RU2726217C1 - Method to increase lifting force of copter with open propellers - Google Patents

Method to increase lifting force of copter with open propellers Download PDF

Info

Publication number
RU2726217C1
RU2726217C1 RU2019144262A RU2019144262A RU2726217C1 RU 2726217 C1 RU2726217 C1 RU 2726217C1 RU 2019144262 A RU2019144262 A RU 2019144262A RU 2019144262 A RU2019144262 A RU 2019144262A RU 2726217 C1 RU2726217 C1 RU 2726217C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
propellers
copter
aerodynamic
rotation
aerodynamic screen
Prior art date
Application number
RU2019144262A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Валентинович Синельников
Original Assignee
Олег Валентинович Синельников
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Олег Валентинович Синельников filed Critical Олег Валентинович Синельников
Priority to RU2019144262A priority Critical patent/RU2726217C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2726217C1 publication Critical patent/RU2726217C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/04Helicopters
    • B64C27/08Helicopters with two or more rotors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)

Abstract

FIELD: aviation.SUBSTANCE: invention relates to aircraft engineering, particularly, to methods for increasing lifting force of rotary-wing aircraft. Proposed method comprises fixing on copter an aerodynamic screen with holes for rotary propellers in proximity to said propellers in plane parallel to plane of rotation of copter propellers. During rotation of propellers above surface of aerodynamic screen air flows are created, directed to axis of rotation of propellers, which create region of low air pressure above upper surface of aerodynamic screen in compliance with Bernoulli's principle.EFFECT: creation of additional lifting force of vertical takeoff and landing open rotor copter.1 cl, 6 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретение: предлагаемый способ относится к коптерам - летательным аппаратам с вертикальным взлетом и посадкой.The technical field to which the invention relates: the proposed method relates to copters - aircraft with vertical take-off and landing.

Уровень техники:The prior art:

Известно устройство вертикального взлета и посадки (аналог) (US 2013/0062454 А1, 14.03.2013, В64С 29/00, описание абзацы [0025]-[0037], [0047]-[0048], фиг. 1-9, всего 21 с), в котором между конусами 20 и 30 продувается воздух при помощи мотора и пропеллера, что приводит к уменьшению давления между конусами, но не приводит к созданию дополнительной подъемной силы, тогда как заявляемый способ направлен на увеличение подъемной силы.A device for vertical take-off and landing (analogue) is known (US 2013/0062454 A1, 03/14/2013, B64C 29/00, description of paragraphs [0025] - [0037], [0047] - [0048], Fig. 1-9, total 21 c), in which air is blown between the cones 20 and 30 using a motor and a propeller, which leads to a decrease in pressure between the cones, but does not create additional lifting force, while the inventive method aims to increase the lifting force.

В известном прототипе предлагается в каждой конусной конструкции устанавливать двигатель с пропеллером, тогда как в заявляемом способе предлагается закреплять аэродинамический экран в плоскости параллельной плоскости вращения воздушных винтов с отверстиями для вращающихся воздушных винтов в непосредственной близости от этих винтов. Таким образом, в заявляемом способе предлагается закреплять на коптера единый аэродинамический экран, что, по мнению автора, в максимальной степени позволяет использовать эффект увеличения подъемной силы от его установки.In the known prototype, it is proposed to install an engine with a propeller in each conical structure, while in the claimed method it is proposed to fix the aerodynamic screen in a plane parallel to the plane of rotation of the propellers with holes for the rotating propellers in the immediate vicinity of these propellers. Thus, in the inventive method, it is proposed to fix a single aerodynamic screen to the copter, which, according to the author, maximizes the use of the effect of increasing the lifting force from its installation.

Известен самолет для вертикального взлета и посадки (аналог) (US 2016/0368600 А1, 22.12.2016, В64С 29/00, описание абзацы [0007]- [0010], [0111]-[0113], фиг. 2, всего 31 с, содержащий, по меньшей мере, одну первую часть крыла, обеспечивающую подъемную силу во время горизонтального полета; по меньшей мере одно отверстие крыла, расположенное на вертикальной оси по меньшей мере одной первой части крыла; и, по меньшей мере, один движитель на основе пропеллера, включающий в себя установленный на ободе винт, не имеющий центральной ступицы и расположенный внутри, по меньшей мере, одного отверстия крыла для обеспечения вертикальной тяги во время вертикального полета. Таким образом, в горизонтальном оперении летательного аппарата предлагается выполнять сквозные отверстия и в них устанавливать пропеллеры в плоскости горизонтального оперения летательного аппарата, причем горизонтально оперение летательного аппарата обеспечивает подъемную силу во время горизонтального полета, тогда как, в заявляемом способе аэродинамический экран не является крылом и не предназначен для обеспечения подъемной силы во время горизонтального полета. Назначение заявляемого аэродинамического экрана и способа его использования заключается в увеличении подъемной силы коптера, за счет пониженного воздушного давления в приграничном воздушном слое над верхней поверхностью заявляемого аэродинамического экрана во время вращения воздушных винтов.Known aircraft for vertical take-off and landing (analogue) (US 2016/0368600 A1, 12/22/2016, B64C 29/00, description of paragraphs [0007] - [0010], [0111] - [0113], Fig. 2, total 31 c, comprising at least one first wing portion providing lift during horizontal flight; at least one wing hole located on the vertical axis of at least one first wing portion; and at least one mover based a propeller, including a screw mounted on the rim, without a central hub and located inside at least one wing hole to provide vertical thrust during vertical flight. Thus, it is proposed to make through holes in the horizontal tail of the aircraft and install them in them propellers in the plane of the horizontal tail of the aircraft, and the horizontal tail of the aircraft provides lift during horizontal flight, whereas, in declare In this method, the aerodynamic screen is not a wing and is not intended to provide lift during horizontal flight. The purpose of the claimed aerodynamic screen and method of its use is to increase the lifting force of the copter, due to the reduced air pressure in the boundary air layer above the upper surface of the claimed aerodynamic screen during rotation of the propellers.

Известен летательный аппарат для вертикального взлета и посадки (аналог) US 2017/0158322 А1, 08.06.2017, В64С 29/00, описание абзацы [0011]-[0012], [0022]-[0025], фиг. 2-6, всего 14 с. в крыле которого размещены воздуховоды и в каждом из которых размещены пропеллер и мотор, причем каждый воздуховод снабжен подвижной крышкой, которые закрываются во время использования набегающего потока для создания подъемной силы, тогда как в заявляемом способе не предлагается использовать аэродинамический экран в качестве крыла, т.к. аэродинамический экран и способ его использование не предназначены для обеспечения подъемной силы за счет использования набегающего потока, например, во время горизонтального полета. Назначение заявляемого аэродинамического экрана и способа его использования заключается в увеличении подъемной силы коптера, которую обеспечивают пропеллеры коптера, в том числе и во время горизонтального полета.A known aircraft for vertical take-off and landing (analogue) US 2017/0158322 A1, 06/08/2017, B64C 29/00, description of paragraphs [0011] - [0012], [0022] - [0025], FIG. 2-6, total 14 s. in the wing of which there are air ducts and in each of which there is a propeller and motor, each air duct equipped with a movable cover that closes when using the free flow to create lift, while in the inventive method it is not proposed to use an aerodynamic screen as a wing, i.e. to. the aerodynamic screen and the method of its use are not intended to provide lifting force due to the use of the incoming flow, for example, during horizontal flight. The purpose of the claimed aerodynamic screen and method of its use is to increase the lifting force of the copter, which is provided by the propellers of the copter, including during horizontal flight.

Известен Комбинированный летательный аппарат (аналог) RU 2012512 С1, 15.05.1994, В64С 29/00, описание с. 4 строка 40 - с. 5 строка 21, фиг. 1,2, всего 11 с., содержащий корпус, выполненный в виде толстого центрального крыла с несимметричным поперечным профилем, имеющего тоннель с открытыми входным и выходным отверстиями, в котором установлен подъемный винт, боковые крылья и хвостовое оперение, маршевые винты, силовую установку для привода маршевых и подъемного винтов и посадочное устройство на воздушной подушке, охватывающее выход из тоннеля, отличающийся тем, что он снабжен системой изменения общего и циклического шага лопастей подъемного винта, причем площадь поперечного сечения тоннеля в плоскости вращения подъемного винта составляет 0,3-0,8 от площади воздушной подушки посадочного устройства, при этом входное отверстие тоннеля образовано торовой поверхностью, сопряженной с верхней поверхностью центрального крыла.Known Combined aircraft (analogue) RU 2012512 C1, 05/15/1994, B64C 29/00, description p. 4 line 40 - s. 5 line 21, FIG. 1.2, a total of 11 s., Comprising a body made in the form of a thick central wing with an asymmetrical transverse profile, having a tunnel with open inlet and outlet openings, in which a lifting screw, side wings and tail unit, marching propellers, and a power plant for drive marching and lifting propellers and landing device on an air cushion covering the exit from the tunnel, characterized in that it is equipped with a system for changing the total and cyclic pitch of the blades of the lifting screw, and the cross-sectional area of the tunnel in the plane of rotation of the lifting screw is 0.3-0, 8 from the area of the air cushion of the landing device, while the inlet of the tunnel is formed by a torus surface mating with the upper surface of the central wing.

Несмотря на кажущееся сходство известного комбинированного летательного аппарата с коптером после модернизации согласно заявляемого способа, а именно закрепления на коптере аэродинамического экрана в плоскости параллельной плоскости вращения воздушных винтов с отверстиями для вращающихся воздушных винтов в непосредственной близости от этих винтов, в заявляемом способе увеличения подъемной силу не используется корпус, выполненный в виде толстого центрального крыла с несимметричным поперечным профилем, имеющего тоннель с открытыми входным и выходным отверстиями, в котором установлен подъемный винт. Также в заявляемом способе увеличения подъемной силу коптера не предлагается использовать систему изменения общего и циклического шага лопастей подъемного винта, а предлагается закрепить аэродинамический экран в плоскости параллельной плоскости вращения воздушных винтов с отверстиями для вращающихся воздушных винтов в непосредственной близости от этих винтов.Despite the apparent similarity of the known combined aircraft with a copter after modernization according to the proposed method, namely, fixing an aerodynamic screen on the copter in a plane parallel to the plane of rotation of the propellers with holes for rotating propellers in the immediate vicinity of these propellers, the claimed method does not increase the lift a body is used made in the form of a thick central wing with an asymmetric transverse profile having a tunnel with open inlet and outlet openings, in which a lifting screw is installed. Also, in the inventive method of increasing the lifting power of the copter, it is not proposed to use a system for changing the total and cyclic pitch of the blades of the lifting screw, but it is proposed to fix the aerodynamic screen in a plane parallel to the plane of rotation of the propellers with holes for rotating propellers in the immediate vicinity of these propellers.

Известен способ регулирования подъемной силы летательного аппарата (прототип) (RU 2647363 С2, 12.09.2016, В64С 21/00, F15D 1/12) путем регулирования тяги двигателя летательного аппарата и изменения профиля крыла, или снижения давления в верхней части крыльев при посадке и взлете, отличающийся тем, что при посадке и взлете над верхней частью крыльев, преимущественно над передними кромками, и фюзеляжа понижают давление за счет распыла криогенной жидкости, например, жидкого азота или воздуха. Указанный способ выбран в качестве прототипа, т.к. в нем применяется аналогичный заявляемому изобретения подход, направленный на увеличение подъемной силы летательного аппарата, за счет снижения давления над верхней поверхностью крыла, Однако, в известном способе уменьшение давления над верхней поверхностью крыла достигается за счет распыла криогенной жидкости, например, жидкого азота или воздуха, преимущественно над передними кромками [крыла], тогда как в заявляемом способе увеличения подъемной силы коптера достигается в результате закрепления аэродинамического экрана в плоскости параллельной плоскости вращения воздушных винтов с отверстиями для вращающихся воздушных винтов в непосредственной близости от этих винтов.A known method of regulating the lifting force of an aircraft (prototype) (RU 2647363 C2, 09/12/2016, B64C 21/00, F15D 1/12) by adjusting the thrust of the aircraft engine and changing the wing profile, or reducing the pressure in the upper part of the wings during landing and take-off, characterized in that during landing and take-off above the upper part of the wings, mainly above the leading edges, and the fuselage, the pressure is reduced by spraying a cryogenic liquid, for example, liquid nitrogen or air. The specified method is selected as a prototype, because it uses a similar approach to the claimed invention, aimed at increasing the lift of the aircraft, by reducing the pressure above the upper surface of the wing, However, in the known method, the reduction of pressure above the upper surface of the wing is achieved by spraying a cryogenic liquid, for example, liquid nitrogen or air, mainly above the leading edges [of the wing], while in the inventive method of increasing the lifting force of the copter is achieved by fixing the aerodynamic screen in a plane parallel to the plane of rotation of the propellers with holes for the rotating propellers in the immediate vicinity of these screws.

Известен Способ формирования подъемной силы (аналог) (RU 2 577 753 С1, 17.03.2015, МПК В64С 21/06, B64D 27/02) за счет управления пограничным слоем в верхней части крыла летательного аппарата, выполненного с системой отбортованных отверстий в виде полой усеченной фигуры с уменьшающимся внутрь крыла поперечным сечением отверстий. Отсос пограничного слоя из верхней части крыла выполняют раздельно для правого борта радиальным вентилятором одностороннего всасывания правого вращения и для левого борта радиальным вентилятором одностороннего всасывания левого вращения.The Known Method for the formation of lifting force (analogue) (RU 2 577 753 C1, 03/17/2015, IPC ВСС 21/06, B64D 27/02) by controlling the boundary layer in the upper part of the wing of the aircraft, made with a system of flanged holes in the form of a hollow a truncated figure with a decreasing cross-section of the holes in the wing. The suction of the boundary layer from the upper part of the wing is performed separately for the starboard side by a radial fan of unilateral suction of the right rotation and for the left side by a radial fan of unilateral suction of the left rotation.

Указанный способ выбран в качестве аналога, т.к. в нем применяется аналогичный заявляемому изобретения подход, направленный на увеличение подъемной силы летательного аппарата, за счет снижения давления над верхней поверхностью крыла, Однако, в известном способе уменьшение давления над верхней поверхностью крыла достигается за счет отсоса пограничного слоя из верхней части крыла, тогда как в заявляемом способе увеличения подъемной силы коптера достигается в результате закрепления аэродинамического экрана в плоскости параллельной плоскости вращения воздушных винтов с отверстиями для вращающихся воздушных винтов в непосредственной близости от этих винтов.The specified method is selected as an analogue, because it uses an approach similar to the claimed invention, aimed at increasing the lift of the aircraft, by reducing the pressure above the upper surface of the wing, However, in the known method, the reduction of pressure above the upper surface of the wing is achieved by suction of the boundary layer from the upper part of the wing, whereas the claimed method of increasing the lifting force of the copter is achieved by fixing the aerodynamic screen in a plane parallel to the plane of rotation of the propellers with holes for rotating propellers in the immediate vicinity of these propellers.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей заявляемого способа является увеличение подъемной силы коптера. Для достижения этой цели в плоскости, параллельной плоскости вращения воздушных винтов, на коптере закрепляют аэродинамический экран с отверстиями для вращающихся воздушных винтов в непосредственной близости от этих винтов (фиг. 1). В результате над указанным аэродинамическим экраном, при вращении воздушных винтов, возникает пониженное воздушное давление в соответствии с законом Бернулли и как следствие, возникает дополнительная подъемная сила коптера.The objective of the proposed method is to increase the lifting force of the copter. To achieve this, in the plane parallel to the plane of rotation of the propellers, an aerodynamic screen with holes for rotating propellers in the immediate vicinity of these propellers is fixed on the copter (Fig. 1). As a result, over the specified aerodynamic screen, when the propellers rotate, a reduced air pressure occurs in accordance with Bernoulli's law and, as a result, an additional lift force of the copter arises.

Суть закона Бернулли, в частности для сжимаемого идеального газа, заключается в понижении давления в газовом потоке при увеличении скорости данного газового потока. Найдено в сети Интернет 11.11.2018):The essence of the Bernoulli law, in particular for a compressible ideal gas, is to lower the pressure in the gas stream with an increase in the velocity of this gas stream. Found on the Internet 11.11.2018):

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D0%91%D0%В5%D1%80%D0%BD%D1%83%D0%BB%D0%BB%D0%B8https://en.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D0%91%D0%В5%D1%80%D0%BD%D1 % 83% D0% BB% D0% BB% D0% B8

Наглядной иллюстрацией действия закона Бернулли может служить физический опыт с двумя параллельными листами бумаги, между которых экспериментатор вдувает воздух изо рта (фиг. 2). В результате листы бумаги пытаются приблизиться друг к другу. Притягивание листов друг к другу объясняется законом Бернулли, т.к. скорость воздуха между листами выше, чем скорость воздуха с внешней стороны листов (там воздух имеет нулевую скорость), поэтому воздушное давление между листами в соответствии с законом Бернулли становиться ниже, чем давление воздуха с внешней стороны листов.The physical experiment with two parallel sheets of paper, between which the experimenter blows air from his mouth, can serve as a vivid illustration of the operation of the Bernoulli law (Fig. 2). As a result, sheets of paper try to get closer to each other. The attraction of the sheets to each other is explained by Bernoulli's law, because the air speed between the sheets is higher than the air speed on the outside of the sheets (there the air has zero speed), therefore, in accordance with Bernoulli’s law, the air pressure between the sheets becomes lower than the air pressure on the outside of the sheets.

Таким образом, закрепление в непосредственной близости от воздушных винтов коптера заявленного аэродинамического экрана с отверстиями для этих винтов в плоскости, параллельной плоскости вращения воздушных винтов коптера, приводит к тому, что при вращающихся воздушных винтах в приграничной области над поверхностью аэродинамического экрана возникают воздушные потоки с определенной скоростью, направленные к оси вращения воздушных винтов коптера, что в свою очередь, в соответствии с законом Бернулли, приводит к эффекту понижения воздушного давления над верхней поверхностью заявленного аэродинамического экрана и как следствие, приводит к увеличению подъемной силы коптера.Thus, the fastening in the immediate vicinity of the propeller propellers of the claimed aerodynamic shield with holes for these propellers in a plane parallel to the plane of rotation of the propeller propellers leads to the fact that with rotating propellers in the border region above the surface of the aerodynamic shield there are air flows speed, directed to the axis of rotation of the propellers of the copter, which, in turn, in accordance with Bernoulli's law, leads to the effect of lowering air pressure above the upper surface of the claimed aerodynamic screen and, as a result, leads to an increase in the lifting force of the copter.

Причем, по мнению автора, этот положительный эффект в максимальной степени реализуется при нулевой горизонтальной скорости коптера, что может быть особенно полезно при видео и фото съемке с коптера, например, поверхности земли, в режиме зависания коптера.Moreover, according to the author, this positive effect is realized to the maximum extent at zero horizontal speed of the copter, which can be especially useful for video and photo shooting from the copter, for example, the earth’s surface, in the mode of hovering of the copter.

Направления воздушных потоков, возникающих в результате закрепления на коптере заявленного аэродинамического экрана в плоскости, параллельной плоскости вращения воздушных винтов коптер, приведены на фиг. 3, 4 и 5. Как видно из рисунков аэродинамический экран может быть, как плоской формы, так и изогнутой формы. Именно понижение воздушного давления над верхней поверхностью заявляемого аэродинамического экрана во время вращения воздушных винтов коптера и создает дополнительную подъемную силу коптера, заявленную в данном изобретении.The directions of the air flows resulting from fixing the declared aerodynamic screen on the copter in a plane parallel to the plane of rotation of the propellers of the copters are shown in FIG. 3, 4, and 5. As can be seen from the figures, the aerodynamic screen can be either of a flat shape or of a curved shape. It is the decrease in air pressure above the upper surface of the claimed aerodynamic screen during rotation of the propeller propellers that creates the additional lift force of the copter, as claimed in this invention.

Техническим результатом размещения аэродинамического экрана в плоскости, параллельной плоскости вращения воздушных винтов коптера, является создание дополнительной подъемной силы во время вращения воздушных винтов за счет создания над заявленным аэродинамическим экраном пониженного воздушного давления в соответствии с законом Бернулли.The technical result of placing the aerodynamic screen in a plane parallel to the plane of rotation of the propeller propellers is to create additional lifting force during the rotation of the propellers by creating a lower air pressure above the declared aerodynamic screen in accordance with Bernoulli’s law.

Сущность изобретения как технического решения заключается в следующем.The invention as a technical solution is as follows.

В плоскости, параллельной плоскости вращения воздушных винтов коптера, закрепляют аэродинамический экран с отверстиями для вращающихся воздушных винтов в непосредственной близости от этих винтов (фиг. 1). Во время вращения воздушных винтов коптера в приграничном слое над поверхностью аэродинамического экрана создаются воздушные потоки (фиг. 3, 4 и 5), которые в свою очередь, в соответствии с законом Бернулли, создают область пониженного воздушного давления над аэродинамическим экраном. Указанное пониженное воздушное давление и создает дополнительную подъемной силу коптера, заявленную в данном изобретении.In the plane parallel to the plane of rotation of the propellers of the copter, an aerodynamic screen is fixed with holes for rotating propellers in the immediate vicinity of these screws (Fig. 1). During the rotation of the propeller propellers in the boundary layer above the surface of the aerodynamic screen, air flows are generated (Figs. 3, 4 and 5), which, in turn, in accordance with Bernoulli's law, create a region of lowered air pressure above the aerodynamic screen. The specified lowered air pressure also creates the additional lift of the copter, as claimed in this invention.

Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.

Фиг. 1 Коптер с закрепленным аэродинамическим экраном в плоскости, параллельной плоскости вращения воздушных винтов в непосредственной близости от этих винтов Фиг. 2 Представляет демонстрацию закона Бернулли, при котором повышение скорости воздушного потока между листами приводит к уменьшению давления между листами и как, следствие, приводит к их сближениюFIG. 1 A copter with a fixed aerodynamic screen in a plane parallel to the plane of rotation of the propellers in the immediate vicinity of these propellers. FIG. 2 Represents a demonstration of Bernoulli's law, in which an increase in the air flow rate between the sheets leads to a decrease in pressure between the sheets and, as a result, leads to their convergence

Фиг. 3 Представляет направления воздушных потоков в приграничном воздушном слое над верхней поверхностью заявленного аэродинамического экрана (вид сверху) Фиг. 4 Представляет направления воздушных потоков в приграничном слое над поверхностью плоского аэродинамического экрана (вид сбоку, разрез по вертикальной плоскости, проходящей через ось двигателя)FIG. 3 represents the directions of the air flows in the boundary air layer above the upper surface of the claimed aerodynamic screen (top view) FIG. 4 Represents the direction of air flow in the boundary layer above the surface of a flat aerodynamic screen (side view, section along a vertical plane passing through the axis of the engine)

Фиг. 5 Представляет направления воздушных потоков в приграничном слое над поверхностью изогнутого аэродинамического экрана (вид сбоку, разрез по вертикальной плоскости, проходящей через ось двигателя)FIG. 5 Represents the direction of air flow in the boundary layer above the surface of a curved aerodynamic screen (side view, section along a vertical plane passing through the axis of the engine)

Фиг. 6 Испытательный стенд для выявления оптимального размера заявленного аэродинамического экранаFIG. 6 Test bench to determine the optimal size of the claimed aerodynamic screen

Осуществление изобретения.The implementation of the invention.

Аэродинамический экран жестко закрепляется на корпусе коптера в плоскости, параллельной плоскости вращения воздушных винтов коптера. Взаиморасположение аэродинамического экрана и каждого из горизонтальных винтов коптера приведено на фиг. 1. Важно чтобы размер отверстий в аэродинамическом экране был достаточным для вращения винтов с учетом возможного отклонения моторов во время маневрирования коптера.The aerodynamic screen is rigidly fixed to the copter body in a plane parallel to the plane of rotation of the propeller propellers. The relative position of the aerodynamic screen and each of the horizontal propeller screws is shown in FIG. 1. It is important that the size of the holes in the aerodynamic screen is sufficient to rotate the screws, taking into account the possible deflection of the motors during maneuvering the copter.

Во время горизонтального перемещения коптера отрицательный угол атаки аэродинамического экрана в направлении движения коптера не должен порождать отрицательную подъемную силу из-за отсутствия повышенного давления над верхней поверхностью аэродинамического экрана в силу наличия над верхней поверхностью заявленного аэродинамического экрана постоянного пониженного воздушного давления (при вращающихся винтах) обусловленного законом Бернулли.During horizontal movement of the copter, the negative angle of attack of the aerodynamic screen in the direction of movement of the copter should not generate negative lift due to the absence of increased pressure above the upper surface of the aerodynamic screen due to the presence of constant lower air pressure (with rotating screws) above the upper surface of the claimed aerodynamic screen (with rotating screws) Bernoulli's law.

Отчет о полученных экспериментальных данныхReport on the obtained experimental data

С целью выявления оптимального размера аэродинамического экрана был создан испытательный стенд (крутильный динамометр). Фотография стенда приведена на фиг. 6. Сила тяги, развиваемая электродвигателем с воздушным винтом, измерялась крутильным динамометром по относительной шкале, выраженной в градусах поворота стрелки крутильного динамометра. Вертикальность оси вращения крутильного динамометра установлена по отвесу.In order to identify the optimal size of the aerodynamic screen, a test bench (torsion dynamometer) was created. A photograph of the stand is shown in FIG. 6. The traction force developed by an electric motor with a propeller was measured by a torsional dynamometer on a relative scale, expressed in degrees of rotation of the arrow of the torsional dynamometer. The vertical axis of rotation of the torsion dynamometer is set on a plumb line.

Исходные данные для эксперимента:Initial data for the experiment:

1. Диаметр воздушного винта - 36 мм1. The diameter of the propeller is 36 mm

2. Диаметр плоского аэродинамического экрана 1 равен 52,5 мм (+46% от диаметра воздушного винта)2. The diameter of the flat aerodynamic shield 1 is equal to 52.5 mm (+ 46% of the diameter of the propeller)

3. Диаметр плоского аэродинамического экрана 2 равен 70 мм (+94% от диаметра воздушного винта)3. The diameter of the flat aerodynamic shield 2 is 70 mm (+ 94% of the diameter of the propeller)

4. Диаметр изогнутого аэродинамического экрана 3 равен 70 мм (+94% от диаметра воздушного винта)4. The diameter of the curved aerodynamic shield 3 is 70 mm (+ 94% of the diameter of the propeller)

5. Диаметр плоского аэродинамического экрана 4 равен 84 мм (+133% от диаметра воздушного винта)5. The diameter of the flat aerodynamic shield 4 is 84 mm (+ 133% of the diameter of the propeller)

6. Диаметр плоского аэродинамического экрана 5 равен 116 мм (+222% от диаметра воздушного винта)6. The diameter of the flat aerodynamic screen 5 is 116 mm (+ 222% of the diameter of the propeller)

В результате проведенных экспериментов получены следующие результаты:As a result of the experiments, the following results were obtained:

1. Прирост силы тяги, развиваемой электродвигателем с винтом и с плоским аэродинамическим экраном 1 (0 52,5 мм), составил - 0%1. The increase in traction force developed by an electric motor with a screw and with a flat aerodynamic screen 1 (0 52.5 mm) amounted to 0%

2. Прирост силы тяги, развиваемой электродвигателем с винтом и с плоским аэродинамическим экраном 2 (0 70 мм), составил - 7%2. The increase in traction force developed by an electric motor with a screw and with a flat aerodynamic screen 2 (0 70 mm) amounted to 7%

3. Прирост силы тяги, развиваемой электродвигателем с винтом и с изогнутым аэродинамическим экраном 3 (0 70 мм), составил -11,5%3. The increase in traction force developed by an electric motor with a screw and with a curved aerodynamic screen 3 (0 70 mm) amounted to -11.5%

4. Прирост сила тяги, развиваемой электродвигателем с винтом и с плоским аэродинамическим экраном 4 (0 84 мм), составил - 7%4. The increase in traction force developed by an electric motor with a screw and with a flat aerodynamic screen 4 (0 84 mm) amounted to - 7%

5. Прирост сила тяги, развиваемой электродвигателем с винтом и с плоским аэродинамическим экраном 5 (0116 мм), составил - 7%5. The increase in traction force developed by an electric motor with a screw and with a flat aerodynamic screen 5 (0116 mm) amounted to 7%

6. Изменение формы внешних краев плоских экранов, например, загнутые вперед по движению винта или загнутые назад по движению винта, не приводит к заметному приросту силы тяги.6. Changing the shape of the outer edges of the flat screens, for example, bent forward by the movement of the screw or bent back by the movement of the screw, does not lead to a noticeable increase in traction.

7. Таким образом, оптимальный диаметр аэродинамического экрана для одиночного воздушного винта лежит в пределах: от «диаметр винта+50%» до «диаметр винта+100%». Дальнейшее увеличение диаметра аэродинамического экрана не приводит к заметному увеличению силы тяги электродвигателя с воздушным винтом.7. Thus, the optimal diameter of the aerodynamic shield for a single propeller lies in the range: from “screw diameter + 50%” to “screw diameter + 100%”. A further increase in the diameter of the aerodynamic screen does not lead to a noticeable increase in the traction force of the electric motor with a propeller.

8. По внутреннему диаметру аэродинамический экран должен иметь плавный загиб в сторону своей нижней поверхности, для исключения возникновения эффекта Бернулли на нижней поверхности аэродинамического экрана показано на фиг. 5.8. According to the inner diameter, the aerodynamic screen should have a smooth bend towards its lower surface, to exclude the occurrence of the Bernoulli effect on the lower surface of the aerodynamic screen, it is shown in FIG. five.

9. Изогнутый аэродинамический экран показал больший прирост силы тяги (+11,5%), чем плоский аэродинамический экран такого же диаметра (+7%). Вместе с тем, менее эффективный плоский аэродинамический экран также может найти свое применение из-за простоты его изготовления.9. A curved aerodynamic screen showed a greater increase in traction force (+ 11.5%) than a flat aerodynamic screen of the same diameter (+ 7%). However, a less efficient flat aerodynamic screen can also find its application because of the simplicity of its manufacture.

Краткое описание эксперимента:A brief description of the experiment:

1. Сила тяги электродвигателя с винтом измерялась крутильным динамометром с вертикальным размещение скручивающейся пружины. Такая конструкция выбрана с целью минимизации ошибок измерения, вызванных гравитацией и с целью повышения чувствительности динамометра.1. The traction force of an electric motor with a screw was measured by a torsional dynamometer with a vertical arrangement of a twisting spring. This design was chosen in order to minimize the measurement errors caused by gravity and to increase the sensitivity of the dynamometer.

2. Траектория движения электродвигателя с воздушным винтом во время эксперимента имеет форму кругу (сектора) в горизонтальной плоскости.2. The trajectory of the electric motor with a propeller during the experiment has the shape of a circle (sector) in the horizontal plane.

3. Электродвигатель с воздушным винтом жестко закреплен на плече крутильного динамометра. Ось вала электродвигателя лежит в горизонтальной плоскости. Ось вращения крутильного динамометра лежит в вертикальной плоскости. Кратчайшее расстояние между осью электродвигателя и осью крутильного динамометра проходит по коромыслу крутильного динамометра, на котором закреплен электродвигатель.3. An electric motor with a propeller is rigidly mounted on the shoulder of a torsional dynamometer. The axis of the motor shaft lies in a horizontal plane. The axis of rotation of the torsional dynamometer lies in a vertical plane. The shortest distance between the axis of the electric motor and the axis of the torsional dynamometer passes along the beam of the torsional dynamometer, on which the electric motor is mounted.

4. Вертикальность оси вращения крутильного динамометра выставлена по отвесу.4. The vertical axis of rotation of the torsion dynamometer is set vertically.

5. Для уменьшения ошибок измерения, вызванных неидеальной вертикальностью оси вращения динамометра, а также для уменьшения сил трения, вес электродвигателя с воздушным винтом сбалансирован грузом соответствующей массы, размещенным на противоположном плече крутильного динамометра.5. To reduce measurement errors caused by imperfect vertical axis of rotation of the dynamometer, as well as to reduce friction, the weight of the electric motor with a propeller is balanced by a load of the corresponding mass placed on the opposite arm of the torsion dynamometer.

6. Угол отклонение измерительной стрелки крутильного динамометра пропорционален силе тяги электродвигателя с воздушным винтом.6. The angle of deviation of the measuring arrow of the torsion dynamometer is proportional to the traction force of the electric motor with a propeller.

7. Все измерения проводились в угловых градусах, а итоговый результат вычислен в относительной величине: «Прирост силы тяги в процентах». Такой подход позволяет не измерять точное значение силы тяги в ньютонах.7. All measurements were carried out in angular degrees, and the final result was calculated in relative terms: "The increase in traction force in percent." This approach allows you to not measure the exact value of the traction force in newtons.

8. Для снижения влияния нелинейных погрешностей измерений, параметры стенда подобраны таким образом, чтобы отклонение стрелки при максимальной силе тяги электродвигателя с воздушным винтом лежало в пределах 1/3 (60 градусов) от всей доступной шкалы измерения, равной 180 градусов.8. To reduce the influence of non-linear measurement errors, the bench parameters are selected so that the deflection of the arrow with the maximum traction force of the electric motor with a propeller lies within 1/3 (60 degrees) of the entire available measurement scale, equal to 180 degrees.

9. Вся конструкция крутильного динамометра подвешена на стальной игле, упирающейся в коническое углубление из закаленного металла для уменьшения силы трения и уменьшения зоны нечувствительности.9. The whole design of the torsion dynamometer is suspended on a steel needle abutting in a conical recess of hardened metal to reduce friction and reduce the deadband.

10. Погрешность измерения угла поворота от влияния соединительных электрических проводов не учитывалось в предположении, что это влияние в равной степени действует при измерениях как воздушного винта с аэродинамическим экраном, так и при измерениях для воздушного винта без аэродинамического экрана. Для уменьшения механического влияния от электрических проводов они скручены в спирали, которые размещены максимально близко к оси вращений крутильного динамометра.10. The error in measuring the angle of rotation from the influence of the connecting electric wires was not taken into account under the assumption that this effect is equally valid when measuring both a propeller with an aerodynamic screen and when measuring for a propeller without an aerodynamic screen. To reduce the mechanical effect of the electrical wires, they are twisted into spirals that are placed as close as possible to the axis of rotation of the torsion dynamometer.

11. Замена аэродинамических экранов производилась без остановки электродвигателя. Замена аэродинамических экранов осуществлялась максимально быстро - в течение 5-8 секунд. Быструю замену аэродинамических экранов обеспечивал двухсторонний скотч, предварительно закрепленный на аэродинамических экранах в местах контакта. Отказ от остановки электродвигателя во время эксперимента имеет своей целью устранение переходных процессов в электродвигателе во время его остановки и запуска.11. Replacement of aerodynamic screens was carried out without stopping the electric motor. Replacement of aerodynamic screens was carried out as quickly as possible - within 5-8 seconds. Quick replacement of aerodynamic screens was provided by double-sided tape previously fixed on aerodynamic screens in the places of contact. Refusal to stop the motor during the experiment aims at eliminating transients in the motor during its stop and start.

12. Замер силы тяги проводился сначала без аэродинамического экрана затем с установленным аэродинамическим экраном, затем контрольный замер опять без аэродинамического экрана и так последовательно для всех пяти аэродинамических экранов различных размеров и форм. Это делалось для исключения влияния скачков напряжения в электрической сети. Все показания записывались.12. Measurement of traction was carried out first without an aerodynamic screen, then with an installed aerodynamic screen, then control measurement again without an aerodynamic screen, and so sequentially for all five aerodynamic screens of various sizes and shapes. This was done to eliminate the influence of voltage surges in the electrical network. All readings were recorded.

13. Сила тяги электромотора с винтом без аэродинамических экранов во всех экспериментах оставалась стабильной и постоянной в течение 8-10 минут эксперимента, что подтверждает частоту эксперимента.13. The traction force of an electric motor with a screw without aerodynamic screens in all experiments remained stable and constant for 8-10 minutes of the experiment, which confirms the frequency of the experiment.

14. Питание электродвигателя осуществлялось от промышленного блока питания со следующими характеристиками:14. The electric motor was powered from an industrial power supply with the following characteristics:

INPUT: АС100-240 v, 50-60 HzINPUT: AC100-240 v, 50-60 Hz

OUTPUT: DC12 v, 1500 mAOUTPUT: DC12 v, 1500 mA

15. Ток, потребляемый электродвигателем, составлял 250 mA, напряжение на выводах электродвигателя составляло 12,47 v, т.е. блок питания обладает необходимым запасом мощности для гарантированного и бесперебойного энергоснабжения электродвигателя в течение длительного времени.15. The current consumed by the electric motor was 250 mA, the voltage at the motor terminals was 12.47 v, i.e. the power supply has the necessary power reserve for a guaranteed and uninterrupted power supply of the electric motor for a long time.

16. Колебательный процесс измерительной стрелки относительно точки равновесия затухал самостоятельно без внешнего воздействия (торможения) за счет специально увеличенного аэродинамического сопротивления плеч крутильного динамометра.16. The oscillatory process of the measuring needle relative to the equilibrium point decayed independently without external influence (braking) due to the specially increased aerodynamic drag of the shoulders of the torsional dynamometer.

Все вышеуказанные подходы и технические решения обеспечили достаточную точность измерений и 100% повторяемость эксперимента.All of the above approaches and technical solutions provided sufficient measurement accuracy and 100% repeatability of the experiment.

Вывод: Применение заявленного изобретения позволило увеличить силу тяги электродвигателя с воздушным винтом на 11,5% при использовании изогнутого аэродинамического экрана с диаметром на 94% большим, чем диаметр воздушного винта.Conclusion: The application of the claimed invention allowed to increase the traction force of an electric motor with a propeller by 11.5% when using a curved aerodynamic screen with a diameter 94% larger than the diameter of the propeller.

Claims (1)

Способ увеличения подъемной силы коптера вертикального взлета и посадки с открытыми винтами, отличающийся тем, что с целью увеличения подъемной силы коптера на коптере закрепляют аэродинамический экран в плоскости, параллельной плоскости вращения воздушных винтов, с отверстиями для вращающихся воздушных винтов в непосредственной близости от этих винтов.A method of increasing the lift of a vertical takeoff and landing copter with open screws, characterized in that in order to increase the lift of the copter, an aerodynamic screen is fixed on the copter in a plane parallel to the plane of rotation of the propellers, with holes for rotating propellers in the immediate vicinity of these propellers.
RU2019144262A 2018-11-12 2018-11-12 Method to increase lifting force of copter with open propellers RU2726217C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144262A RU2726217C1 (en) 2018-11-12 2018-11-12 Method to increase lifting force of copter with open propellers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144262A RU2726217C1 (en) 2018-11-12 2018-11-12 Method to increase lifting force of copter with open propellers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2726217C1 true RU2726217C1 (en) 2020-07-09

Family

ID=71510344

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019144262A RU2726217C1 (en) 2018-11-12 2018-11-12 Method to increase lifting force of copter with open propellers

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2726217C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103625640A (en) * 2013-10-25 2014-03-12 南京航空航天大学 Multi-rotor unmanned aerial vehicle
US20180037317A1 (en) * 2015-02-25 2018-02-08 Prodrone Co., Ltd. Multicopter
RU178017U1 (en) * 2017-03-28 2018-03-19 Юрий Иванович Безруков VERTICAL TAKEOFF AND LANDING PLANE
RU183800U1 (en) * 2018-04-19 2018-10-02 Юрий Иванович Безруков ROPE WING BEZRUKOV

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103625640A (en) * 2013-10-25 2014-03-12 南京航空航天大学 Multi-rotor unmanned aerial vehicle
US20180037317A1 (en) * 2015-02-25 2018-02-08 Prodrone Co., Ltd. Multicopter
RU178017U1 (en) * 2017-03-28 2018-03-19 Юрий Иванович Безруков VERTICAL TAKEOFF AND LANDING PLANE
RU183800U1 (en) * 2018-04-19 2018-10-02 Юрий Иванович Безруков ROPE WING BEZRUKOV

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Theys et al. Wind tunnel testing of a VTOL MAV propeller in tilted operating mode
Bangura et al. Aerodynamics of rotor blades for quadrotors
US20210291962A1 (en) Variable pitch bladed disc
Ning et al. An experimental study on the aerodynamic and aeroacoustic performances of a bio-inspired UAV propeller
US20150132130A1 (en) Wind turbine noise and fatigue control
Donham et al. Ground and Air Resonance Characteristics of a Soft In‐Plane Rigid‐Rotor System
US20220221864A1 (en) A system and a method for controlling rotorcraft rotors
Brand et al. Surface pressure measurements on a body subject to vortex wake interaction
Baskaran et al. Aerodynamic and aeroacoustic characteristics of propellers with different blade numbers
Yauwenas et al. The effect of inflow disturbance on drone propeller noise
Betzina Tiltrotor descent aerodynamics: A small-scale experimental investigation of vortex ring state
EP3476722B1 (en) Tilt rotor flap whirl stability control with hub shear feedback for high speed aircraft
US9703294B2 (en) Advanced control relationship for a deflectable stabilizer
Molter et al. Propeller performance calculation for multicopter aircraft at forward flight conditions and validation with wind tunnel measurements
RU2726217C1 (en) Method to increase lifting force of copter with open propellers
CN101852174A (en) Method for controlling influence of vertical variation of wind speed on wind generating set
US11591913B2 (en) Variable pitch bladed disc
CN110053770A (en) A kind of quadrotor wing flutter detection control apparatus and method based on multisensor
Weaver et al. Control of VR-7 dynamic stall by strong steady blowing
Shima et al. Preliminary study on innovative loop propellers for quiet eVTOL
Rossignol et al. Investigation of Small-Scale Rotor Aeroacoustic in DLR's Acoustic Wind Tunnel Braunschweig
CN106564588B (en) Unmanned helicopter blade and unmanned helicopter
CN210258828U (en) Four rotor wing vibration detection control device based on multisensor
Lee et al. Numerical prediction of aerodynamic noise radiated from a propeller of unmanned aerial vehicles
Crozier et al. Wind-tunnel tests of a helicopter rotor with active flaps