RU65861U1

RU65861U1 - SCREW BLADE END

Info

Publication number: RU65861U1
Application number: RU2006143102/22U
Authority: RU
Inventors: Юрий Леонидович Муравьев; Валерий Иванович Трощилов
Original assignee: ООО "Инновационный Центр "Опережение"
Priority date: 2006-12-06
Filing date: 2006-12-06
Publication date: 2007-08-27

Abstract

Законцовка лопасти винта относится к области авиационной техники, а именно, к лопасти винта летательного аппарата и может быть использована для создания винтов, работающих в условиях околозвукового обтекания. Сущность полезной модели заключается в том, что законцовка лопасти винта, имеющая верхнюю и нижнюю профилированные поверхности, снабжена профилями средние линии которых направлены выпуклостью вниз, при этом относительная площадб законцовки по отношению к общей площади лопасти составляет 2-10%, а площадь зоны сопряжения законцовки с лопастью составляет 1-3% об общей плошади лопасти, относительная толщина профилей законцовки составляет 5-15%.The tip of the propeller blade relates to the field of aviation technology, namely, to the propeller blade of the aircraft and can be used to create propellers operating in the conditions of transonic flow. The essence of the utility model lies in the fact that the tip of the rotor blade, having upper and lower profiled surfaces, is equipped with profiles, the middle lines of which are convex downward, while the relative area of the tip relative to the total area of the blade is 2-10%, and the area of the mating zone of the tip with the blade is 1-3% of the total area of the blade, the relative thickness of the ending profiles is 5-15%.

Description

Полезная модель относится к области авиационной техники, а именно к лопасти винта летательного аппарата и может быть использована для создания винтов, работающих в условиях околозвукового обтекания.The utility model relates to the field of aeronautical engineering, namely, to the propeller blades of an aircraft and can be used to create propellers operating in the conditions of transonic flow.

Известно техническое решение по патенту «Многополостный воздушный винт летательного аппарата» (патент SU №1711664, 22.10.1987), содержащее многолопастный винт, имеющий количество лопастей более восьми, предназначенный для самолетов с околозвуковыми скоростями полета (число Маха >0,65), которое имеет оптимальное соотношение формы лопасти и относительной толщины профилей, что значительно улучшает характеристики многолопастного винта.A technical solution is known according to the patent “A multi-cavity propeller of an aircraft” (patent SU No. 1711664, 10.22.1987) containing a multi-blade propeller having a number of blades of more than eight, intended for aircraft with transonic speeds of flight (Mach number> 0.65), which has an optimal ratio of the shape of the blade and the relative thickness of the profiles, which significantly improves the performance of the multi-blade screw.

Однако указанные профили лопастей построены по теории несущей поверхности с образованием положительной кривизны профилей, что приводит к падению КПД лопасти.However, these blade profiles are constructed according to the theory of the bearing surface with the formation of positive curvature of the profiles, which leads to a drop in the efficiency of the blade.

Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели, является решение по патенту «Аэродинамический профиль лопасти воздушного винта летательного аппарата» (патент SU №1540653 A3, 18.11.1982), в котором лопасти выбраны из профилей, максимальная кривизна которых расположена на 35% хорды, а относительная толщина профилей составляет 2-6%, что обеспечивает снижение потребляемого топлива на 30%. Указанные профили имеют среднюю линию, расположенную выпуклостью вверх, то есть имеют положительную кривизну. Такое расположение средней линии профиля законцовки лопасти приводит к резкому перепаду давлений - от высоких давлений на тыльной стороне лопасти в зону низких давлений на фронтальной стороне лопасти.The closest technical solution to the claimed utility model is the solution for the patent “Aerodynamic profile of the aircraft propeller blade” (patent SU No. 1540653 A3, 11/18/1982), in which the blade is selected from profiles with a maximum curvature of 35% of the chord, and the relative thickness of the profiles is 2-6%, which ensures a reduction in fuel consumption by 30%. These profiles have a middle line located upwardly convex, that is, have a positive curvature. Such an arrangement of the midline of the blade tip profile leads to a sharp pressure drop - from high pressures on the back of the blade to the low pressure zone on the front of the blade.

Этот перепад давлений сопровождается зарождением мощных концевых вихрей, уносящих до 50% полезной энергии двигателя. Более того при приближении скорости обтекания концов лопасти к скорости звука появляются ударные волны, срывное обтекание на конце лопасти, высокочастотные колебания («зуд») конструкции, срывной флаттер, приводящий к мгновенному разрушению конструкции. Ослабить этот перепад давления можно за счет уменьшения разности давлений в зоне законцовки.This pressure drop is accompanied by the generation of powerful end vortices, which take away up to 50% of the useful energy of the engine. Moreover, when approaching the speed of flow around the ends of the blade to the speed of sound, shock waves appear, stall flow around the end of the blade, high-frequency vibrations (“itching”) of the structure, stall flutter, leading to instant destruction of the structure. This pressure drop can be weakened by reducing the pressure difference in the tip area.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является уменьшение интенсивности концевого завихрения лопасти при перетоке сжатого воздуха с тыльной стороны лопасти в зону разреженного воздуха на фронтальной стороне лопасти.The problem to which the utility model is directed is to reduce the intensity of the end vortex of the blade during the flow of compressed air from the back of the blade into the rarefied air zone on the front of the blade.

Техническим результатом, достигаемым заявленной полезной моделью, является повышение КПД лопасти винта на околозвуковых скоростях обтекания.The technical result achieved by the claimed utility model is to increase the efficiency of the rotor blades at transonic flow rates.

Согласно полезной модели, заявленный технический результат достигается тем, что законцовка лопасти винта, содержащая профилированную верхнюю и нижнюю поверхности, имеет профили, средние линии которых направлены выпуклостью вниз, при этом относительная площадь законцовки по отношению к общей площади лопасти составляет от 2 до 10%, площадь зоны сопряжения законцовки с лопастью составляет от 1 до 3% общей площади лопасти, а относительная толщина профилей законцовки составляет от 5 до 15%.According to a utility model, the claimed technical result is achieved in that the tip of the rotor blade containing the profiled upper and lower surfaces has profiles, the middle lines of which are convex downward, while the relative area of the tip relative to the total area of the blade is from 2 to 10%, the area of the interface between the tip and the blade is from 1 to 3% of the total area of the blade, and the relative thickness of the profiles of the tip is from 5 to 15%.

Полезная модель поясняется следующими фигурами чертежей:The utility model is illustrated by the following figures of the drawings:

Фиг.1 - форма законцовки лопасти заявленной полезной модели;Figure 1 - shape of the tip of the blade of the claimed utility model;

Фиг.2 - эпюрный профиль законцовки;Figure 2 - diagram of the ending;

Фиг.3 - формы профилей законцовки, согласно полезной модели;Figure 3 - shape profiles ending, according to a utility model;

Фиг.4 - результаты испытаний законцовки.Figure 4 - test results of the ending.

Законцовка 2 имеет переднюю кромку 3 и заднюю кромку 4 и сопряжена с лопастью 1 по зоне 6, площадь сопряжения которой с лопастью составляет 1-3% общей площади лопасти, законцовка снабжена профилями 5.The ending 2 has a leading edge 3 and a trailing edge 4 and is conjugated with the blade 1 in zone 6, the interface area of which with the blade is 1-3% of the total area of the blade, the ending is equipped with profiles 5.

Работает законцовка следующим образом. При больших углах установки лопасти на взлете или посадке, когда интенсивность концевого вихря на лопасти 1 максимальна, передняя кромка 3 законцовки, создавая подсасывающую силу, разворачивает концевой вихрь в сторону продолжения лопасти, увеличивая тем самым эффективное удлинение лопасти. За счет чего снижается индуктивное сопротивление законцовки и лопасти в целом. Энергия набегающего потока почти полностью реализуется в обратную подъемную силу в зоне законцовки, в то время как в районе задней кромки 4 законцовки образуется устойчивое вихревое течение безотрывное по отношению к задней поверхности законцовки. Такое взаимодействие двух устойчивых безотрывных структур потока в зонах передней и задней кромок законцовки создает безотрывное обтекание законцовки лопасти на больших околозвуковых и сверхзвуковых режимах обтекания.The ending works as follows. At large angles of installation of the blade on take-off or landing, when the intensity of the end vortex on the blade 1 is maximum, the leading edge 3 of the tip, creating a suction force, turns the end vortex towards the extension of the blade, thereby increasing the effective elongation of the blade. Due to which the inductive resistance of the tip and the blade as a whole is reduced. The energy of the incident flow is almost completely realized in the reverse lifting force in the tip area, while in the region of the trailing edge 4 of the tip, a steady vortex flow is formed which is inseparable with respect to the back surface of the tip. Such an interaction of two stable continuous flow structures in the areas of the leading and trailing edges of the tip creates a continuous flow around the tip of the blade at large transonic and supersonic flow patterns.

Таким образом устанавливаемые на лопасти законцовки с новыми профилями, отличительной особенностью которых является измененная форма средней линии, которая направлена выпуклостью вниз (так называемая отрицательная кривизна) Thus endings installed on the blades with new profiles, the distinguishing feature of which is the changed shape of the midline, which is directed downward by the bulge (the so-called negative curvature)

позволяют создавать разрежение на тыльной стороне лопасти (там, где было давление) и давление на фронтальной стороне лопасти (там, где было разряжение). Такое новое перераспределение давления на законцовке лопасти существенно до 30% способно ослабить переток энергии в вихрь и соответственно повысить КПД винта, а также устранить высокочастотные колебания («зуд») винта и срывной флаттер.allow you to create a vacuum on the back of the blade (where there was pressure) and pressure on the front side of the blade (where there was a vacuum). Such a new redistribution of pressure at the tip of the blade can significantly reduce the energy flow into the vortex and, accordingly, increase the efficiency of the screw, as well as eliminate high-frequency oscillations ("itching") of the screw and stall flutter.

В результате экспериментальных исследований лопасти с заявленной, согласно полезной модели, законцовкой определен оптимальный диапазон относительной толщины профилей законцовки, который составляет от 5 до 15% (относительная толщина профиля представляет собой отношение максимальной толщины профиля к длине хорды с=с/в, где в - длина хорды профиля, которая представляет собой отрезок прямой, соединяющий две наиболее удаленные друг от друга точки профиля). Результаты испытаний приведены на фиг.4, где видно повышение КПД до 12%.As a result of experimental studies of the blade with the ending, declared, according to the utility model, the optimum range of the relative thickness of the ending profiles is determined, which is from 5 to 15% (the relative thickness of the profile is the ratio of the maximum thickness of the profile to the length of the chord c = s / c, where the length of the profile chord, which is a straight line segment connecting the two points of the profile most distant from each other). The test results are shown in figure 4, which shows an increase in efficiency up to 12%.

При таком диапазоне относительной толщины профилей законцовки на околозвуковых скоростях отсутствуют скачки уплотнения на законцовке без ослабления конструкции.With this range of relative thickness of the ending profiles at transonic speeds, there are no shock waves at the ending without weakening the structure.

В результате проведенных исследований выявлено оптимальное соотношение относительной площади законцовки к общей площади лопасти 2-10%, а также площади зоны сопряжения законцовки с лопастью 1-3% общей площади лопасти. Так, при большой относительной площади указанных зон, например, испытанных нами 20% площади законцовки происходит большая потеря тяговых свойств лопасти, которую не компенсирует положительный эффект законцовки. При малых относительных размерах, например, менее 2% эффект законцовки реализуется недостаточно, что видно из опытных данных на фиг.4.As a result of the studies, the optimal ratio of the relative tip area to the total blade area of 2-10%, as well as the area of the interface between the tip and the blade 1-3% of the total area of the blade. So, with a large relative area of these zones, for example, we tested 20% of the tip area, there is a large loss of traction properties of the blade, which does not compensate for the positive effect of the tip. At small relative sizes, for example, less than 2%, the ending effect is not sufficiently realized, as can be seen from the experimental data in Fig. 4.

Поэтому найдены целесообразные соотношения площадей законцовки и зоны сопряжения по отношению к общей площади лопасти, составляющей 2-10% и 1-3% соответственно.Therefore, appropriate ratios of the ending area and the mating zone have been found with respect to the total blade area of 2-10% and 1-3%, respectively.

Таким образом заявленная полезная модель решает проблему совершенствования условий обтекания законцовки лопасти, улучшения ее аэродинамических свойств. Проведенные испытания показали повышение КПД лопасти винта до 12%Thus, the claimed utility model solves the problem of improving the flow conditions around the tip of the blade, improving its aerodynamic properties. The tests showed an increase in the efficiency of the rotor blades up to 12%

Claims

The tip of the blade of the screw having an upper and lower profiled surface, characterized in that the tip is equipped with profiles, the middle lines of which are convex downward, while the relative area of the tip relative to the total area of the blade is 2-10%, and the area of the interface between the tip and the blade accounts for 1-3% of the total area of the blade, the relative thickness of the ending profiles is 5-15%.