ДВИЖИТЕЛЬ ДЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ ИЛИ ПЛАВУЧИХ АППАРАТОВ Российский патент 1997 года по МПК B63H1/04 B63H5/04 B64C27/32 

Изобретение относится к области авиации и судостроения и может быть использовано на летательных аппаратах, аппаратах на воздушной подушке, экранопланах, гидролетов, морских и речных судах.

Известен принятый в качестве ближайшего аналога движитель, содержащий по меньшей мере один расположенный горизонтально или наклонно к горизонтали винт с лопастями, соединенный посредством привода с двигателем.

Изобретение предназначено для решения задачи увеличения коэффициента полезного действия движителя за счет использования сил сопротивления вращению лопастей и энергии индуктивного закрученного осевого потока жидкости или газа, а также возможности регулировки по величине подъемной и движущей силы.

Поставленная задача достигается тем, что движитель, имеющий по крайней мере один горизонтально или наклонно расположенный, полностью или частично погруженный в поток жидкости или газа винт, приводимый во вращение с использованием мощности двигателя, содержащий отступающие и наступающие лопасти относительно набегающего на винт потока жидкости или газа при поступательном перемещении движителя, содержит направляющий компенсатор, соединенный с корпусом аппарата и расположенный асимметрично относительно оси винта за лопастями на одной половине диска винта.

Направляющий компенсатор выполнен в виде спрямляющего аппарата с лопатками, установленными по нормали или под углом к диску винта.

Направляющий компенсатор выполнен в виде радиального или радиально-осевого отвода (отводов) с выходным соплом (соплами).

Направляющий компенсатор выполнен в виде отвода в канал подъемного комплекса аппарата на воздушной подушке.

На фиг.1 изображен движитель с направляющим компенсатором, выполненным в виде спрямляющего аппарата, вид сверху; на фиг.2 разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез по Б-Б на фиг. 1, соответствует спрямляющему аппарату, содержащему вертикально расположенные спрямляющие лопатки; на фиг. 4 разрез по Б-Б на фиг. 1, соответствует спрямляющему аппарату, содержащему отклоняющие лопатки; на фиг. 5 план скоростей и сил на элементе отступающей лопасти винта; на фиг. 6 план скоростей и сил на элементах наступающей лопасти винта и спрямляющей лопатки спрямляющего аппарата; на фиг. 7 движитель с направляющим компенсатором, выполненным в виде радиальных отводов с выходами соплами, вид сверху; на фиг. 8 разрез по Б-Б на фиг. 7; на фиг. 9 разрез по Г-Г на фиг. 7; на фиг. 10 движитель с направляющим компенсатором, выполненным в виде отвода в канал подъемного комплекса аппарата на воздушной подушке, вид сверху; на фиг. 11 разрез по Д-Д на фиг. 10; на фиг. 12 - разрез по Е-Е на фиг.10.

Движитель (фиг.1-6) имеет винт 1, содержащий отступающие 2 и наступающие 3 лопасти относительно набегающего на винт 1 потока 4 жидкости или газа при поступательном перемещении движителя, показанным стрелкой 5, и направляющий компенсатор, выполненный в виде спрямляющего аппарата 6, соединенного с корпусом 7 аппарата. Спрямляющий аппарат 6 содержит продольную спрямляющую пластину 8 и соединенные с ней поперечные спрямляющие лопатки (профили) 9, которые жестко соединены с корпусом 7 аппарата, или отклоняющие лопатки 10, которые могут соединяться как жестко, так и с возможностью поворота для изменения угла наклона с помощью привода. Винт 1 зафиксирован с помощью вала неподвижно в вертикальной и горизонтальной плоскости относительно спрямляющего аппарата 6 с возможностью вращения в направлении, показаннjм стрелкой 11
Движитель работает следующим образом. При вращении винта 1 двигателем каждый элемент лопастей 2, 3 (фиг. 5, 6), имеющий окружную скорость V_o, связанную с вращением винта, при поступательном перемещении движителя со скоростью V_p работает как элемент крыла, обтекаемого набегающим потоком 4 жидкости или газа со скоростью V_i под углом атаки α. При этом потоку передается энергия от двигателя, в результате чего индуктивный (вызванный) поток от лопастей приобретает осевую W_a и окружную W_t вызванные скорости, а на каждом элементе лопасти возникают подъемная сила элемента d_y и сила профильного сопротивления d_x, направленные нормально и вдоль вектора средней скорости натекания V_i потока. Сумма проекций этих сил на ось 12 вращения винта и перпендикулярную к ней ось 13, совпадающую с направлением окружной скорости V_o элемента лопасти, образует соответственно элементарные осевую полную аэро-гидродинамическую силу (упор, тягу) dP и касательную силу dT, являющуюся силой сопротивления вращению лопастей винта, которая определяет необходимый крутящийся момент и мощность двигателя при данной частоте вращения винта. Полная аэро-гидродинамическая сила P_н, равная сумме элементарных сил dP, касательная движущая сила T_н, равная сумма проекций на направление 5 перемещения движителя элементарных касательных сил dT и приложенная через вал винта 1 к корпусу 7, и индуктивная скорость W_н, создаваемые наступающими лопастями, равны по величине при отсутствии перемещения и больше соответствующих сил P_o, T_o и индуктивной скорости W_o, создаваемых отступающими лопастями, при перемещении движителя со скоростью V_p, причем касательные движущие силы T_н и T_o противоположны по направлению. Индуктивный поток от отступающих лопастей свободно отбрасывается ими, а индуктивный поток от наступающих лопастей поступает в направляющий конденсатор, выполненный в виде спрямляющего аппарата 6, имеющего поперечные спрямляющие лопатки (профили) 9, каждый элемент которых также работает как элемент крыла, обтекаемого со скоростью W_нi под углом атаки a_с. На каждом элементе лопатки 9 возникает подъемная сила dy_c и сила профильного сопротивления dx_c, направленные нормально и вдоль вектора средней скорости W_нi потока. Сумма проекций этих сил на направление оси 12 вращения винта 1 и на направление 5 поступательного перемещения движителя образует осевую результирующую элементарную силу dP_c, а их сумма на лопатках (профилях) 9 результирующую силу P_c и компенсирующую элементарную силу dT_c, а их сумма - компенсирующую силу T_c. Таким образом, подъемная сила движителя, равная полной аэро-гидродинамической силе винта со спрямляющим устройством, равна:
P_д=P_о+P_н±P_с,
движущая сила предлагаемого движителя равна:
T_д=T_о-T_н+T_с,
а движущая сила предлагаемого движителя, имеющего в спрямляемом аппарате отклоняющие лопатки, на которых возникает дополнительная движущая сила отклоняющих лопаток T_от, равна:
T_д T_о T_н + T_с + T_от.

Движитель (фиг. 7 9) имеет винт 1 с отступающими 2 и наступающими 3 лопастями и направляющий компенсатор, выполненный в виде радиального отвода 14 с выходным соплом 15, имеющим направляющие лопатки 16, и заднего радиального отвода 17 с направляющими лопатками 18 и выходным соплом 19. Отводы соединены жестко с корпусом 7 аппарата и содержат нижнюю стенку 20, верхнюю стенку 21 и боковую стенку 22.

Движитель работает следующим образом. При вращении винта 1 на отступающих 2 и наступающих 3 лопастях создаются силы P_о, P_н, T_о, T_н. Однако в результате того, что индуктивный поток от наступающих лопастей 3 поступает в радиальные отводы 14, 17, где происходит, во-первых, радиальное течение потока, что уменьшает нормальную составляющую скорости натекания на лопасть, а во-вторых, в силу экранного эффекта движения лопасти 3 вблизи экрана, в качестве которого выступает нижняя стенка 20 отводов, давление на которую воспринимается корпусом 7 аппарата, в результате чего возникает реакция P нижней стенки 20, полная аэро-гидродинамическая сила P_н и касательная движущая сила T_н имеют меньшую величину по сравнению с несущим винтом и движителем, имеющим в качестве направляющего компенсатора спрямляющий аппарат. При вращении лопастей 3 в отводах возникающее от действия этих лопастей давление потока на боковую стенку 22 создает компенсирующую силу T_р, а за счет реакции вытекающего потока из сопел 15 и 19 создается движущая сила T_д. Таким образом, подъемная сила предлагаемого движителя равна:
P_д=P_о+P_н-P_р,
движущая сила предлагаемого движителя равна:
T_д=T_о-T_н+T _р+T_ц.

При этом по сравнению с обычным несущим винтом и движителем, имеющим в качестве направляющего компенсатора спрямляющий аппарат, дополнительно уменьшается сопротивление движителя и потребляемый наступающими лопастями 3 крутящий момент, что позволяет несколько увеличить число оборотов винта 1 для увеличения подъемной и движущей силы. Прежде всего от действия отступающих лопастей увеличить скорость аппарата при равной мощности двигателя.

Движитель (фиг. 10-12) имеет винт 1 с отступающими 2 и наступающими 3 лопастями и направляющий компенсатор, выполненный в виде отвода 23 в канал 24 подъемного комплекса аппарата на воздушной подушке. Отвод 23 жестко соединен с корпусом 7 аппарата и имеет разделительную продольную стенку 25 и боковую стенку 26.

Движитель работает следующим образом.

При вращении винта 1 на отступающих 2 и наступающих 3 лопастях создаются силы P_о, P_н, T _о , T_н. Индуктивный поток от наступающих лопастей 3 создает на боковой стенке 26 отвода 23 и на стенках канала 24 подъемного комплекса компенсирующую силу T_в, а на нижней стенке 27 канала 24 реакцию P_к, противоположную по направлению P_н. Этот поток за счет давления на большой площади воздушной подушки аппарата создает подъемную силу воздушной подушки P_вн. Индуктивный поток от отступающих лопастей 2 свободно проходит через продольную камеру 28 на выход из аппарата и к опорной поверхности 29, создавая подъемную силу воздушной подушки камеры P_во.

Таким образом, подъемная сила предлагаемого движителя равна:
P_д=P_о+P_h- P_к+P_вн+P_во,
движущая сила равна:
T_д=T_о-T_н+T_в.

Использование: летательные аппараты, аппараты на воздушной подушке, экранопланы, гидролеты, морские и речные суда. Сущность изобретения: в движителе, имеющем по крайней мере один горизонтально или наклонно расположенный, полностью или частично погруженный в поток жидкости или газа винт, приводимый во вращение двигателем, установлены отступающие и наступающие лопасти, направляющий компенсатор, соединенный с корпусом аппарата и взаимодействующий с индуктивным потоком от наступающих лопастей винта. Направляющий компенсатор выполнен: для увеличения подъемной или подъемной и движущей силы - в виде спрямляющего аппарата, расположенного под наступающими лопастями и содержащего спрямляющие или/и отклоняющие лопатки; для увеличения движущей силы и уменьшения сопротивления - в виде радиального или радиально-осевого отвода (отводов) с выходным соплом (соплами); для создания давления в воздушной подушке - в виде отвода в канал подъемного комплекса аппарата на воздушной подушке. 3 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Движитель для летательных или плавучих аппаратов, содержащий по меньшей мере один расположенный горизонтально или наклонно к горизонтали винт с лопастями, соединенный посредством привода с двигателем, отличающийся тем, что он содержит направляющий компенсатор, закрепленный на корпусе аппарата и расположенный асимметрично относительно оси винта за лопастями на одной половине диска винта. 2. Движитель по п. 1, отличающийся тем, что направляющий компенсатор выполнен в виде спрямляющего аппарата с лопатками, установленными по нормали или под углом к диску винта. 3. Движитель по п. 1, отличающийся тем, что направляющий компенсатор выполнен в виде по меньшей мере одного радиального или радиально-осевого отвода с выходным соплом. 4. Движитель по п. 1, отличающийся тем, что направляющий компенсатор выполнен в виде отвода в канал подъемного комплекса аппарата на воздушной подушке.