RU2783326C1

RU2783326C1 - Air screw

Info

Publication number: RU2783326C1
Application number: RU2022118087A
Authority: RU
Inventors: Владимир Викторович Михайлов
Original assignee: Владимир Викторович Михайлов
Filing date: 2022-07-01
Publication date: 2022-11-11

Abstract

FIELD: aeronautics.

SUBSTANCE: invention relates to the field of aeronautics and concerns propellers with blades for various types of propulsion and aircraft, devices, devices for creating air flow pressure. The propeller includes two support bushings mounted on the central shaft and made with the possibility of attaching one of them to the drive shaft of the power plant. In this case, the central shaft on the left and right sides includes at least two left and two right beams. A blade is installed on each left and corresponding right beam at an equal distance from the central shaft. Each blade includes a helical segment extending in the direction along and with a deviation in a clockwise direction relative to the central shaft. In this case, each helical segment contains three stiffening ribs fixed on the surface of the helical segment in accordance with its generatrix surfaces.

EFFECT: increase in the force of the air flow of the screw with its compact width and reduced material consumption.

5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области воздухоплавания, а именно к воздушным винтам с лопастями для различного рода движительных и летательных аппаратов, приспособлений, устройств для создания давления воздушного потока.The invention relates to the field of aeronautics, namely to propellers with blades for various types of propulsion and aircraft, devices, devices for creating air flow pressure.

Известен воздушный винт со складывающимися лопастями (RU 2709944 С2, 23.12.2019) для летательного аппарата, содержащий втулку винта, связанную с приводным двигателем и лопастями, а также обтекатель втулки винта, при этом обтекатель соединен с втулкой винта с возможностью его вращения вместе с втулкой винта, лопасти выполнены складывающимися в направлении против направления полета летательного аппарата и связаны с втулкой посредством шарниров, причем лопасти в сложенном положении расположены вдоль обтекателя в нишах, выполненных в виде несквозных выемок на его внешней поверхности, с возможностью их вращения в сложенном положении вместе с обтекателем, по меньшей мере, во время складывания лопастей и их раскладывания.A propeller with folding blades is known (RU 2709944 C2, 12/23/2019) for an aircraft, containing a propeller hub associated with a drive motor and blades, as well as a propeller hub fairing, while the fairing is connected to the propeller hub with the possibility of its rotation together with the hub propeller, the blades are made folding in the direction against the direction of flight of the aircraft and are connected to the hub by means of hinges, and the blades in the folded position are located along the fairing in niches made in the form of blind recesses on its outer surface, with the possibility of their rotation in the folded position together with the fairing at least during the folding and unfolding of the blades.

Недостатком известного винта является недостаточная сила воздушного потока, создаваемая им при большой габаритной ширине винта.A disadvantage of the known screw is the insufficient force of the air flow generated by it with a large overall width of the screw.

В качестве ближайшего аналога выбрано решение RU 122972 U1, 20.12.2012 раскрывающее воздушный винт транспортного средства с неравномерным расположением лопастей, включающий в себя три одиночных винта, установленные один за другим, каждый из которых содержит две лопасти, соединенные комлем, величина угла установки лопасти одиночного винта лежит в пределах от 25 до 30°, лопасти выполнены без крутки, отношение диаметра винта к хорде лопасти лежит в пределах 9÷11, расстояние между воображаемыми окружностями, описываемыми при вращении винта точкой поверхности лопасти одиночного винта и соответствующей ей точкой соседнего одиночного винта, лежит в пределах от 0,6 до 0,8 величины хорды лопасти, а концы лопастей одиночных винтов не перекрывают друг друга в направлении вдоль оси вращения винта.As the closest analogue, the solution RU 122972 U1, 12/20/2012, was chosen, which opens a propeller of a vehicle with an uneven arrangement of blades, including three single propellers installed one after the other, each of which contains two blades connected by a butt, the value of the installation angle of the single blade the propeller lies in the range from 25 to 30 °, the blades are made without twist, the ratio of the propeller diameter to the blade chord lies within 9 ÷ 11, the distance between imaginary circles described during rotation of the propeller by the point of the surface of the single propeller blade and the corresponding point of the adjacent single propeller, lies in the range from 0.6 to 0.8 of the blade chord, and the ends of the blades of single propellers do not overlap in the direction along the axis of rotation of the propeller.

Недостатком известного винта также является недостаточная создаваемая сила воздушного потока при большой габаритной ширине винта, большая материалоемкость винта и большой вес.The disadvantage of the known screw is also the insufficient generated force of the air flow with a large overall width of the screw, the large material consumption of the screw and heavy weight.

Задачей предложенного изобретения является устранение указанных недостатков.The objective of the proposed invention is to eliminate these disadvantages.

Техническим результатом является повышение силы воздушного потока винта при его компактной ширине и уменьшенной материалоемкости.The technical result is to increase the force of the air flow of the screw with its compact width and reduced material consumption.

Данный результат обеспечивается тем, что винт воздушный включает две опорные втулки, установленные на центральный вал и выполненные с возможностью крепления по меньшей мере одной из них, на приводной вал силовой установки,This result is ensured by the fact that the air screw includes two support bushings mounted on the central shaft and made with the possibility of attaching at least one of them to the drive shaft of the power plant,

при этом центральный вал с левой и правой сторон включает, по меньшей мере, два левых и два правых луча,wherein the central shaft on the left and right sides includes at least two left and two right beams,

на каждом левом и соответствующем ему правом луче, на равном удалении от центрального вала установлена лопасть,on each left and corresponding right beam, a blade is installed at an equal distance from the central shaft,

каждая лопасть включает винтовой сегмент, проходящий в направлении вдоль и с отклонением по часовой стрелке относительно центрального вала, при этом каждый винтовой сегмент содержит, по меньшей мере, три ребра жесткости, закрепленные по поверхности винтового сегмента, в соответствии с его образующими поверхностями.each blade includes a helical segment extending in the direction along and with a clockwise deviation relative to the central shaft, while each helical segment contains at least three stiffening ribs fixed on the surface of the helical segment, in accordance with its generatrix surfaces.

Винтовой сегмент выполнен из воздухонепроницаемого материала.The screw segment is made of airtight material.

Ребра жесткости выполнены из упругого металлического прутка.The stiffening ribs are made of an elastic metal bar.

Лопасти частично выступают за границы лучей в направлении вдоль центрального вала.The blades partially protrude beyond the boundaries of the beams in the direction along the central shaft.

Лопасти выполнены с возможностью регулировки перемещения вдоль лучей.The blades are made with the possibility of adjusting the movement along the beams.

Подробную конструкцию устройства рассмотрим с учетом прилагаемых чертежей, гдеWe will consider the detailed design of the device taking into account the attached drawings, where

Фиг. 1 - конструкция винта воздушного, главный вид;Fig. 1 - air propeller design, main view;

Фиг. 2 - конструкция винта воздушного (с опорой), вид сбоку;Fig. 2 - air propeller design (with support), side view;

Фиг. 3 - схематичное расположение трех лучей относительно центральной втулки.Fig. 3 is a schematic arrangement of three beams relative to the central sleeve.

Фиг. 4 - 3D-модель предлагаемого предпочтительного варианта винта воздушного.Fig. 4 - 3D model of the proposed preferred version of the propeller.

Винт воздушный включает две опорные втулки 1, установленные на центральный вал 2 и выполненные с возможностью крепления одной из них, на приводной вал силовой установки, например приводной вал двигателя. В определенных случаях, обе опорные втулки 1 могут быть закреплены на соответствующие приводные валы силовой установки или на приводной вал и ведомый вал.The air screw includes two support bushings 1 mounted on the central shaft 2 and made with the possibility of mounting one of them on the drive shaft of the power plant, for example, the drive shaft of the engine. In certain cases, both support sleeves 1 can be mounted on the respective drive shafts of the power plant or on the drive shaft and driven shaft.

Центральный вал 2, с левой и правой сторон включает, по меньшей мере, два левых и два правых луча 3. Лучи 3 с каждой из левой и правой сторон размещаются на равномерных углах друг от друга, например, два луча размещаются под углом 180°, три луча размещаются под углом 120° четыре луча размещаются под углом 90° и пр. При выполнении устройства с двумя лучами на одной стороне, возможно их выполнение в виде единой оси. Лучи 3 могут пронизывать центральный вал 2, через отверстие в центральном валу 2, или крепиться к нему иным способом, например, посредством каких-либо крепежных элементов/приспособлений. Количество лучей 3 выбирается, исходя из размеров лопастей 4, необходимой подъемной силы, возможности движителя (скорость вращения, крутящий момент и пр.) и других факторов.The central shaft 2, on the left and right sides, includes at least two left and two right beams 3. Beams 3 on each of the left and right sides are placed at uniform angles from each other, for example, two beams are placed at an angle of 180°, three beams are placed at an angle of 120° four beams are placed at an angle of 90°, etc. When the device is made with two beams on one side, they can be made as a single axis. Beams 3 can penetrate the Central shaft 2, through the hole in the Central shaft 2, or attached to it in another way, for example, by means of any fasteners/devices. The number of beams 3 is selected based on the size of the blades 4, the required lifting force, the capabilities of the propeller (rotation speed, torque, etc.) and other factors.

Луч 3 выполнен в виде металлического прутка или металлического профиля (круглого или квадратного сечения) или иной формы несущей конструкции. Лучи 3 выполняют функцию основания для винта, совместно с центральным валом 2, для крепления на них всех элементов конструкции в одно целое устройство.Beam 3 is made in the form of a metal rod or a metal profile (round or square section) or another form of a supporting structure. Beams 3 serve as a base for the screw, together with the central shaft 2, for attaching all structural elements to them into one whole device.

На каждом левом и соответствующем ему правом луче 3, на равном удалении от центрального вала 2 установлена лопасть 4.On each left and corresponding right beam 3, at an equal distance from the central shaft 2, a blade 4 is installed.

Закрепление лопасти 4 с двух сторон обеспечивает высокую прочность конструкции и снижение материалоемкости устройства, поскольку усилие, создаваемое на каждую лопасть 4, распределяется между двумя лучами 3, что обеспечивает возможность использовать в устройстве меньшую толщину центрального вала 2 и лучей 3.The fastening of the blade 4 on both sides ensures high structural strength and a reduction in the material consumption of the device, since the force generated on each blade 4 is distributed between two beams 3, which makes it possible to use a smaller thickness of the central shaft 2 and beams 3 in the device.

Каждая лопасть 4 крепятся с двух сторон на двух опорных элементах - левом и правом лучах 3. Лопасти 4 установлены на лучах 3 путем их фиксации. Как вариант, при креплении к лучу 3, лопасти 4 могут частично выступать за ее границы, вдоль центрального вала 2. Кроме того, предпочтительно, чтобы лопасти 4 были выполнены с возможностью регулировки перемещения вдоль лучей 3, что дополнительно обеспечивает возможность регулировать ширину винта и, соответственно, воздушный поток.Each blade 4 is mounted on both sides on two supporting elements - the left and right beams 3. The blades 4 are mounted on the beams 3 by fixing them. Alternatively, when attached to the beam 3, the blades 4 may partially protrude beyond its borders, along the central shaft 2. In addition, it is preferable that the blades 4 be made with the ability to adjust the movement along the beams 3, which additionally provides the ability to adjust the width of the propeller and, respectively, the air flow.

Каждая из лопастей 4 имеет винтовой сегмент 5, выполненный по типу геометрического геликоида. Винтовой сегмент 5 выполнен из воздухонепроницаемого материала, например воздухонепроницаемой ткани, металла, пластика и прочих материалов. Винтовой сегмент 5 проходит в направлении вдоль и с отклонением по часовой стрелке относительно центрального вала 2, то есть плавно поворачивается (закручивается по винту) на определенный угол, приблизительно 45-100°. Винтовой сегмент 5 также одновременно повернут и по часовой стрелке относительно центрального вала 2 приблизительно на угол 60-90°. Углы поворота винтового сегмента 5 в данных диапазонах показывают максимальную силу создаваемого воздушного потока (захват воздушного потока), при соответствующей возможности приводного вала движителя провернуть воздушный винт с определенной расчетной скоростью. Кроме того, углы поворота винтового сегмента 5 также зависят и от количества лопастей 4, причем, как правило, чем больше лопастей 4, тем меньше данные углы.Each of the blades 4 has a helical segment 5 made in the form of a geometric helicoid. The screw segment 5 is made of airtight material such as airtight fabric, metal, plastic and other materials. The screw segment 5 extends in the direction along and with a clockwise deviation relative to the central shaft 2, that is, smoothly turns (twisted along the screw) at a certain angle, approximately 45-100°. The screw segment 5 is also simultaneously rotated and clockwise relative to the central shaft 2 approximately at an angle of 60-90°. The rotation angles of the screw segment 5 in these ranges show the maximum force of the generated air flow (capture of the air flow), with the appropriate ability of the propulsion drive shaft to turn the propeller at a certain design speed. In addition, the angles of rotation of the helical segment 5 also depend on the number of blades 4, and, as a rule, the more blades 4, the smaller these angles.

Кроме того, такая заявляемая форма лопастей (глубокий винт), проходящая вдоль центрального вала 2 увеличивает площадь контакта с воздухом, тем самым увеличивая силу потока воздушного винта, при достаточно компактной ширине винта. Кроме того, воздушный поток, попадая на начало лопасти 4, далее, проходя по ее глубине, разгоняется к концу лопасти 4, обеспечивая ускорение воздуха по глубине лопасти 4, тем самым создавая большую силу воздушного потока.In addition, such an inventive shape of the blades (deep propeller) extending along the central shaft 2 increases the area of contact with air, thereby increasing the flow force of the propeller, with a sufficiently compact propeller width. In addition, the air flow, falling on the beginning of the blade 4, then, passing through its depth, accelerates to the end of the blade 4, providing air acceleration along the depth of the blade 4, thereby creating a greater force of the air flow.

Каждый винтовой сегмент 5 включает, по меньшей мере, три ребра жесткости 6, закрепленные по поверхности винтового сегмента 5 в соответствии с образующими поверхностями винтового сегмента 5 лопастей 4. Ребра жесткости 6 выполнены из упругого металлического или иного материала прутка, полосы и прочей формы. Кроме того, если выполнять винтовой сегмент 5 из ткани, то ребра жесткости 6 могут быть выполнены путем заложения складок на самой ткани и их дополнительной обработке, например составом, придающим ткани заданную жесткость. Количество ребер жесткости 6 выбирается исходя из ширины и глубины каждого винтового сегмента 5, материала винтового сегмента 5, скорости вращения воздушного винта и других факторов. Ребра жесткости 6 обеспечивают достаточную жесткость всей конструкции при работе воздушного винта при одновременном уменьшении толщины материала винтового сегмента 5 и лучей 3, что положительно сказывается на материалоемкости конструкции.Each helical segment 5 includes at least three stiffening ribs 6 fixed on the surface of the helical segment 5 in accordance with the generatrix surfaces of the helical segment 5 of the blades 4. The stiffening ribs 6 are made of an elastic metal or other material of a rod, strip and other shapes. In addition, if the helical segment 5 is made of fabric, then the stiffening ribs 6 can be made by laying folds on the fabric itself and their additional processing, for example, with a composition that gives the fabric a given stiffness. The number of stiffeners 6 is selected based on the width and depth of each screw segment 5, the material of the screw segment 5, the speed of rotation of the propeller and other factors. The stiffeners 6 provide sufficient rigidity of the entire structure during the operation of the propeller while reducing the thickness of the material of the screw segment 5 and beams 3, which has a positive effect on the material consumption of the structure.

Винт воздушный работает следующим образом.The air screw works as follows.

Винт воздушный устанавливается через опорные втулки 1 на приводной вал силовой установки.The air screw is installed through the support bushings 1 on the drive shaft of the power plant.

Винт воздушный запускается в работу.The air screw is put into operation.

Лопасти 4 винта вращаются на центральном валу 2 и создают воздушный поток, который проходит по всей глубине лопасти 4, обеспечивая подъемную/толкающую силу для используемого устройства.The blades 4 of the propeller rotate on the central shaft 2 and create an air flow that passes through the entire depth of the blade 4, providing a lifting/pushing force for the device in use.

Пример 1 реализации устройстваDevice Implementation Example 1

Винт воздушный включает две опорные втулки 1, установленные на центральный вал 2 и выполненные с возможностью крепления одной из них, на приводной вал силовой установки.The air screw includes two support bushings 1 mounted on the central shaft 2 and made with the possibility of attaching one of them to the drive shaft of the power plant.

Центральный вал 2 с левой и правой сторон включает, два левых и два правых луча 3, расположенных под углом 180°.The central shaft 2 on the left and right sides includes two left and two right beams 3 located at an angle of 180°.

На каждом левом и соответствующем ему правом луче, на равном удалении от центрального вала установлена лопасть 4.Blade 4 is installed on each left and corresponding right beam, at an equal distance from the central shaft.

Лопасти 4, на 10 см, с одной стороны, выступают за границы лучей 3 вдоль центрального вала 2.Blades 4, by 10 cm, on the one hand, protrude beyond the boundaries of beams 3 along the central shaft 2.

Каждая лопасть 4 включает четыре ребра жесткости 6, выполненные из упругого металлического прутка.Each blade 4 includes four stiffening ribs 6 made of an elastic metal rod.

Винтовой сегмент 5 лопасти 4 выполнен из тканевого воздухонепроницаемого материала.The screw segment 5 of the blade 4 is made of fabric airtight material.

Пример 2 реализации устройстваDevice Implementation Example 2

Винт воздушный включает две опорные втулки 1, установленные на центральный вал 2 и выполненные с возможностью крепления обоих на приводные валы силовой установки.The air screw includes two support bushings 1 mounted on the central shaft 2 and made with the possibility of attaching both to the drive shafts of the power plant.

Центральный вал 2 с левой и правой сторон включает, три левых и три правых луча 3, расположенных под углом 120°.The central shaft 2 on the left and right sides includes three left and three right beams 3 located at an angle of 120°.

Лопасти 4 выполнены с возможностью регулировки перемещения вдоль лучей 3.The blades 4 are made with the possibility of adjusting the movement along the beams 3.

Каждая лопасть 4 включает три ребра жесткости 6, выполненные из стеклопласткового прутка.Each blade 4 includes three stiffeners 6 made of fiberglass rod.

Винтовой сегмент 5 лопасти 4 выполнен из ПВХ материала.The screw segment 5 of the blade 4 is made of PVC material.

Предложенное решение, за счет центрального вала 2 с размещенными лучами 3, на которых установлены лопасти 4, каждая из которых имеет винтовой сегмент 5, проходящий в направлении вдоль (по глубине винта) и с отклонением по часовой стрелке относительно центрального вала 2, а также за счет наличия ребер жесткости 6, обеспечивает повышение силы воздушного потока винта при его компактной ширине и уменьшенной материалоемкости.The proposed solution, due to the central shaft 2 with placed beams 3, on which the blades 4 are installed, each of which has a helical segment 5, passing in the direction along (along the depth of the screw) and with a clockwise deviation relative to the central shaft 2, as well as behind due to the presence of stiffeners 6, provides an increase in the force of the air flow of the screw with its compact width and reduced material consumption.

Claims

1. An air screw, characterized in that it includes two support bushings mounted on a central shaft and configured to attach at least one of them to the drive shaft of the power plant, while the central shaft on the left and right sides includes at least two left and two right beams, on each left and right beam corresponding to it, a blade is installed at an equal distance from the central shaft, each blade includes a helical segment extending in the direction along and with a clockwise deviation relative to the central shaft, while each helical segment contains at least at least three stiffeners fixed on the surface of the helical segment in accordance with its generatrix surfaces.

2. An air screw according to claim 1, characterized in that the screw segment is made of an airtight material.

3. An air screw according to claim 1, characterized in that the stiffening ribs are made of an elastic metal bar.

4. Air screw according to claim 1, characterized in that the blades partially protrude beyond the boundaries of the beams in the direction along the central shaft.

5. Air screw according to claim 1, characterized in that the blades are made with the possibility of adjusting the movement along the beams.