WO2019004807A1 - Dual-rotation rotor for a cycloidal propeller - Google Patents
Dual-rotation rotor for a cycloidal propeller Download PDFInfo
- Publication number
- WO2019004807A1 WO2019004807A1 PCT/KZ2017/000021 KZ2017000021W WO2019004807A1 WO 2019004807 A1 WO2019004807 A1 WO 2019004807A1 KZ 2017000021 W KZ2017000021 W KZ 2017000021W WO 2019004807 A1 WO2019004807 A1 WO 2019004807A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- rotor
- axis
- rotors
- cycloid
- main rotor
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
- B63H1/02—Propulsive elements directly acting on water of rotary type
- B63H1/04—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction
- B63H1/06—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades
- B63H1/08—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades with cyclic adjustment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H3/00—Propeller-blade pitch changing
- B63H3/02—Propeller-blade pitch changing actuated by control element coaxial with propeller shaft, e.g. the control element being rotary
-
- 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
- B64C11/02—Hub construction
- B64C11/04—Blade mountings
- B64C11/06—Blade mountings for variable-pitch blades
Definitions
- the invention relates to air, water transport and energy (wind and hydropower plants), in particular, to winged propellers - cycloid propellers operating in both air and water environments.
- a cycloid propeller consists of blades located along the diameter, rotating around the axis of the rotor, creating directional motion. In order to create a motion, it is necessary to change the angles of inclination of the individual blades using the blade pitch control mechanism.
- curtate movement along a shortened cycloid
- prolate movement along an elongated cycloid
- the blades When moving along an elongated cycloid (prolate), the blades perform a circular rotation around their own axis, ensuring a high speed of movement. At the same time, the mode of motion along an elongated cycloid (prolate) has a low thrust at the initial velocity of movement, due to the reverse circular motion of the blades on the half of the rotor orbit, relative to the direction of motion.
- cycloid propellers in particular, a cycloid propeller (Propeller for Aircraft), patented by Kirsten and Hoover (Kurt FJ KIRSTEN & Herbert M. HEUVER) (US Patent J S2045233, B64C 1 1/00 06/23/1936).
- the mechanism for changing the pitch of the blades includes an interconnected mechanism for changing the pitch of the cycloid propeller, which creates a movement along a shortened (curtate) curve and represents a crank-to-axle mechanism and a set of planetary and differential mechanisms, the number of which corresponds to the number of blades.
- This mechanism contains a central gear located in the hub of the rotor, rigidly fixed on the rotor axis, which engages with the satellite gear, which is freely attached to the axis of the angular gearbox containing two bevel gears.
- the second tier on the axis of the angular gearbox is a differential consisting of bevel gears.
- the device for changing the eccentricity and direction of the thrust vector are freely attached to the rocker, on which is located the rocker stone, freely fixed by the third tier on the axis of the angular gearbox.
- the axis of the angular reducer is connected kinematically through the intermediate shaft to the angular reducer of the shaft of the blade of the cycloid propeller.
- Rotation of the hub of the rotor leads to rotation of the satellite gears and oscillating movements of the rocker stone, and the differential summarizes the uniform rotation of the satellite and the oscillatory movements of the rocker stone in uneven rotation transmitted through the axis of the angular gearbox to the angular gear shaft of the blade.
- the cycloid propeller (Cycloidal VTOL UAV) is also known (Patent US JY “6932296, VS 64/22, 08/23/2005), patented by Glenn Martin Tierney, which is a planetary mechanism and consists of blades located along the diameter of the hub of the rotor, the shaft of each blade kinematically connected by means of two angular gears and a shaft between them, the outer satellite and parasitic satellite gears with a central gear fixed on the central shaft, which serves as an eccentric.
- This cycloid propeller works in two modes of cycloid motion: due to the rotation of the central gear — in the mode of cropped cycloid (curtate) with the speed of rotation of the rotor hub and the fixed central gear — in the mode of extended cycloid (prolate) .
- the disadvantage of this mechanism is the impossibility of switching from one mode to another during the rotation of the rotor of the wing propulsion, since the rotor is required to switch modes.
- the implementation of an eccentric mechanism which changes its position relative to the axis of the rotor hub and requires sufficient space inside the rotor hub, presents certain difficulties.
- This mechanism has a significant advantage in regulation in the mode of movement along an extended (prolate) cycloid, but the disadvantage of this mechanism is insufficient thrust with a low speed of the vehicle.
- the task to be solved by the claimed invention is the creation of a double rotation rotor for a cycloid propeller, which ensures the motion of the blade along the trajectory of the ellipse.
- the technical result consists in the development and creation of a double-rotor rotor for a cycloid propeller, which ensures the motion of the blade along the trajectory of the ellipse.
- rotating secondary rotors located along the circumference of the main rotor are additionally introduced located in one place for fastening the blades rotating on their axes, the secondary rotors have a kinematic connection with the drive shaft, providing General transferred datochnoe ratio secondary to the main rotor equal minus 1/2 except that on the minor axes of the rotors are arranged rotating countershafts, and the radius of locations for attachment of the blades relative to the secondary axis of the rotor smaller than the radius location of the minor axes of the rotors with respect to the axis of the main rotor.
- the kinematic connection of the secondary rotors with the drive shaft is performed through gears, namely, on the
- the central gear fixed on the main rotor axis is rigidly fixed, which meshes with the gears mounted on the hubs of the secondary rotors through parasitic gears.
- the central shaft on the drive side of the main rotor hub is rigidly fixed to the worm drive with a servo drive control vector thrust.
- figure 1 shows the kinematic diagram of a two-blade cycloid propeller with a rotor of double rotation.
- Figure 2- shows a pattern of moving the blades of a cycloid propeller with a rotor of double rotation, creating movement of the blades along the path of the ellipse in the extended cycloid mode (prolate).
- a cycloid propeller with a rotor of double rotation, the blades of which move along the trajectory of the ellipse in the extended (prolate) cycloid mode (Fig. 1) consists of the main rotor 1, including secondary rotors 2, devices for changing the pitch 3 of the blades and the blades themselves 4, located on the circumference of the secondary rotors.
- the secondary rotors 2 are located along the radius of the main rotor 1 and have the possibility of rotation.
- Each minor rotor 2 contains one blade 4.
- On the shaft 5 of the blade the gear wheel 6 is rigidly fixed,
- the second is connected via a toothed belt 7 to a gear wheel 8, which is rigidly fixed to the intermediate shaft 9 of the secondary rotor 2.
- the central gear 11 On the central shaft 10 of the main rotor 1, the central gear 11 is fixed, which meshes with the gears 12 fixed on the hubs of the secondary rotors 2 via parasitic gears 13.
- the spindles 14 are located coaxially with each other on the axis of the main rotor 1.
- the spindles 14 are separated from each other, by the central shaft 10 and the hub of the rotor 1 by bearings, the gears 15 are rigidly fixed on the spindles 14, the gears are also rigidly fixed on the intermediate shafts 9
- These wheels 16 are connected to the spindles 14 via gear belts 17.
- the gear wheels 18 which are in engagement with the gear wheels 19 of the pitch change device 3, are fixed on the shafts 20 of the drives by gears. straps 21.
- the number of spindles 14 and shafts of 20 drives corresponds to the number of individual blades 4.
- the device for changing the pitch of the blades of the cycloid propeller 3, consisting of impulse electric motors, is fixed on the frame.
- All belt drives can be replaced with chain, gear or crank drives.
- the central shaft 10 on the drive side of the main rotor hub 1 is rigidly fixed to the worm drive with a servo drive 22 for controlling the thrust vector.
- the hub of the main rotor 1 has a kinematic connection from the drive shaft of the engine 23 through gears 24 and 25.
- a cycloid propeller with a rotor of double rotation ensures the motion of the blade along the path of the ellipse in the extended cycloid mode (prolate) as follows.
- the secondary rotor 2 makes two revolutions clockwise around its axis, in the direction opposite to the rotation of the main rotor 1, which ensures the movement of the blades 4 along the ellipse's trajectory (Fig. 2).
- the geometrical parameters of an ellipse are determined by the ratio of the radii of the main 1 and secondary rotors 2, while the rotation radius of the blades 4 relative to the axis of the secondary rotor 2 is smaller than the radius of rotation of the secondary rotors 2 relative to the axis of the main rotor 1.
- Changing the direction of the thrust vector performs a change in step 3 device as well as a servo 22 by turning the central shaft 10 inside the axis of the main rotor 1, while the servo 22 performs a simultaneous rotation of only 1/2 the angle of rotation of the change in thrust vector 3 .
- the location of the pitch changing device is not limited only to its external position relative to the main rotor. It can also be mounted inside the main rotor, it is also possible to completely mechanically execute the device for changing the pitch, including creating the movement of the blades along the shortened cycloid (curtate).
- the well-known Voith Schneider movers used on ships have good traction and maneuverability, but are limited in speed. movement have a mode of movement on a shortened cycloid (curtate).
- the use of the double-rotor rotor for the cycloid propeller, which can operate in the extended cycloid mode, and the blades of which move along the ellipse trajectory, in water transport will provide high traction, increase the speed of movement and expand the range of vehicle capabilities and devices with a cycloid propeller.
- a cycloid propeller with a dual-rotation rotor for a cycloid propeller in modern aircraft that is lighter than air, including on airships, which allows for improved maneuverability and stabilization of airships, thanks to the possibility of cycling propeller almost instantly change the direction of thrust.
- the rotor of double rotation for a cycloid propeller proposed in the present invention can be used in wind and hydropower as a generator drive. Unlike the Darier rotor, the cycloid propeller provides for the rotor to start rotating at the minimum speed of air or water flow. A cycloid propeller with a double-rotor rotor also allows for more operational orientation towards the wind than other wind generator systems, such as horizontal-axial installations.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
The invention relates to designs of rotating-blade cycloidal propulsive elements. A dual-rotation rotor for a cycloidal propeller comprises a primary rotor which rotates about its own axis and is kinematically connected to a drive shaft. Secondary rotors are mounted along the circumference of the primary rotor and are kinematically connected to the drive shaft. On the circumference of each secondary rotor there is one rotating-blade fastening seat, and the secondary rotors are kinematically connected to the drive shaft such that the transmission ratio between the primary rotor and the secondary rotors is equal to minus 1/2. Rotating intermediate shafts are arranged on the axes of the secondary rotors, and the radius of the arrangement of the rotating-blade fastening seats relative to the axis of a secondary rotor is less than the radius of the arrangement of the secondary rotors relative to the axis of the primary rotor. This allows a propeller blade to move along an elliptical path.
Description
РОТОР ДВОЙНОГО ВРАЩЕНИЯ ДЛЯ ЦИКЛОИДНОГО ПРОПЕЛЛЕРА DOUBLE ROTATION ROTOR FOR CYCLOID PROPELLER
Область техники Technical field
Изобретение относится к воздушному, водному транспорту и к энер- гетике (ветряные и гидроэнергетические установки) в частности, к крыльча- тым движителям - циклоидным пропеллерам, работающим как в воздушной, так и водной средах. The invention relates to air, water transport and energy (wind and hydropower plants), in particular, to winged propellers - cycloid propellers operating in both air and water environments.
Циклоидный пропеллер состоит из лопастей расположенных по диа- метру, вращающихся вокруг оси ротора, создавая направленное движение. Для того чтобы создавать движение необходимо изменять углы наклона от- дельных лопастей с помощью механизма управления шагом лопастей. Суще- ствует три типа циклоидного движения, из них два представляют наиболь- ший практический интерес: движение по укороченной циклоиде (curtate) и движение по удлиненной циклоиде (prolate). При движении по укороченной циклоиде (curtate) лопасти совершают периодические колебательные движе- ния вокруг своей оси, обеспечивая высокую тягу при низкой скорости посту- нательного движения, что подтверждает опыт эксплуатации широко извест- ных циклоидных пропеллеров Войт-Шнайдера. При движении по удлинен- ной циклоиде (prolate) лопасти совершают круговое вращение вокруг собст- венной оси, обеспечивая высокую скорость передвижения. В то же время ре- жим движения по удлиненной циклоиде (prolate) имеет низкую тягу при на- чальной скорости передвижения, вследствие обратного кругового движения лопастей на половине орбиты ротора, относительно направления движения. A cycloid propeller consists of blades located along the diameter, rotating around the axis of the rotor, creating directional motion. In order to create a motion, it is necessary to change the angles of inclination of the individual blades using the blade pitch control mechanism. There are three types of cycloid movement, of which two are of the greatest practical interest: movement along a shortened cycloid (curtate) and movement along an elongated cycloid (prolate). When moving along a shortened cycloid (curtate), the blades perform periodic oscillatory movements around their axis, providing high thrust with a low speed of steady movement, which confirms the operating experience of well-known Vojt-Schneider cycloid propellers. When moving along an elongated cycloid (prolate), the blades perform a circular rotation around their own axis, ensuring a high speed of movement. At the same time, the mode of motion along an elongated cycloid (prolate) has a low thrust at the initial velocity of movement, due to the reverse circular motion of the blades on the half of the rotor orbit, relative to the direction of motion.
Принимая так же во внимание то, что траектория концов крыльев птиц в полете описывает эллипс, в режиме удлиненной циклоиды, то разра- ботка и внедрение циклоидного пропеллера, который может работать в ре- жиме удлиненной циклоиды и лопасти которого движутся по траектории эл- липса, позволит обеспечить высокую тягу, увеличить скорость движения и
расширить диапазон возможностей транспортных средств транспортных средств и устройств с циклоидным пропеллером. Taking into account also the fact that the trajectory of the wing ends of birds in flight describes an ellipse in the extended cycloid mode, then the development and implementation of a cycloid propeller, which can operate in the extended cycloid mode and the blades of which move along the ellips trajectory, will provide high traction, increase speed and expand the range of vehicle capabilities of vehicles and devices with a cycloid propeller.
Предшествующий уровень техники Prior art
Из предшествующего уровня техники известен ряд крыльчатых дви- жителей - циклоидных пропеллеров, в частности, циклоидный пропеллер (Propeller for Aircraft), запатентованный Кирстеном и Гувером (Kurt F.J. KIRSTEN & Herbert M. HEUVER) (Патент US J S2045233, B64C 1 1/00, 23.06.1936). Механизм изменения шага лопастей включает связанные между собой механизм изменения шага циклоидного пропеллера, создающий дви- жение по укороченной (curtate) и представляющий собой кривошипно- кулисовый механизм и набор планетарных и дифференциальных механизмов, количество которых соответствует количеству лопастей. Данный механизм содержит размещённую в ступице ротора центральную шестерню, жестко за- крепленную на оси ротора, входящую в зацепление с сателлитной шестерней, которая свободно закреплена на оси углового редуктора, содержащего две конические шестерни. Вторым ярусом на оси углового редуктора располага- ется дифференциал, состоящий из конических шестерен. На центральном ва- лу, устройства изменения эксцентриситета и направления вектора тяги сво- бодно закреплена кулиса, на которой расположен кулисный камень, свободно закрепленный третьим ярусом на оси углового редуктора. Ось углового ре- дуктора через промежуточный вал кинематически связана с угловым редук- тором вала лопасти циклоидного пропеллера. Вращение ступицы ротора приводит к вращению сателлитных шестерен и к колебательным движениям кулисного камня, а дифференциал суммирует равномерное вращение сател- лита и колебательные движения кулисного камня в неравномерное вращение, передаваемое через ось углового редуктора угловому редуктору вала лопасти. From the prior art, a number of winged engines are known - cycloid propellers, in particular, a cycloid propeller (Propeller for Aircraft), patented by Kirsten and Hoover (Kurt FJ KIRSTEN & Herbert M. HEUVER) (US Patent J S2045233, B64C 1 1/00 06/23/1936). The mechanism for changing the pitch of the blades includes an interconnected mechanism for changing the pitch of the cycloid propeller, which creates a movement along a shortened (curtate) curve and represents a crank-to-axle mechanism and a set of planetary and differential mechanisms, the number of which corresponds to the number of blades. This mechanism contains a central gear located in the hub of the rotor, rigidly fixed on the rotor axis, which engages with the satellite gear, which is freely attached to the axis of the angular gearbox containing two bevel gears. The second tier on the axis of the angular gearbox is a differential consisting of bevel gears. On the central shaft, the device for changing the eccentricity and direction of the thrust vector are freely attached to the rocker, on which is located the rocker stone, freely fixed by the third tier on the axis of the angular gearbox. The axis of the angular reducer is connected kinematically through the intermediate shaft to the angular reducer of the shaft of the blade of the cycloid propeller. Rotation of the hub of the rotor leads to rotation of the satellite gears and oscillating movements of the rocker stone, and the differential summarizes the uniform rotation of the satellite and the oscillatory movements of the rocker stone in uneven rotation transmitted through the axis of the angular gearbox to the angular gear shaft of the blade.
Недостатком данного механизма является недостаточная тяга при низкой скорости движения транспортного средства. Так же представляет оп- ределенные трудности реализация эксцентрикового устройства, изменяюще-
го свое положение относительно оси ступицы ротора и требующего доста- точного пространства внутри ступицы ротора The disadvantage of this mechanism is insufficient thrust at low vehicle speeds. It also presents certain difficulties in the implementation of an eccentric device that changes its position relative to the axis of the rotor hub and requiring sufficient space inside the rotor hub
Известен также циклоидный пропеллер (Cycloidal VTOL UAV) (Па- тент US JY«6932296, В64С 27/22, 23.08.2005), запатентованный Гленом Мар- тином Тирнеем (Glenn Martin Tierney), который представляет собой плане- тарный механизм и состоит из лопастей расположенных по диаметру ступи- цы ротора, причем вал каждой лопасти кинематически связан посредством двух угловых редукторов и вала между ними, наружной сателлитной и пара- зитной сателлитной шестернями с центральной шестерней, жестко закреп- ленной на центральном валу, который выполняет функцию эксцентрика. Данный циклоидный пропеллер, как заявлено, работает в двух режимах цик- лоидного движения: за счет вращения центральной шестерни - в режиме уко- роченной циклоиды (curtate) со скоростью вращения ступицы ротора и не- подвижной центральной шестерни - в режиме удлиненной циклоиды (prolate). Недостатком данного механизма является невозможность переклю- чения с одного режима в другой во время вращения ротора крыльчатого движителя, так как для переключения режимов требуется остановка ротора. Кроме того, вызывает сомнение возможность реализации мгновенной оста- новки или мгновенного набора скорости вращения центральной шестерни до скорости вращения ступицы ротора. Представляет определенные трудности реализация эксцентрикового механизма, изменяющего свое положение отно- сительно оси ступицы ротора и требующего достаточного пространства внутри ступицы ротора The cycloid propeller (Cycloidal VTOL UAV) is also known (Patent US JY "6932296, VS 64/22, 08/23/2005), patented by Glenn Martin Tierney, which is a planetary mechanism and consists of blades located along the diameter of the hub of the rotor, the shaft of each blade kinematically connected by means of two angular gears and a shaft between them, the outer satellite and parasitic satellite gears with a central gear fixed on the central shaft, which serves as an eccentric. This cycloid propeller, as stated, works in two modes of cycloid motion: due to the rotation of the central gear — in the mode of cropped cycloid (curtate) with the speed of rotation of the rotor hub and the fixed central gear — in the mode of extended cycloid (prolate) . The disadvantage of this mechanism is the impossibility of switching from one mode to another during the rotation of the rotor of the wing propulsion, since the rotor is required to switch modes. In addition, it is doubtful whether it is possible to realize an instantaneous stop or a momentary set of the rotational speed of the central gear to the speed of rotation of the rotor hub. The implementation of an eccentric mechanism, which changes its position relative to the axis of the rotor hub and requires sufficient space inside the rotor hub, presents certain difficulties.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является Морской движитель с вертикальной осью и поперечным расположением от- носительно направления потока, с постоянной управляемой ориентацией ло- пастей (Патент US 6244919, В63Н1/10, 2001), который состоит из ротора соз- дающего вращение вокруг собственной оси от вала двигателя и устройства изменения шага состоящего из импульсных электродвигателей. На роторе расположено множество лопастей, при этом на оси ротора соосно друг с дру-
гом расположены шпиндели, имеющие независимую кинематическую связь с лопастями внутри корпуса ротора и независимое вращательное соединение с приводами устройства изменения шага, снаружи корпуса ротора. Количество шпинделей и приводов соответствует количеству отдельных лопастей The closest to the claimed technical solution is the Sea propulsion unit with a vertical axis and a transverse position relative to the flow direction, with a constant controlled orientation of the blades (Patent US 6244919, В63Н1 / 10, 2001), which consists of a rotor that creates a rotation around its own the axis of the motor shaft and the device changes the pitch consisting of a pulsed electric motors. There are many blades on the rotor, while on the rotor axis they are coaxial with each other. Spindles with independent kinematic connection with the blades inside the rotor housing and independent rotational connection with the drives of the pitch changing device, outside the rotor housing, are located. The number of spindles and drives corresponds to the number of individual blades.
Данный механизм имеет значительное преимущество по регулирова- нию в режиме движения по удлиненной (prolate) циклоиде, но при этом не- достатком данного механизма является недостаточная тяга при низкой ско- рости движения транспортного средства. This mechanism has a significant advantage in regulation in the mode of movement along an extended (prolate) cycloid, but the disadvantage of this mechanism is insufficient thrust with a low speed of the vehicle.
Раскрытие изобретения DISCLOSURE OF INVENTION
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, яв- ляется создание ротора двойного вращения для циклоидного пропеллера, ко- торый обеспечивает движение лопасти по траектории эллипса. The task to be solved by the claimed invention is the creation of a double rotation rotor for a cycloid propeller, which ensures the motion of the blade along the trajectory of the ellipse.
Технический результат заключается в разработке и создании ротора двойного вращения для циклоидного пропеллера, который обеспечивает движение лопасти по траектории эллипса. The technical result consists in the development and creation of a double-rotor rotor for a cycloid propeller, which ensures the motion of the blade along the trajectory of the ellipse.
Указанный технический результат в предлагаемом роторе двойного вращения для циклоидного пропеллера, содержащем главный ротор, вра- щающийся вокруг собственной оси и имеющий кинематическую связь с при- водным валом, согласно изобретению дополнительно введены расположен- ные по окружности главного ротора вращающиеся второстепенные роторы, по окружностям которых расположено по одному месту для крепления пово- ротных на своих осях лопастей, при этом второстепенные роторы имеют ки- нематическое соединение с приводным валом, обеспечивающее общее пере- даточное отношение главного ротора к второстепенным равное минус 1/2, кроме этого на осях второстепенных роторов расположены вращающиеся промежуточные валы, а радиус расположения мест для крепления лопастей, относительно оси второстепенного ротора, меньше радиуса расположения осей второстепенных роторов относительно оси главного ротора. This technical result in the proposed double-rotor rotor for a cycloid propeller containing a main rotor rotating around its own axis and having a kinematic connection with the drive shaft, according to the invention, rotating secondary rotors located along the circumference of the main rotor are additionally introduced located in one place for fastening the blades rotating on their axes, the secondary rotors have a kinematic connection with the drive shaft, providing General transferred datochnoe ratio secondary to the main rotor equal minus 1/2 except that on the minor axes of the rotors are arranged rotating countershafts, and the radius of locations for attachment of the blades relative to the secondary axis of the rotor smaller than the radius location of the minor axes of the rotors with respect to the axis of the main rotor.
Кинематическое соединение второстепенных роторов с приводным валом, выполняется через шестеренчатые передачи, а именно, на располо-
женном на оси главного ротора центральном валу жестко закреплена цен- тральная шестерня, входящая в зацепление с шестернями, закрепленными на ступицах второстепенных роторов через паразитные шестерни. The kinematic connection of the secondary rotors with the drive shaft is performed through gears, namely, on the The central gear fixed on the main rotor axis is rigidly fixed, which meshes with the gears mounted on the hubs of the secondary rotors through parasitic gears.
По обеим сторонам ступицы второстепенных роторов на промежу- точных валах жестко закреплено по одному зубчатому колесу. On both sides of the hub of the secondary rotors on the intermediate shafts are rigidly fixed on one gear.
Центральном вал со стороны привода ступицы главного ротора жестко за- креплен на червячном приводе с сервоприводом управления вектора тяги. The central shaft on the drive side of the main rotor hub is rigidly fixed to the worm drive with a servo drive control vector thrust.
Введение в ротор циклоидного пропеллера второстепенных роторов привело к появлению возможности движения лопастей по траектории эллипса. The introduction of minor rotors into the rotor of the cycloid propeller led to the possibility of the motion of the blades along the path of the ellipse.
Рассмотрим в качестве примера применение ротора двойного враще- ния в двухлопастном циклоидном пропеллере, создающем движение лопа- стей по траектории эллипса в режиме удлиненной циклоиды (prolate), с внешним расположением устройства изменения шага, относительно ротора. Consider as an example the use of a double-rotor rotor in a two-blade cycloid propeller, which creates movement of the blades along an ellipse trajectory in the extended cycloid mode (prolate), with an external arrangement of the pitch change device relative to the rotor.
Краткое описание чертежей Brief Description of the Drawings
Для лучшего понимания сущность предлагаемого технического ре- шения поясняется с привлечением графических материалов, где на фиг.1 изображена кинематическая схема двухлопастного циклоидного пропеллера с ротором двойного вращения. На фиг.2- показана схема перемещения лопа- стей циклоидного пропеллера с ротором двойного вращения, создающего движение лопастей по траектории эллипса в режиме удлиненной циклоиды (prolate). For a better understanding, the essence of the proposed technical solution is explained with the involvement of graphic materials, where figure 1 shows the kinematic diagram of a two-blade cycloid propeller with a rotor of double rotation. Figure 2- shows a pattern of moving the blades of a cycloid propeller with a rotor of double rotation, creating movement of the blades along the path of the ellipse in the extended cycloid mode (prolate).
Лучший вариант осуществления изобретения The best embodiment of the invention
Циклоидный пропеллер с ротором двойного вращения, лопасти кото- рого движутся по траектории эллипса в режиме удлиненной (prolate) циклои- ды (фиг. 1) состоит из главного ротора 1, включающего второстепенные ро- торы 2, устройства изменения шага 3 лопастей и самих лопастей 4, располо- женных по окружностям второстепенных роторов. A cycloid propeller with a rotor of double rotation, the blades of which move along the trajectory of the ellipse in the extended (prolate) cycloid mode (Fig. 1) consists of the main rotor 1, including secondary rotors 2, devices for changing the pitch 3 of the blades and the blades themselves 4, located on the circumference of the secondary rotors.
Второстепенные роторы 2 размещены по радиусу главного ротора 1 и имеют возможность вращения. Каждый второстепенный ротор 2 содержит одну лопасть 4. На валу 5 лопасти жестко закреплено зубчатое колесо 6, ко-
' торое посредством зубчатого ремня 7 соединено с зубчатым колесом 8, жест- ко закрепленном на промежуточном валу 9 второстепенного ротора 2. The secondary rotors 2 are located along the radius of the main rotor 1 and have the possibility of rotation. Each minor rotor 2 contains one blade 4. On the shaft 5 of the blade the gear wheel 6 is rigidly fixed, The second is connected via a toothed belt 7 to a gear wheel 8, which is rigidly fixed to the intermediate shaft 9 of the secondary rotor 2.
На центральном валу 10 главного ротора 1 жестко закреплена цен- тральная шестерня 11, входящая в зацепление с шестернями 12, закреплен- ными на ступицах второстепенных роторов 2 через паразитные шестерни 13. On the central shaft 10 of the main rotor 1, the central gear 11 is fixed, which meshes with the gears 12 fixed on the hubs of the secondary rotors 2 via parasitic gears 13.
На оси главного ротора 1 соосно друг с другом расположены шпинде- ли 14. Шпиндели 14 разграничены между собой, центральным валом 10 и ступицей ротора 1 подшипниками, на шпинделях 14 жестко закреплены зуб- чатые колеса 15, на промежуточных валах 9 так же жестко закреплены зубча- тые колеса 16, соединяемые со шпинделями 14 через зубчатые ремни 17. Снаружи корпуса главного ротора 1 на шпинделях 14 жестко закреплены зубчатые колеса 18 входящие в зацепление с зубчатыми колесами 19 устрой- ства изменения шага 3, закрепленными на валах 20 приводов посредством зубчатых ремней 21. Количество шпинделей 14 и валов 20 приводов соответ- ствует количеству отдельных лопастей 4. Устройство изменения шага лопа- стей циклоидного пропеллера 3, состоящее из импульсных электродвигате- лей, закреплено на станине. The spindles 14 are located coaxially with each other on the axis of the main rotor 1. The spindles 14 are separated from each other, by the central shaft 10 and the hub of the rotor 1 by bearings, the gears 15 are rigidly fixed on the spindles 14, the gears are also rigidly fixed on the intermediate shafts 9 These wheels 16 are connected to the spindles 14 via gear belts 17. Outside the main rotor housing 1 on the spindles, the gear wheels 18 which are in engagement with the gear wheels 19 of the pitch change device 3, are fixed on the shafts 20 of the drives by gears. straps 21. The number of spindles 14 and shafts of 20 drives corresponds to the number of individual blades 4. The device for changing the pitch of the blades of the cycloid propeller 3, consisting of impulse electric motors, is fixed on the frame.
Все ременные передачи могут быть заменены на цепные, шестеренча- тые или кривошипно-шатунные передачи. All belt drives can be replaced with chain, gear or crank drives.
Центральный вал 10 со стороны привода ступицы главного ротора 1 жестко закреплен на червячном приводе с сервоприводом 22 для управления вектором тяги. Ступица главного ротора 1 имеет кинематическое соединение от приводного вала двигателя 23 через шестерни 24 и 25. The central shaft 10 on the drive side of the main rotor hub 1 is rigidly fixed to the worm drive with a servo drive 22 for controlling the thrust vector. The hub of the main rotor 1 has a kinematic connection from the drive shaft of the engine 23 through gears 24 and 25.
Циклоидный пропеллер с ротором двойного вращения, обеспечивает движение лопасти по траектории эллипса в режиме удлиненной циклоиды (prolate) следующим образом. A cycloid propeller with a rotor of double rotation, ensures the motion of the blade along the path of the ellipse in the extended cycloid mode (prolate) as follows.
Вращение главного ротора 1 против часовой стрелки от приводного вала двигателя 23 приводит к вращению второстепенных роторов 2 посред- ством шестеренчатого соединения с центральной шестерней 11, паразитной шестерни 13, и шестерни 12 с общим передаточным отношением К = -1/2. т.е.
за один оборот главного ротора 1 второстепенный ротор 2 совершает два оборота вокруг своей оси по часовой стрелки, в направлении, противополож- ном вращению главного ротора 1, что обеспечивает движение лопастей 4 по траектории эллипса (фиг. 2). Геометрические параметры эллипса определя- ются соотношением радиусов главного 1 и второстепенных роторов 2, при этом радиус вращения лопастей 4 относительно оси второстепенного ротора 2, меньше радиуса вращения второстепенных роторов 2 относительно оси главного ротора 1. Rotation of the main rotor 1 counterclockwise from the drive shaft of the engine 23 causes the rotation of the secondary rotors 2 through a gear connection with the central gear 11, parasitic gear 13, and gear 12 with a total gear ratio K = -1/2. those. During one revolution of the main rotor 1, the secondary rotor 2 makes two revolutions clockwise around its axis, in the direction opposite to the rotation of the main rotor 1, which ensures the movement of the blades 4 along the ellipse's trajectory (Fig. 2). The geometrical parameters of an ellipse are determined by the ratio of the radii of the main 1 and secondary rotors 2, while the rotation radius of the blades 4 relative to the axis of the secondary rotor 2 is smaller than the radius of rotation of the secondary rotors 2 relative to the axis of the main rotor 1.
Колебательные движения валов 20 устройства изменения шага 3, со- стоящего из программно управляемых импульсных электродвигателей, пере- даются валу 5 лопасти 4 через ременную передачу 21, шпиндели 14, ремен- ную передачу 17, промежуточный вал 9 второстепенного ротора 3 и ремен- ную передачу 7. The oscillatory movements of the shafts 20 of the device for changing step 3, consisting of software-controlled impulse electric motors, are transmitted to the shaft 5 of the blade 4 via a belt drive 21, spindles 14, a belt drive 17, an intermediate shaft 9 of the secondary rotor 3 and a belt drive 7
Изменение направления вектора тяги выполняет устройство измене- ния шага 3 а также сервопривод 22, путем поворота центрального вала 10 внутри оси ступицы главного ротора 1 , при этом сервопривод 22 выполняет синхронный поворот только 1/2 угла поворота изменения вектора тяги устрой- ства изменения шага 3. Changing the direction of the thrust vector performs a change in step 3 device as well as a servo 22 by turning the central shaft 10 inside the axis of the main rotor 1, while the servo 22 performs a simultaneous rotation of only 1/2 the angle of rotation of the change in thrust vector 3 .
Совместное вращение главного ротора 1 и второстепенных роторов 2 от приводного вала двигателя 23, а так же лопастей 4 от устройства измене- ния шага 3, обеспечивает движение лопастей 4 циклоидного пропеллера в режиме удлиненной циклоиды (prolate) по траектории эллипса (фиг.2). The joint rotation of the main rotor 1 and the secondary rotors 2 from the drive shaft of the engine 23, as well as the blades 4 from the change device of step 3, ensures the movement of the blades 4 of the cycloid propeller in the extended cycloid mode (prolate) along the ellipse trajectory (Fig. 2).
Место расположения устройства изменения шага не ограничивается только внешним его положением относительно главного ротора. Его воз- можно монтировать и внутри главного ротора, так же возможно полностью механическое исполнение устройства изменения шага, в том числе, создаю- щего движение лопастей по укороченной циклоиде (curtate). The location of the pitch changing device is not limited only to its external position relative to the main rotor. It can also be mounted inside the main rotor, it is also possible to completely mechanically execute the device for changing the pitch, including creating the movement of the blades along the shortened cycloid (curtate).
Промышленная применимость Industrial Applicability
Широко известные движители Войт-Шнайдера, используемые на мор- ских судах имеют хорошую тягу и маневренность, но ограничены по скоро-
сти передвижения, т.к. имеют режим движения по укороченной циклоиде (curtate). Применение на водном транспорте предлагаемого в настоящем изо- бретении ротора двойного вращения для циклоидного пропеллера, который может работать в режиме удлиненной циклоиды, и лопасти которого движут- ся по траектории эллипса, позволит обеспечить высокую тягу, увеличить скорость движения и расширить диапазон возможностей транспортных средств и устройств с циклоидным пропеллером. The well-known Voith Schneider movers used on ships have good traction and maneuverability, but are limited in speed. movement have a mode of movement on a shortened cycloid (curtate). The use of the double-rotor rotor for the cycloid propeller, which can operate in the extended cycloid mode, and the blades of which move along the ellipse trajectory, in water transport will provide high traction, increase the speed of movement and expand the range of vehicle capabilities and devices with a cycloid propeller.
Возможно также использование в кормовой части корпуса морского судна предлагаемых ротора двойного вращения для циклоидного пропеллера с горизонтальной осью роторов. It is also possible to use the proposed double-rotor rotor for the cycloid propeller with the horizontal axis of the rotors in the aft hull of the marine vessel.
Также возможно применение предлагаемого в настоящем изобретении ротора двойного вращения для циклоидного пропеллера на воздушном транспорте, в частности, на циклокоптерах. В случае отказа работы двигате- лей при аварийной посадке обеспечивается режим авторотации. It is also possible to use the dual rotation rotor proposed in the present invention for a cycloid propeller on an air transport, in particular, on a cyclocopter. In case of engine failure during an emergency landing, the autorotation mode is provided.
Кроме того, возможно использование циклоидного пропеллера с предлагаемым в настоящем изобретении ротором двойного вращения для циклоидного пропеллера на современных летательных аппаратах легче воз- духа, в том числе на дирижаблях, что позволяет улучшить возможности ди- рижаблей по маневрированию и стабилизации, благодаря возможности цик- лоидного пропеллера практически мгновенно изменять направление тяги. In addition, it is possible to use a cycloid propeller with a dual-rotation rotor for a cycloid propeller in modern aircraft that is lighter than air, including on airships, which allows for improved maneuverability and stabilization of airships, thanks to the possibility of cycling propeller almost instantly change the direction of thrust.
Ротор двойного вращения для циклоидного пропеллера, предлагаемый в настоящем изобретении, может быть использован в ветро- и гидроэнерге- тике в качестве привода генератора. В отличие от ротора Дарье, циклоидный пропеллер обеспечивает самозапуск вращения ротора при минимальной ско- рости потока воздуха или воды. Циклоидный пропеллер с ротором двойного вращения также дает возможность более оперативной ориентации по направ- лению к ветру, чем другие системы ветровых генераторов, например, гори- зонтально-осевые установки
The rotor of double rotation for a cycloid propeller proposed in the present invention can be used in wind and hydropower as a generator drive. Unlike the Darier rotor, the cycloid propeller provides for the rotor to start rotating at the minimum speed of air or water flow. A cycloid propeller with a double-rotor rotor also allows for more operational orientation towards the wind than other wind generator systems, such as horizontal-axial installations.
Claims
1. Ротор двойного вращения для циклоидного пропеллера, содержа- щий главный ротор, вращающийся вокруг собственной оси и имеющий ки- нематическую связь с приводным валом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что дополнительно введены расположенные по окружности главного ротора вращающиеся второстепенные роторы, по окружностям которых расположе- но по одному месту для крепления поворотных на своих осях лопастей, при этом второстепенные роторы имеют кинематическое соединение с привод- ным валом, обеспечивающее общее передаточное отношение главного рото- ра к второстепенным равное минус 1/2, кроме этого на осях второстепенных роторов расположены вращающиеся промежуточные валы, а радиус распо- ложения мест для крепления лопастей, относительно оси второстепенного ротора, меньше радиуса расположения осей второстепенных роторов относи- тельно оси главного ротора. 1. A double-rotor rotor for a cycloid propeller containing a main rotor rotating around its own axis and having a kinematic connection with the drive shaft, which has been added around the circumference of the main rotor rotor rotating secondary rotors, on the circumferences of which there is one place for fastening the blades turning on their axes, while the secondary rotors have a kinematic connection with the drive shaft, providing a total gear ratio of the main rotor o- ra equal to secondary minus 1/2 except that on the minor axes of the rotors are arranged rotating countershafts, and the radius of locations for attachment of the blades relative to the secondary axis of the rotor smaller than the radius location of the minor axes of the rotors with respect to the axis of the main rotor.
2. Ротор двойного вращения для циклоидного пропеллера, по п. 1 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что кинематическое соединение второстепенных ро- торов с приводным валом, выполняется через шестеренчатые передачи, а именно, на расположенном на оси главного ротора центральном валу жестко закреплена центральная шестерня, входящая в зацепление с шестернями, за- крепленными на ступицах второстепенных роторов через паразитные шес- терни. 2. Double rotor for a cycloid propeller, according to claim 1, that the kinematic connection of the secondary rotors with the drive shaft is performed through gears, namely, on the axis The main rotor of the central shaft is rigidly fixed to the central gear, which engages with the gears mounted on the hubs of the secondary rotors through parasitic gears.
3. Ротор двойного вращения для циклоидного пропеллера, по п. 1 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что по обеим сторонам ступиц второстепенных ро- торов на промежуточных валах жестко закреплено по одному зубчатому ко- лесу. 3. The rotor of double rotation for a cycloid propeller, according to claim 1, which means that on both sides of the hubs of the secondary rotors on the intermediate shafts are rigidly fixed on one toothed wheel.
4. Ротор двойного вращения для циклоидного пропеллера, по п. 1 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что центральный вал со стороны привода ступицы главного ротора жестко закреплен на червячном приводе с сервоприводом управления вектора тяги.
4. Double rotor for a cycloid propeller, according to claim 1, that the central shaft from the drive side of the main rotor hub is rigidly fixed on the worm drive with a servo drive control thrust vector.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KZ2017/0556.1 | 2017-06-27 | ||
KZ20170556 | 2017-06-27 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2019004807A1 true WO2019004807A1 (en) | 2019-01-03 |
Family
ID=64741782
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/KZ2017/000021 WO2019004807A1 (en) | 2017-06-27 | 2017-10-11 | Dual-rotation rotor for a cycloidal propeller |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
WO (1) | WO2019004807A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113086149A (en) * | 2021-05-13 | 2021-07-09 | 鸿蒙海工(大庆)科技有限公司 | Multi-link mechanism based on VSP novel cycloidal propeller |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2060203C1 (en) * | 1992-03-17 | 1996-05-20 | Виталий Григорьевич Федчишин | Cycloidal propeller |
RU2147545C1 (en) * | 1998-06-25 | 2000-04-20 | Бешок Михаил Профирьевич | Method of motion of lifting surface in fluid medium and device for realization of this method ("fly" and "fan" versions) |
RU2179521C2 (en) * | 1996-09-17 | 2002-02-20 | С.П.Н. С.Р.Л. | Marine propulsor with vertical axis located transversely relative to direction of flow at constant controllable orientation of blades |
US6932296B2 (en) * | 2003-10-21 | 2005-08-23 | Information Systems Laboratories, Inc. | Cycloidal VTOL UAV |
-
2017
- 2017-10-11 WO PCT/KZ2017/000021 patent/WO2019004807A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2060203C1 (en) * | 1992-03-17 | 1996-05-20 | Виталий Григорьевич Федчишин | Cycloidal propeller |
RU2179521C2 (en) * | 1996-09-17 | 2002-02-20 | С.П.Н. С.Р.Л. | Marine propulsor with vertical axis located transversely relative to direction of flow at constant controllable orientation of blades |
RU2147545C1 (en) * | 1998-06-25 | 2000-04-20 | Бешок Михаил Профирьевич | Method of motion of lifting surface in fluid medium and device for realization of this method ("fly" and "fan" versions) |
US6932296B2 (en) * | 2003-10-21 | 2005-08-23 | Information Systems Laboratories, Inc. | Cycloidal VTOL UAV |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113086149A (en) * | 2021-05-13 | 2021-07-09 | 鸿蒙海工(大庆)科技有限公司 | Multi-link mechanism based on VSP novel cycloidal propeller |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2018111059A1 (en) | Rotating-blade propeller and mechanism for changing the pitch of blades of a cycloid propeller | |
US10053201B2 (en) | Method and apparatus in an electric propulsion arrangement of a sailing vessel | |
JP6357618B2 (en) | Electric drive / control device for variable pitch rotor | |
WO2020207337A1 (en) | Coaxial contra-rotating circumferential propeller | |
EP2907747A1 (en) | Cyclic pitch actuation system for counter-rotating propellers | |
JP4034836B2 (en) | A device that can be used as a positive maneuvering mechanism independently by main power for ships | |
CN107013649B (en) | Propulsion device, the transporting equipment including this propulsion device and plate carrier | |
US3134443A (en) | Drive and mounting for cycloidal propeller | |
JP2023550893A (en) | Vertical rise/horizontal fall rotating flapping flight device | |
CN100534858C (en) | Double-vane propeller | |
US20180086443A1 (en) | Variable ratio gearbox for a rotary wing aircraft tail rotor | |
WO2019004807A1 (en) | Dual-rotation rotor for a cycloidal propeller | |
WO2018016932A1 (en) | Mechanism for altering the pitch of a cycloidal propeller | |
JP5023330B2 (en) | Rotating blade mechanism, power generation device using the rotating blade mechanism, and moving device | |
KR102328977B1 (en) | A multi-drive variable propulsion system for ships | |
US5954479A (en) | Twin engine, coaxial, dual-propeller propulsion system | |
CN102358410A (en) | Three-dimensional vector thrusting device for submersible | |
RU2520821C2 (en) | Vertical take-off and landing aircraft | |
RU2380287C2 (en) | "turbolet-m2" aircraft | |
US10941836B2 (en) | Rotorcraft internal transfer member transmission | |
JP2007230535A (en) | Counter-rotating propeller | |
JP2008304048A (en) | Gear mechanism of high speed reduction ratio | |
RU2263605C1 (en) | Propulsor | |
RU2814979C1 (en) | Manned vtol aircraft with annular wing and motor-wheel drive | |
KR100389624B1 (en) | Vessel devices that can be used as active, independent maneuvering mechanisms by main power |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 17915989 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 17915989 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |