ЛОПАСТЬ ВОЗДУШНОГО ВИНТА Российский патент 1997 года по МПК B64C11/16 B64C27/46 

Изобретение относится к лопастям воздушных и несущих винтов, преобразующих энергию работы двигателя в силу тяги или в подъемную силу, применяемых в летательных аппаратах, аэросанях и других устройствах и вентиляторах.

Серийно выпускаемые лопасти воздушных винтов [1] обладают тем недостатком, что профили их дужек проектируются по данным экспериментов без теоретического обоснования кривизны передней кромки и спинки в зависимости от скорости набегающего потока, и увеличения скорости при огибании спинки, а передние и задние плоскости делаются выпуклыми, а поэтому лопасть, в целом, не развивает той возможной тяги, или подъемной силы, которую она могла бы дать от затраченной энергии двигателя.

Лопасть [2] принятая за прототип, образована передней, задней и лобовой плоскостями, с острыми углами передней и задней кромок, и закругленной спинкой по радиусу r, определяемого по скорости V набегающего потока, по формуле r = v²/ω.

Недостаток конструкции прототипа и формулы в том, что не учитывается увеличение скорости потока от перепада давления между лобовой поверхностью и передней поверхностью, а поэтому у нее не может быть высокого КПД.

Сущность изобретения в том, что поверхность спинки выгнута по радиусу r определяемого по формуле r_i= K2i

v2i/ω, который в комле пера, при минимальной скорости набегающего потока V_o равен радиусу закругления передней кромки R_o, центр которого располагается на расстоянии a_i от дуги радиуса r_i, и на расстоянии a_i от продолжения задней плоскости, и на расстоянии C_i от точки пересечения дуги радиуса r_i с продолжением задней плоскости, и определяется по формуле R_i= a_i-0,2a_i, дуга которого сопрягается кривой с дугой r_i и задней плоскостью, коэффициент k_i по формуле K_i 1 + 0,6565•Z_i, угол γ_i= 9^°+6^°•Z_i, толщина профилей дужек C_i
,
где Z_i (V₃ V_i)/(V₃ V_o);
r_i радиус закругления спинки в метрах;
K_i коэффициент увеличения скорости над спинкой;
V_i скорость набегающего потока в м/с;
ω ускорение частиц воздуха, равное 109000 м/с²;
V_o минимальная скорость набегающего потока;
r_o R_o радиусы закругления спинки и передней кромки при минимальной скорости набегающего потока;
V₃ скорость набегающего потока на конце пера лопасти или равная скорости звука.

На фиг. 1 показана лопасть воздушного винта с наложенными сечениями дужек по радиусам R_i от центра вращения. Крутка пера лопасти условно непоказана.

На фиг. 2 показан в увеличенном масштабе профиль дужки по сечению R₄ с обозначениями.

Лопасть воздушного винта, включающая переднюю 1 и заднюю 2 плоскости, пересекающиеся под острым углом g на задней кроме 3 и сопрягаемые с ними поверхностями спинки 4 и передней кромки 5, выгнутые по радиусам r и R.

Поверхность спинки 4 выгнута по радиусу r, определяемого по формуле r_i= K2i

v2i/ω который в комле пера, при минимальной скорости набегающего потока V_o, равен радиусу закругления передней 5 кромки R_o, центр которого располагается на расстоянии a_i от дуги радиуса r_i, на расстоянии a_i от продолжения задней плоскости 2, и на расстоянии c_i от точки пересечения дуги радиуса r_i с продолжением задней 2 плоскости, и определяется по формуле R_i a_i 0,2a_i, дуга которого сопрягается кривой с дугой r_i и задней 2 плоскостью, коэффициент K_i по формуле K_i 1 + 0,6565•Z_i, угол толщина профилей дужек

Скорость набегающего потока V_i на дужки возрастает линейно от комля R₂ к периферии, и достигает максимальной величины на конце пера. При этом на передней кромке 5 создается давление, а над плоскостью 1 и спинкой 4 разряжение.

А поскольку зона повышенного давления на лобовой поверхности 5 располагается рядом с зоной разряжения 1, то поток частиц, от перепада давления, будет устремляться из зоны давления в зону разряжения с повышенной в K_i раз скоростью и, огибая спинку 4, порождает на ней, в пограничном слое, разряжение близкое к вакууму.

Сила тяги определяется величиной разряжения на спинке 4 и передней стороне 1, и давлением от скоростного напора на задней 2 стороне плоскости.

Преимущество изобретенной конструкции, по сравнению с известной, заключается в том, что наиболее точная форма профилей дужек, дает максимальный эффект тяги или подъемной силы.

Специалисты Воронежского КБ АНТК имени А.Н. Туполева, решили по вышеизложенному сделать опытный образец и испытать в действии.

Источники информации
1. Александров В.Л. Воздушные винты. Гос. изд. оборон. пром. М. 1951.

2. Патент России N 2015062, B 64 C 11/00. 1991.

Использование: изобретение относится к воздушным винтам летательных аппаратов, аэросаней и прочих устройств. Сущность изобретения: лопасть воздушного винта включает переднюю и заднюю плоскости, пересекающиеся под острым углом γ на задней кромке, и сопрягаемые с ними поверхности спинки и передней кромки, выгнутые по радиусам r и R. Поверхность спинки выгнута по радиусу r, определяемому по формуле r = K²v²/ω , который в комле пера, при минимальной скорости набегающего потока V_o, равен радиусу закругления передней кромки R_o. 2 ил.

Лопасть воздушного винта, включающая переднюю и заднюю плоскости, пересекающиеся под острым углом γ на задней кромке и сопрягаемые с ними поверхности спинки и передней кромки, вытянутые по радиусам r и R, отличающаяся тем, что поверхность спинки выгнута по радиусу r, определяемому по формуле
r = K²v²/ω,
который в комле пера при минимальной скорости набегающего потока v₀ равен радиусу закругления передней кромки R₀, центр которого располагается на расстоянии a от дуги радиуса r и на расстоянии a от продолжения задней плоскости и на расстоянии c от точки пересечения дуги радиуса r с продолжением задней плоскости и определяется по формуле R a - 0,2a, дуга которого сопрягается кривой с дугой r и задней плоскостью, коэффициент К по формуле К 1 + 0,6565 • Z, угол γ = 9^°+6^°•Z, толщина профилей дужек

где Z (v₃ v_i) / (v₃ v₀;
r радиус закругления спинки, м;
К коэффициент увеличения скорости над спинкой;
v скорость набегающего потока, м/с;
ω - ускорение частиц воздуха, 109000 м/с²;
v₀ минимальная скорость набегающего потока, м/с;
r₀ и R₀ радиусы закругления спинки и передней кромки при минимальной скорости набегающего потока;
v скорость набегающего потока на конце пера лопасти или равная скорости звука.