны, к их числу относятся, в частности, воздушный винт, водяной винт, гребная лопасть, гребное колесо, маховое крыло и весла.The means for moving by repulsion from the fluid are well known, in particular, a propeller, a water screw, a propeller blade, a paddle wheel, a wing wing and oars.
Из уровня техники известен движитель, представляющий собой клапанную решетку, обладающий: решетчатым каркасом, способным совершать возвратно-поступательные (колебательные) движения перпендикулярно своей поверхности за счет собственного привода (двигатель (7), ресивером, муфтой сцепления, кривошипом (8) и пневмодвигателем); клапанами (4), расположенными в проемах решетчатого каркаса (2), способными одновременно открывать и закрывать проемы решетчатого каркаса, изменяя его площадь наибольшего поперечного сечения; вырабатывает движущую силу за счет сил реакции среды в процессе собственных управляемых перемещений и трансформаций, с последующей передачей этой силы объекту движения посредством собственного корпуса (RU 60479 U1, В64С 33/00, 27.01.2007, описание стр.3, строки 5-23, фиг.1-4, 5 с.).From the prior art, a propulsion device is known, which is a valve grill having: a lattice frame capable of reciprocating (oscillating) movements perpendicular to its surface due to its own drive (engine (7), receiver, clutch, crank (8) and air motor) ; valves (4) located in the openings of the lattice frame (2), capable of simultaneously opening and closing the openings of the lattice frame, changing its largest cross-sectional area; generates a driving force due to the reaction forces of the medium in the process of its own controlled movements and transformations, with the subsequent transfer of this force to the object of movement through its own body (RU 60479 U1, B64C 33/00, 01/27/2007,
Заявленное изобретение отличается от известного тем, что клапаны выполнены активными, за счет собственного привода, содержащего собственный источник механической энергии. Активные клапаны способны одновременно открывать и закрывать проемы каркаса. Также заявленное изобретение отличается наличием системы управления, которая позволяет организовать согласованную поочередную работу приводов решетчатого каркаса и приводов активных клапанов и позволяет регулировать величину и направление силы тяги, вырабатываемой активной клапанной решеткой. Наиболее близким аналогом активной клапанной решетки является махолет. Махолет состоит из двух крыльев, расположенных зеркально на одной базовой оси и закрепленных шарнирно, имеющих внешний каркас, соединенный шатунами с приводом, состоящим из кривошипа и коромыслового механизма. Площадь крыла внутри каркаса состоит из сегментов, каждый сегмент имеет по своему центру ось, закрепленную концами к каркасу крыла в лобовой и хвостовой его частях с возможностью поворачиваться на этих концах оси вместе с сегментом, причем концы осей всех сегментов крыла в лобовой части каркаса объединены между собой с помощью рычагов-шарниров, которые связаны с механизмом, состоящим из шатунов, кривошипа и коромыслового механизма таким образом, что при движении крыльев вверх все сегменты крыльев поворачиваются на угол 90° относительно плоскости крыльев, пропуская воздушную массу (воздушный поток) в образовавшиеся щели, а при движении крыльев вниз все сегменты крыльев поворачиваются в исходное положение, плотно прилегая друг к другу частью сегмента, и составляют площадь крыльев для захвата воздушной массы.The claimed invention differs from the known one in that the valves are made active due to their own drive containing its own source of mechanical energy. Active valves are capable of simultaneously opening and closing frame openings. Also, the claimed invention is characterized by the presence of a control system that allows you to organize coordinated alternate work of the lattice frame drives and actuators of active valves and allows you to adjust the magnitude and direction of the traction force generated by the active valve grill. The closest analogue to the active valve grille is the machete. The makholet consists of two wings, mirror-mounted on one basic axis and pivotally mounted, having an external frame connected by connecting rods to a drive consisting of a crank and a rocker mechanism. The area of the wing inside the skeleton consists of segments, each segment has an axis in its center, fixed with its ends to the wing skeleton in the frontal and tail parts with the ability to rotate at these ends of the axis together with the segment, the ends of the axes of all wing segments in the frontal part of the skeleton being combined with the help of levers-hinges, which are connected with the mechanism consisting of connecting rods, crank and rocker mechanism in such a way that when the wings move upwards, all segments of the wings rotate through an angle of 90 ° relative to oskosti wings flowing air mass (air flow) formed in the slit, and the motion of the wings down all the segments of the wings are rotated to the starting position, tightly adhering to each other to the segment, and constitute an area for gripping the wings of the air mass.
Махолет работает следующим образом. Начальное состояние МЛА - горизонтально расположенные крылья 1. Сегменты 7 плотно прилегают друг к другу краями 12. При вращении кривошипы 5 посредством шатунов 4 сообщают связанным с ними крыльям 1 основное маховое движение вниз, захватывая воздушную массу всей площадью крыльев 1 до прихода кривошипа 5 в нижнюю точку. После перехода этой точки шатуны 4 начинают поднимать крылья 1 вверх с одновременным поворотом вертикального рычага 11, шарниров 10, которые воздействуют на горизонтальные рычаги 9, а через них на сегменты 7, поворачивая их на угол 90° относительно плоскости крыльев 1, открывая пространства (щели) для прохода воздуха через крылья 1, уменьшая тем самым сопротивление крыльев 1 воздушному потоку. В верхней точке кривошипа 5, когда шатуны 4 начинают опускать крылья 1 вниз, поворачиваются рычаги 9 и 11, шарниры 10, а с ними возвращаются в исходное состояние и сегменты 7, поворачивая их на осях 8, которые плотно прилегают друг к другу краями 12 и составляют площадь крыльев 1 для захвата воздуха, создавая подъемную силу для полета (Источник информации: патент RU 2369526 С1, описание стр.4-5, фиг 1-3).Makholet works as follows. The initial state of the MLA is horizontally located
Привод, энергосиловое устройство, приводящее в движение машину или механизм.A drive, an energy power device that drives a machine or mechanism.
Привод состоит из источника энергии, передаточного механизма и аппаратуры управления. Источником энергии служит двигатель или устройство, отдающее заранее накопленную механическую энергию (БСЭ).The drive consists of an energy source, a transmission mechanism and control equipment. The source of energy is an engine or device that delivers pre-accumulated mechanical energy (TSB).
Механизм, система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел. Твердое тело, входящее в состав механизма, называется звеном. Соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение, называется кинематической парой (БСЭ).A mechanism, a system of bodies, designed to convert the movement of one or more bodies into the required movements of other bodies. A solid body that is part of a mechanism is called a link. The connection of two contacting links, allowing their relative movement, is called a kinematic pair (TSB).
Из определения привода следует, что для отдельного привода необходимы: отдельный источник энергии; отдельный механизм преобразования энергии движения; и блок управления.From the definition of the drive it follows that for a separate drive you need: a separate source of energy; separate mechanism for converting motion energy; and control unit.
Как следует из описания махолета, энергия вращения подается на ось кривошипов 5. А сам кривошип 5, шатуны 4, крылья 1, вертикальные рычаги 11, шарниры 10, горизонтальные рычаги 9, оси 8 и сегменты 7, являются звеньями и составляют кинематические пары, входящие в состав единого механизма преобразования энергии вращения, первой степени свободы, когда положение одного звена механизма строго определяет положение всех других звеньев. Причем, одна часть этого механизма предназначена для преобразования энергии вращения, которое подводится к кривошипу 5, в махательное движение крыльев 1, а другая его часть преобразовывает эту же энергию во вращательное движение осей 8 сегментов 7.As follows from the description of the mahogany, the rotational energy is supplied to the axis of the
В отличие от махолета активная клапанная решетка имеет отдельные источники механической энергии: 1) для перемещения решетчатого каркаса; 2) для клапанов, которые открывают и закрывают проемы решетчатого каркаса. Благодаря этому осуществляется поочередная работа привода решетчатого каркаса и привода активных клапанов.In contrast to the mahogany, the active valve grill has separate sources of mechanical energy: 1) for moving the lattice frame; 2) for valves that open and close the openings of the lattice frame. Due to this, alternate work of the drive of the trellised frame and the drive of active valves is carried out.
У махолета имеется строгая зависимость движения сегментов крыла от направления движения самого крыла. При движении крыла вверх сегменты открывают проемы крыла, при движении крыла вниз сегменты закрывают проемы. Складывается ситуация, когда при движении крыльев сегменты занимают промежуточное положение относительно полного открытия или полного закрытия проемов крыльев. Что снижает эффективность вырабатывания подъемной силы при движении крыла вниз и увеличивает величину сопротивления движению крыла вверх. У активной клапанной решетки такой зависимости нет. Процесс открытия или закрытия проемов решетчатого каркаса не совпадает по времени с процессом перемещения решетчатого каркаса. Сначала происходит процесс открытия или закрытия проемов решетчатого каркаса и только затем происходит перемещение самого решетчатого каркаса. Поэтому при движении решетчатого каркаса, когда его проемы полностью закрыты, он максимально эффективно вырабатывает движущую силу, а когда проемы каркаса оказываются полностью открытыми, он испытывает минимальное сопротивление своему движению, что так же оказывает высокую эффективность.The mahogany has a strict dependence of the movement of the wing segments on the direction of movement of the wing itself. When the wing moves up, the segments open the wing openings, while moving the wing down, the segments close the openings. There is a situation when, when the wings move, the segments occupy an intermediate position relative to the complete opening or complete closure of the wing openings. This reduces the efficiency of generating lift when the wing moves down and increases the resistance to wing movement up. The active valve grille has no such dependence. The process of opening or closing the openings of the trellis frame does not coincide in time with the process of moving the trellis frame. First, the process of opening or closing the openings of the trellis frame occurs, and only then does the trellis frame itself move. Therefore, when the lattice frame moves, when its openings are completely closed, it generates the driving force as efficiently as possible, and when the frame openings are completely open, it experiences minimal resistance to its movement, which also has high efficiency.
Активная клапанная решетка способна инвертировать направление вырабатываемой силы тяги. В зависимости от того происходит открытие или закрытие проемов решетчатого каркаса перед его движением в ту или иную сторону, меняется и направление вырабатываемой силы тяги. Это достигается благодаря блоку управления, который изменяет моменты открытия и закрытия проемов на противоположные. Махолет не обладает способностью инвертировать вырабатываемую силу тяги.The active valve grille is capable of inverting the direction of the generated traction force. Depending on whether the openings of the lattice frame open or close before it moves in one direction or another, the direction of the generated thrust force also changes. This is achieved thanks to the control unit, which changes the opening and closing moments of the openings to the opposite. Makholet does not have the ability to invert the generated traction force.
Благодаря отдельным приводам с источниками механической энергии, а так же применению множества исполнительных устройств - актуаторов, активная клапанная решетка имеет больший запас прочности (надежности) относительно махолета. Даже с одновременным выходом из строя нескольких исполнительных устройств не приведет к трагическим последствиям, а только повлияет на мощность вырабатываемой силы тяги.Thanks to separate drives with sources of mechanical energy, as well as the use of many actuators - actuators, the active valve grille has a greater margin of safety (reliability) relative to the fringe. Even with the simultaneous failure of several actuators, it will not lead to tragic consequences, but will only affect the power of the generated traction force.
ПОДРОБНОЕ РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DISCLOSURE OF THE INVENTION
Для определенности терминам и выражениям, используемым в настоящем тексте, придают следующее значение и объем.For definiteness, the terms and expressions used in this text are given the following meaning and scope.
Клапана (заслонки, створки) - активные управляемые элементы, открывающие/закрывающие просветы на пути потока текучей среды.Valves (dampers, sashes) - active controlled elements that open / close gaps in the path of fluid flow.
Решетчатый каркас (рамка, каркас) - несущая конструкция, снабженная проемами, имеющая небольшое сопротивление текучей среде (с большим проходным сечением проемов).The lattice frame (frame, frame) is a supporting structure equipped with openings, having little resistance to the fluid (with a large passage section of the openings).
Привод (актуатор) - устройство, приводящее в движение активные клапаны или решетчатый каркас за счет собственного источника механической энергии или благодаря своим физико-химическим свойствам.A drive (actuator) is a device that drives active valves or a lattice frame due to its own source of mechanical energy or due to its physicochemical properties.
Остальные термины и выражения используются в значении, которое известно специалистам в данной области.The remaining terms and expressions are used in the meaning that is known to specialists in this field.
Задача настоящего изобретения состоит в создании движителя, в котором гидравлическое сопротивление активной клапанной решетки может управляемо изменяться в зависимости от направления ее движения.An object of the present invention is to provide a propulsion device in which the hydraulic resistance of an active valve grill can be controlled to vary depending on its direction of movement.
Поставленная задача решена благодаря тому, что в процессе согласованных колебаний решетчатого каркаса и работы клапанов возникают силы реакции среды, обеспечивающие ненулевой по величине вектор тяги движителя, а применение быстродействующих приводов для клапанов и решетчатого каркаса и их попеременная работа позволяют увеличить частоту колебаний каркаса и, следовательно, развиваемую движителем силу тяги. Использование принципа попеременной работы приводов клапанов и решетчатого каркаса обеспечивает максимальную эффективность при вырабатывании силы тяги. Возможность реверсировать вектор силы тяги за счет изменения моментов открытия и закрытия проемов решетчатого каркаса на противоположные позволяет активной клапанной решетке выполнять функцию торможения. Активная клапанная решетка способна вырабатывать силу тяги, располагаясь в любом направлении пространства, даже в направлении действия силы тяжести.The problem is solved due to the fact that in the process of coordinated oscillations of the lattice cage and the operation of the valves, the reaction forces of the medium arise, which provide a non-zero thrust vector of the propulsion device, and the use of high-speed actuators for valves and the lattice cage and their alternating work allow to increase the frequency of oscillations of the cage and, therefore developed by the propulsion force of traction. Using the principle of alternating operation of valve actuators and lattice frame provides maximum efficiency in the development of traction. The ability to reverse the traction force vector by changing the opening and closing moments of the lattice frame openings to opposite allows the active valve grill to perform the braking function. The active valve grille is capable of generating traction force, located in any direction of space, even in the direction of gravity.
Ключевыми признаками активной клапанной решетки (для краткости - «движителя»), согласно изобретению, являются:The key features of an active valve grille (for brevity, “mover”), according to the invention, are:
(а) наличие решетчатого каркаса, имеющего проемы для текучей среды;(a) the presence of a lattice frame having openings for the fluid;
(б) наличие активных (с собственным приводом), управляемых клапанов, способных изменять величину проходного сечения упомянутых проемов;(b) the presence of active (with its own actuator), controlled valves capable of changing the passage size of the said openings;
(в) наличие привода упомянутого решетчатого каркаса, принуждающего его совершать периодические (в частности, возвратно-поступательные или колебательные) движения;(c) the presence of the drive of the said lattice frame, forcing it to perform periodic (in particular, reciprocating or oscillatory) movements;
(г) наличие системы управления, в которую входят: подконтрольные объекты; датчики; блок приема, переработки, хранения информации и вырабатывания управляющих сигналов (блок управления); устройства усиления управляющих сигналов; исполнительные элементы (приводы). Система управления обеспечивает согласованную, попеременную работу привода клапанов с работой привода решетчатого каркаса.(d) the presence of a control system, which includes: controlled facilities; Sensors a unit for receiving, processing, storing information and generating control signals (control unit); amplifiers for control signals; executive elements (drives). The control system provides a consistent, alternating operation of the valve actuator with the operation of the trellised frame drive.
Движитель содержит: корпус, к которому закреплен привод решетчатого каркаса, заставляющий каркас совершать возвратно-поступательные (колебательные) движения; решетчатый каркас с проемами и установленными в них активными заслонками с собственным приводом; датчики положения и блок управления образуют систему управления приводами. Корпус движителя служит для соединения его с объектом, приводимым в движение, и передачи ему силы тяги. Заслонки открывают и закрывают проемы каркаса посредством собственного привода или за счет своих физико-химических свойств. Работа заслонок синхронизирована таким образом, чтобы открытие или закрытие всех проемов каркаса происходило одновременно. Когда заслонки открывают проемы каркаса, текучая среда может сравнительно беспрепятственно проходить сквозь него (каркас). При открытых проемах каркас имеет малую площадь наибольшего поперечного сечения и при движении в среде испытывает незначительное сопротивление. Когда проемы каркаса закрыты, он оказывается непроницаемым для текучей среды. В этот момент каркас имеет минимально возможную для своей конструкции площадь проходного сечения и при движении в среде испытывает наиболее сильное сопротивление. Таким образом, открывая и закрывая проемы каркаса, заслонки изменяют площадь проходного сечения и коэффициент его (каркаса) лобового сопротивления.The mover contains: a housing to which the drive of the trellised frame is fixed, forcing the frame to make reciprocating (oscillatory) movements; lattice frame with openings and active shutters installed in them with their own drive; position sensors and a control unit form a drive control system. The housing of the mover serves to connect it to the object, driven into motion, and transfer to it traction. The dampers open and close the frame openings by means of their own drive or due to their physicochemical properties. The operation of the dampers is synchronized so that the opening or closing of all openings of the frame occurs simultaneously. When the shutters open the carcass apertures, the fluid can pass through it relatively freely (carcass). With open apertures, the frame has a small area of the largest cross section and, when moving in a medium, experiences little resistance. When the frame openings are closed, it is impervious to the fluid. At this moment, the frame has the minimum cross-sectional area, which is the minimum possible for its construction, and when it moves in a medium it experiences the strongest resistance. Thus, opening and closing the openings of the frame, the flaps change the area of the bore and its coefficient (frame) of drag.
Совершая движения в одном направлении, каркас имеет максимально возможную, а при движении в обратном направлении, - минимально возможную площадь проходного сечения. Движитель снабжен системой управления, при помощи которой осуществляется согласованная, поочередная работа привода заслонок и привода каркаса. В систему управления входят:Making movements in one direction, the frame has the maximum possible, and when moving in the opposite direction, the minimum possible area of the passage section. The mover is equipped with a control system by means of which a coordinated, alternate operation of the damper drive and the frame drive is carried out. The management system includes:
а) подконтрольные объекты (заслонки, решетчатый каркас).a) controlled objects (shutters, lattice frame).
б) датчики для сбора информации о работе (положении) подконтрольных объектов. В зависимости от вида контролируемой величины в датчиках могут применяться различные чувствительные элементы.b) sensors for collecting information about the work (position) of controlled objects. Depending on the type of quantity being monitored, various sensors can be used in the sensors.
в) блок управления, который предназначен для приема всех информационных сигналов, их хранения и переработки, и в зависимости от совокупности поступающей информации вырабатывания управляющих сигналов для исполнительных устройств.c) a control unit that is designed to receive all information signals, store and process them, and depending on the totality of the incoming information, generate control signals for actuators.
г) усилители управляющих сигналов. Применяются для передачи сигналов от блока управления исполнительным устройствам с использованием посторонних источников энергии.d) amplifiers of control signals. They are used to transmit signals from the control unit to actuators using extraneous energy sources.
д) исполнительные устройства (приводы, актуаторы) - устройства, изменяющие положение подконтрольных объектов благодаря собственным источникам механической энергии или за счет своих (физико-химическим свойств.e) executive devices (drives, actuators) - devices that change the position of controlled objects due to their own sources of mechanical energy or due to their (physicochemical properties).
Благодаря системе управления и наличию отдельных приводов для самого каркаса и активных клапанов, осуществляется поочередная работа этих приводов, максимально увеличивая эффективность при вырабатывании силы тяги. Таким образом, каркас, совершая периодические (возвратно-поступательные или колебательные) движения, испытывает действие сил реакции среды, различных по величине и направлению, равнодействующая которых, усредненная по времени, оказывается направленной в одном из двух направлений в зависимости от того, как именно согласованы моменты срабатывания клапанов с направлением движения каркаса.Thanks to the control system and the presence of separate actuators for the frame itself and active valves, the alternate operation of these actuators is carried out, maximizing the efficiency when generating traction. Thus, the frame, performing periodic (reciprocating or oscillatory) movements, experiences the action of the reaction forces of the medium, different in magnitude and direction, the resultant of which, averaged over time, is directed in one of two directions, depending on how exactly moments of valve response with the direction of movement of the frame.
Движитель содержит управляемый, подвижный решетчатый каркас, в проемах которого расположены управляемые заслонки. Управляемые заслонки способны изменять величину проходного сечения проемов каркаса. Открывая и закрывая проемы каркаса, заслонки изменяют его пропускную способность в пределах от полной непроницаемости, до почти беспрепятственного прохождения текучей среды сквозь него. Открывая и закрывая проемы в каркасе, заслонки изменяют площадь наибольшего поперечного сечения и коэффициент лобового сопротивления движителя. Система управления согласовывает попеременную работу приводов заслонок и каркаса. Движитель имеет корпус, посредством которого вырабатываемая каркасом сила тяги передается объекту, приводимому в движение.The mover contains a controlled, movable lattice frame, in the openings of which are controlled shutters. Controlled flaps are able to change the size of the passage section of the frame openings. Opening and closing the frame openings, the flaps change its throughput ranging from complete impermeability to almost unhindered passage of fluid through it. Opening and closing the openings in the frame, the flaps change the area of the largest cross section and the drag coefficient of the propulsion. The control system coordinates the alternate operation of the damper and frame actuators. The mover has a housing by which the traction force generated by the frame is transmitted to the propelled object.
В частной форме выполнения в качестве приводов могут выступать линейные быстродействующие сервоприводы.In a particular embodiment, linear high-speed servos can act as drives.
В одной частной форме выполнения к качестве приводов могут выступать устройства, выполненные с возможностью преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.In one particular embodiment, devices capable of converting rotational motion to reciprocating can act as drives.
В еще одной частной форме выполнения в качестве приводов могут выступать кривошипно-шатунный механизм, кулачковый механизм или вибрационный привод.In yet another particular embodiment, the crankshaft mechanism, the cam mechanism or the vibratory drive can act as drives.
В другой частной форме реализации приводы могут быть выполнены на основе электродвигателей.In another particular form of implementation, the actuators can be made on the basis of electric motors.
В частной форме реализации приводы могут быть выполнены на основе углеродных нанотрубок.In a private form of implementation, the drives can be made on the basis of carbon nanotubes.
В одной частной форме выполнения приводы могут быть выполнены на основе биморфных пластин.In one particular embodiment, the actuators can be made on the basis of bimorph plates.
В одной частной форме выполнения приводы могут быть выполнены на основе пьезоэлементов.In one particular embodiment, the actuators can be made based on piezoelectric elements.
Движитель найдет широкое применение при производстве транспортных средств наземного, воздушного, водного, подводного и смешанного классов.The mover will be widely used in the manufacture of vehicles of land, air, water, underwater and mixed classes.
Сущность вышеописанного изобретения наглядно иллюстрируется фигурами чертежей 1-10 на примере конкретных форм воплощения.The essence of the above invention is clearly illustrated by the figures of drawings 1-10 on the example of specific forms of embodiment.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
На фиг.1 и 2 изображен каркас 1 с заслонками 2, выполненными на основе биморфного привода.Figures 1 and 2 show a
На фиг.1 движитель изображен на этапе рабочего цикла, когда биморфные пластины 2 плотно прижаты к стенке каркаса 1.In Fig. 1, the mover is depicted at the stage of the working cycle, when the
На фиг.2 движитель изображен на этапе рабочего цикла, когда биморфные пластины 2 под воздействием электрического напряжения изгибаются, закрывая проемы в каркасе 1.In Fig.2, the mover is shown at the stage of the working cycle, when the
На фиг.3 и 4 изображен каркас 1, у которого заслонками служат пластины 3, выполненные с возможностью поворота в его проемах.Figure 3 and 4 shows the
На фиг.3 движитель изображен на этапе рабочего цикла, когда пластины 3 не закрывают проемы каркаса 1.In Fig. 3, the mover is shown at the stage of the working cycle when the
На фиг.4 движитель изображен на этапе рабочего цикла, когда заслонки 3 закрывают проемы каркаса 1.In Fig. 4, the mover is shown at the stage of the working cycle, when the
На фиг.5 и 6 изображен каркас с заслонками, выполненными на основе углеродных нанотрубок 4.Figures 5 and 6 show a frame with shutters made on the basis of
На фиг.5 движитель изображен на этапе рабочего цикла, когда активный элемент 4 имеет минимальный размер и не закрывает проемы каркаса 1.In Fig. 5, the mover is depicted at the stage of the working cycle, when the
На фиг.6 движитель изображен на этапе рабочего цикла, когда заслонки на основе углеродных нанотрубок 4 имеют максимальную ширину и закрывают проемы каркаса 1.In Fig.6, the mover is shown at the stage of the working cycle, when the shutters based on
На фиг.7 и 8 изображена одна из частных форм воплощения изобретения. Позицией 1 обозначен решетчатый каркас, а позициями 4а и 4в обозначен его привод. Привод 4а и 4в выполнен на основе углеродных нанотрубок. Позицией 6 обозначен корпус движителя. Позицией 7 обозначен блок управления, с датчиком положения 8 каркаса, и датчиком положения 9 заслонок. Стрелками «А» и «В» показаны направления перемещения каркаса 1.7 and 8 depict one of the private forms of embodiment of the invention.
Фиг.9 изображает движитель, когда проемы каркаса 1 открыты.Fig.9 depicts a propulsion device when the openings of the
Фиг.10 изображает движитель, когда проемы каркаса 1 закрыты. Позицией 6 обозначен корпус движителя.Figure 10 depicts a mover when the openings of the
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Нижеследующие примеры даются только для иллюстрации общей концепции изобретения. Ничто в настоящем разделе описания не должно быть истолковано как ограничение объема притязаний.The following examples are given only to illustrate the general concept of the invention. Nothing in this section of the description should be construed as limiting the scope of the claims.
В одной из частных форм воплощения движителя в качестве заслонок используются пластины 5; как показано на фиг.7 и 8. Поворачиваясь, эти пластины открывают или закрывают (фиг.7 и 8, соответственно) проемы каркаса 1. В момент, когда пластины открывают проемы каркаса 1 (см. фиг.7), текучая среда может беспрепятственно проходить через него. В этот момент (см. фиг.9) каркас 1 имеет максимально возможную площадь проходного сечения. В момент (см. фиг.8), когда пластины 5 закрывают проемы каркаса 1, последний становится практически непроницаемым для текучей среды. В этот момент каркас 1 (см. фиг.10) имеет минимально возможную для своей конструкции площадь проходного сечения.In one particular embodiment of the propulsion device,
Поворот пластин в решетчатом каркасе 1 осуществляется электродвигателями (не показаны). Приводом каркаса 1, придающим ему колебательные движения, служат массивы углеродных нанотрубок, заключенных в эластичную оболочку 4а и 4в. Когда массивы 4а под воздействием управляющего напряжения приобретают свой максимальный объем, а массивы 4в свой минимальный объем, тогда каркас 1 находится в крайнем нижнем положении (см. фиг.7). В этот момент датчик 8 каркаса подает сигнал на блок управления о крайнем нижнем положении каркаса и блок управления 7 вырабатывает сигнал управления заслонками, заставляющий их открыть проемы каркаса 1. После того как проемы каркаса 1 окажутся открытыми, сработает датчик 9 заслонок и блок управления 7 подает управляющие сигналы на привод каркаса 1 и тогда элементы привода 4в увеличиваются в объеме, а элементы 4а - уменьшаются. Вследствие этого, каркас 1 перемещается в направлении, указанном стрелкой «А», пока не достигнет своего крайнего верхнего (по схеме) положения. В процессе перемещения каркаса в направлении «А» его проемы оказываются открытыми, и текучая среда практически беспрепятственно проходит сквозь него. В этот момент каркас 1 имеет максимально возможную площадь проходного сечения и при движении в среде испытывает незначительное сопротивление. Когда каркас 1 (см. фиг.8) достигнет своего крайнего верхнего (по схеме) положения, сработает датчик 8 и подаст информационный сигнал блоку управления о крайнем верхнем положении каркаса 1. Тогда блок управления 7 начинает вырабатывать управляющие сигналы для заслонок 5, заставляя их закрыть проемы каркаса 1. После того как заслонки закроют проемы, сработает датчик 9 и блок управления начнет вырабатывать управляющие сигналы для привода каркаса 1. В этом случае элементы привода 4а увеличиваются в объеме, а элементы 4в уменьшаются, заставляя каркас 1 перемещаться в направлении, указанном стрелкой «В». Когда заслонки 5 закрывают проемы каркаса, он становится практически непроницаем для текучей среды. В этот момент каркас 1 имеет минимально возможную для своей конструкции площадь проходного сечения и при движении в текучей среде испытывает сильное сопротивление. Таким образом, открывая и закрывая проемы каркаса 1, заслонки изменяют площадь проходного сечения и коэффициент его (каркаса) лобового сопротивления. Совершая движения в одном направлении, каркас 1 имеет максимально возможное, а при движении в обратном направлении, - минимально возможное проходное сечение. Совершая возвратно-поступательные (колебательные) движения, каркас 1 испытывает действие сил реакции текучей среды, различных по величине и направлению. Усредненная по времени равнодействующая сил, действующих на каркас 1, оказывается направленной только в одну сторону, что и приводит к возникновению направленной силы тяги. Посредством привода каркаса сила тяги через корпус 6 передается объекту, приводимому в движение. При построении движителей на основе вышеописанной активной клапанной решетки, для повышения эффективности работы и уменьшения массы корпуса движителя, целесообразно использовать четное количество решетчатых каркасов, когда одна половина каркасов перемещается в одном направлении, а другая - в противоположном. Две одинаковых по массе группы каркасов, в противофазе колеблющихся относительно центра масс, поочередно вырабатывают движущую силу и через общий корпус передают ее объекту, приводимому в движение.The rotation of the plates in the
В качестве заслонок, закрывающих и открывающих проемы каркаса, а также, в качестве приводов каркаса, обуславливающих его периодическое движение, могут служить биморфные пластины. Широкое применение в промышленности нашли биморфные пластины из пьезокерамики. Биморф состоит их двух тонких склеенных между собой пьезокерамических пластин с прокладкой между ними или без нее. Чаще всего толщина пластин составляет 0,3÷0,5 мм, длина 4÷60 мм, однако возможно изготовление биморфа любой геометрии. Пьезокерамические биморфные пластины обеспечивают перемещение до 5 мм и способны развивать усилие до 5 Н.As shutters, closing and opening the openings of the frame, as well as, as the drives of the frame, causing its periodic movement, bimorph plates can serve. Bimorph plates made of piezoceramics are widely used in industry. Bimorph consists of two thin piezoceramic plates glued together with a gasket between them or without it. Most often, the thickness of the plates is 0.3 ÷ 0.5 mm, the length is 4 ÷ 60 mm, but it is possible to produce a bimorph of any geometry. Piezoceramic bimorph plates provide movement up to 5 mm and are capable of developing a force of up to 5 N.
В настоящее время ведутся разработки по изготовлению биморфных пластин на основе макроволокон из нанотрубок с вакуумным отжигом. Указанные биморфные пластины превзошли свойства биморфных пластин на основе bucky-бумаги, которые развивали усилия в 0,75 МПа при смещении конца пластины в несколько миллиметров. Также в качестве заслонок и приводов решетчатого каркаса может служить новый материал, построенный из пучков углеродных нанотрубок. Если приложить электрическое напряжение к такому материалу, оно создает одноименный заряд на нанотрубках, заставляя их взаимно отталкиваться. Изменяя полярность, нанотрубки притягиваются друг к другу. Материал обратимо расширяется, увеличиваясь в размерах втрое, и сжимается в таких же объемах. На сегодняшний день привод из нанотрубок способен расширяться и сокращаться с частотой 1 кГц. Также, в качестве заслонок могут выступать пластины из легких и прочных материалов. Поворот пластин в проемах каркаса 1 могут обеспечивать электродвигатели или наномускулы. Широкое распространение в моделировании техники получили бесколлекторные электродвигатели фирмы Xcelorin. Двигатели Xcelorin способны развивать обороты до 10250 об/Вольт. Наномускул от NanoMuscle изменял длину на 12÷13% с усилием в 4000 раз большим, чем человеческие мышцы и со скоростью 0,1 секунды.Currently, developments are underway on the manufacture of bimorph plates based on nanofibre nanofubes with vacuum annealing. These bimorph plates exceeded the properties of bucky paper-based bimorph plates, which developed forces of 0.75 MPa with a displacement of the end of the plate by several millimeters. Also, a new material constructed from bundles of carbon nanotubes can serve as shutters and drives of the lattice frame. If an electric voltage is applied to such a material, it creates a charge of the same name on nanotubes, causing them to mutually repel each other. By changing polarity, nanotubes are attracted to each other. The material reversibly expands, tripling in size, and contracts in the same volumes. To date, a nanotube drive is able to expand and contract with a frequency of 1 kHz. Also, plates made of light and durable materials can act as shutters. The rotation of the plates in the openings of the
При производстве движителя и таких его частей, как корпус, каркас, заслонки, целесообразно использовать легкие и прочные материалы, такие как: алюминиевые сплавы, стеклопластики, композитные наноматериалы и т.п. В данном случае, для изготовления заслонок можно использовать титан. В качестве привода решетчатого каркаса 1, для придания ему возвратно-поступательных (колебательных) движений, можно использовать линейные быстродействующие сервоприводы, кривошипно-шатунный механизм, кулачковый привод, вибрационный привод, и другие механизмы, подходящие для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное. Также, в качестве привода решетчатого каркаса 1, можно применять пьезоактюаторы, которые способны развивать усилие до сотен тысяч Ньютонов, осуществлять перемещение от микронов до миллиметров с частотой до тысяч Герц.In the manufacture of a mover and its parts such as the body, frame, shutters, it is advisable to use light and durable materials, such as: aluminum alloys, fiberglass, composite nanomaterials, etc. In this case, titanium can be used to make the dampers. As the drive of the
Должно быть понятно, что средний специалист может использовать отличительные особенности настоящего изобретения и внести эквивалентные замены с достижением поставленной технической задачи; такие замены включены в объем охраны согласно нижеприведенной формуле изобретения.It should be clear that the average specialist can use the distinguishing features of the present invention and make equivalent replacements to achieve the technical task; such substitutions are included in the scope of protection in accordance with the following claims.
Claims (1)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010107427/11A RU2452661C2 (en) | 2010-03-02 | 2010-03-02 | Active valve grid |
PCT/RU2011/000122 WO2011108962A1 (en) | 2010-03-02 | 2011-03-01 | Bladed propeller based on an active flap-valve assembly |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010107427/11A RU2452661C2 (en) | 2010-03-02 | 2010-03-02 | Active valve grid |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010107427A RU2010107427A (en) | 2011-09-10 |
RU2452661C2 true RU2452661C2 (en) | 2012-06-10 |
Family
ID=44542427
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010107427/11A RU2452661C2 (en) | 2010-03-02 | 2010-03-02 | Active valve grid |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2452661C2 (en) |
WO (1) | WO2011108962A1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1400375A (en) * | 1973-12-10 | 1975-07-16 | Bulut M T | Reciprocating wing |
FR2458458A1 (en) * | 1979-06-05 | 1981-01-02 | Radius Olivier | Man powered flapping wing aircraft - has cranks to drive wings fitted with flaps closing for down and opening for up movements |
RU2111703C1 (en) * | 1995-06-01 | 1998-05-27 | Рудольф Владимирович Александров | Ultrasound scanning transducer |
RU2266238C2 (en) * | 2002-11-27 | 2005-12-20 | Васильев Анатолий Степанович | Flapping-wing vehicle |
RU60479U1 (en) * | 2006-02-06 | 2007-01-27 | Александр Васильевич Сапрыкин | MACHOLET |
RU2369526C1 (en) * | 2008-04-22 | 2009-10-10 | Григорий Яковлевич Коновалов | Flywheel plane |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1707295A1 (en) * | 1989-12-18 | 1992-01-23 | Владимирский политехнический институт | Positioning air cylinder |
RU2218656C2 (en) * | 2002-01-25 | 2003-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Двигатели электронно управляемые" | Electric drive and its control process |
RU90630U1 (en) * | 2009-09-22 | 2010-01-10 | Межрегиональное общественное учреждение "Институт инженерной физики" | PIEZO ELECTRIC ENGINE |
-
2010
- 2010-03-02 RU RU2010107427/11A patent/RU2452661C2/en not_active IP Right Cessation
-
2011
- 2011-03-01 WO PCT/RU2011/000122 patent/WO2011108962A1/en active Application Filing
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1400375A (en) * | 1973-12-10 | 1975-07-16 | Bulut M T | Reciprocating wing |
FR2458458A1 (en) * | 1979-06-05 | 1981-01-02 | Radius Olivier | Man powered flapping wing aircraft - has cranks to drive wings fitted with flaps closing for down and opening for up movements |
RU2111703C1 (en) * | 1995-06-01 | 1998-05-27 | Рудольф Владимирович Александров | Ultrasound scanning transducer |
RU2266238C2 (en) * | 2002-11-27 | 2005-12-20 | Васильев Анатолий Степанович | Flapping-wing vehicle |
RU60479U1 (en) * | 2006-02-06 | 2007-01-27 | Александр Васильевич Сапрыкин | MACHOLET |
RU2369526C1 (en) * | 2008-04-22 | 2009-10-10 | Григорий Яковлевич Коновалов | Flywheel plane |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2011108962A1 (en) | 2011-09-09 |
RU2010107427A (en) | 2011-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101496251B1 (en) | Method of converting the kinetic energy of a fluid stream into electric power and apparatus for the same | |
DE102007035759B4 (en) | Flapping wing arrangement | |
Conn et al. | Design of a parallel crank-rocker flapping mechanism for insect-inspired micro air vehicles | |
JP2013502530A (en) | Wave power generation system | |
CN107867397B (en) | Linear ultrasonic motor driven miniature ornithopter | |
JP2013123988A (en) | Underwater propeller | |
EP3028943B1 (en) | Individual blade control utilizing pneumatic muscles | |
RU2452661C2 (en) | Active valve grid | |
Conn et al. | From natural flyers to the mechanical realization of a flapping wing micro air vehicle | |
JP6811978B2 (en) | Composite material with dilatant fluid | |
Ryan et al. | Classification of flapping wing mechanisms for micro air vehicles | |
DE102007035760B4 (en) | Flapping wing arrangement | |
WO2014028782A2 (en) | Improved sprague gear transmission | |
CN105539840A (en) | Scheme for simplifying structure of wing flapping machine | |
CN106081031A (en) | A kind of vibration and noise reducing marine propeller of blade tip vibration | |
Ryan | Design optimization and classification of compliant mechanisms for flapping wing micro air vehicles | |
US20220274698A1 (en) | Voice coil actuator direct-drive resonant system | |
KR101542877B1 (en) | Automatic flexural reciprocating device of oscillating tidal stream generators | |
DE202007018525U1 (en) | Flapping wing arrangement | |
Fujikawa et al. | Motion analysis of pitch rotation mechanism for posture control of butterfly-style flapping robot | |
Zhang et al. | Virtual-work-based optimization design on compliant transmission mechanism for flapping-wing aerial vehicles | |
Sueoka et al. | Design of anisotropic impulse motion based on snap-through buckling for fish-like swimming robot | |
JP6550569B2 (en) | Oscillating fluid power unit | |
KR20100098686A (en) | Translating chariot for fin propulsion | |
RU223205U1 (en) | PROPULSION FOR VESSEL |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200303 |