СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ Российский патент 1998 года по МПК B64C23/06 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к аппаратам, находящимся в вязкой текучей среде.

Известен способ увеличения подъемной силы крыла по п. США 3831885, кл. B 64 C 9/28, B 64 C 23/06, 1974, заключающийся в увеличении подъемной силы, образованной разностью давлений, действующих на противоположные стороны крыла обтекаемого потоком вязкой текучей среды, путем обеспечения разности скоростей частей потока, обтекающих противоположные стороны этого крыла, за счет отрыва части потока, обтекающего одну из сторон крыла с образованием нового профиля, часть контура которого образована внешней границей вихрей, образующихся в зоне отрывных течений, и обеспечения безотрывности обтекания крыла с новообразованным толстым профилем.

При этом устойчивость вихрей обеспечивают путем повышения неравномерности поля давлений внутри отрывной зоны за счет повышения давления в части последней, например, вдувая в отрывную зону струи воздуха, а поворот оторванной части потока происходит в результате расширения самого потока при замедлении частиц последнего под действием положительного градиента давления (как и при безотрывном обтекании "жесткого" профиля).

Недостатками известного способа являются низкий КПД и незначительный диапазон применения.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в расширении диапазона применения и повышения КПД.

Указанная задача решается тем, что в способе создания подъемной силы на поверхности, находящейся в вязкой текучей среде, заключающемся в создании разности давлений, действующих на противоположные стороны этой поверхности, путем образования по крайней мере на части площади поверхности слоя частиц вязкой текучей среды, движущихся на расстоянии от последней, и поворота по крайней мере части слоя в направлении поверхности. Поворот по крайней мере части слоя осуществляют путем понижения давления в по крайней мере части области, ограниченной с одной стороны слоем, а с другой - частью поверхности. По крайней мере часть слоя образуют путем обтекания поверхности потоком вязкой текучей среды, одновременного отрыва, по крайней мере части потока и вдува, по крайней мере одной струи вязкой текучей среды под углом поверхности. Понижение давления в по крайней мере части упомянутой области осуществляют путем изъятия из последней части вязкой текучей среды. Изъятие части вязкой текучей среды из упомянутой области осуществляют путем отклонения части поверхности. Изъятие части вязкой текучей среды из упомянутой области осуществляют путем эжектирования. Эжектирование части вязкой текучей среды из упомянутой области осуществляют путем эжектирующего действия слоя и по крайней мере одной дополнительной струи вязкой текучей среды. Слой частиц вязкой текучей среды образуют на нижней стороне поверхности.

На фиг. 1 изображен общий вид поверхности, находящейся в вязкой текучей среде, например газовой, при отсутствии потока, обтекающей ее, с образованием слоя частиц вязкой текучей среды движущихся на расстоянии от поверхности путем выдува под углом к последней плоской струи вязкой текучей, например, газовой среды и поворота слоя в направлении поверхности путем понижения давления в области, ограниченной с одной стороны слоем, а с другой частью поверхности. При этом понижение давления в упомянутой области осуществляют путем изъятия из последней части вязкой текучей, например газовой, среды. Изъятие части газа из упомянутой области осуществляют путем эжектирования. Эжектирование части газа из упомянутой области осуществляют путем эжектирующего действия слоя и одной дополнительной струи вязкой текучей, например, газовой среды. Изъятие части газа из упомянутой области осуществляют путем отклонения части поверхности.

На фиг. 2 изображен общий вид поверхности, обтекаемой потоком вязкой текучей, например газовой среды, с образованием слоя частиц вязкой текучей среды движущихся на расстоянии от поверхности путем одновременного отрыва части потока, обтекающего поверхность и выдува под углом к последней струи, например, газа. Поворот слоя в направлении поверхности осуществляют путем понижения давления в области, ограниченной с одной стороны слоем, а с другой частью поверхности. При этом понижение давления в упомянутой области осуществляют путем изъятия из последней части вязкой текучей, например, газовой среды. Изъятие части газа из упомянутой области осуществляют путем эжектирования. Эжектирование части газа из упомянутой области осуществляют путем эжектирующего действия слоя и одной дополнительной струи вязкой текучей, например, газовой среды. Изъятие части газа из упомянутой области осуществляют путем отклонения части поверхности.

На фиг. 1 схематично изображено, например, крыло 1, находящееся в газовой среде, имеющей полное давление P*∞

, при отсутствии потока, обтекающего его. На верхней поверхности A в передней части профиля размещают вдоль размаха плоское сопло 2.

Плоская струя 3, например, газа, выдуваемая из сопла 2 под углом γ к поверхности A крыла 1, образует слой 4 частиц вязкой текучей среды, движущихся на расстоянии от поверхности A крыла 1. При этом образуется область B, ограниченная с одной стороны поверхностью A крыла 1, а с другой - слоем 4 (показан сплошной линией).

В поперечном направлении на слой 4 действуют со стороны, окружающей вязкой текучей, например газовой, среды полное давление P*∞

, а со стороны среды, находящейся внутри области B давление P_в. Поворот слоя 4 в направлении поверхности A крыла 1, т.е. изменение направления и величины скорости частиц, его составляющих, осуществляют за счет обеспечения относительного понижения давления в области B (т.е. P*∞ > P_в ), которое осуществляют путем изъятия из последней части вязкой текучей среды. При этом по мере поворота слоя 4 в направлении поверхности A крыла 1 (новое положение слоя 4 показано пунктирной линией) затрудняется поступление газа из внешней среды в область B за счет уменьшения площади контакта последней с внешней средой.

Изъятие среды из области B осуществляют, например, путем эжектирующего действия слоя 4 и дополнительной, например, газовой струи 5. Эжектирующее действие струи 5 заключается в захватывании частицами струи 5 частиц газа 6, находящегося в области В, за счет сил трения и уноса их из области В за счет кинетической энергии частиц струи 5.

Давление в области B - P_в зависит от соотношения поступающего 7 и изымаемого 6 объемов сред.

Изъятие среды из области B осуществляют, например, путем отклонения части крыла 1 выполненной, например, в виде закрылка 8 в направлении поверхности C крыла 1 (противоположной поверхности A). При этом частицы газа 7, находящиеся вблизи поверхности C крыла 1, для попадания в область B вынуждены огибать часть 8 крыла 1.

Поскольку давление, действующее на противоположную поверхности A поверхность C крыла 1 и равное полному давлению окружающей вязкой текучей, например газовой, среды P*∞

, больше давления, действующего на поверхность A крыла 1 и равного давлению среды, находящейся внутри области B - P_в, образуется подъемная сила Y.

На фиг. 2 схематично изображено, например, крыло 1, обтекаемое со скоростью V_∞ потоком 9 вязкой текучей, например газовой, среды с полным давлением P*∞

. На верхней поверхности A в передней части профиля размещают вдоль размаха плоское сопло 2. При этом сопло 2 выполнено так, что его часть 10 выступает за обводы крыла 1 над поверхностью A крыла 1.

Часть потока, обтекающая часть 10 сопла 2, отрывается от поверхности A крыла 1, образуя слой 11 (показан сплошной линией) частиц вязкой текучей среды, движущихся на расстоянии от поверхности A крыла 1, а плоская струя 3, например газа, выдуваемая из сопла 2 под углом γ к поверхности A крыла 1, образует слой 12 (показан сплошной линией) частиц вязкой текучей среды, движущихся на расстоянии от поверхности A крыла 1. По мере удаления от поверхности A крыла 1 слои 11 и 12 за счет турбулентного смешения образуют слой 13.

В поперечном направлении на слой 13 действуют со стороны окружающей вязкой текучей, например газовой, среды статическое давление P₁, а со стороны среды, находящейся внутри области B давление P_в. Поворот слоя 13 в направлении поверхности A крыла 1, т.е. изменение направления и величины скорости частиц, его составляющих, осуществляют за счет обеспечения относительного понижения давления в области B (т.е. P₁ > P_в), которое осуществляют путем изъятия из последней части вязкой текучей среды. При этом по мере поворота слоя 13 в направлении поверхности A крыла 1 (новое положение слоя 13 показано пунктирной линией) затрудняется поступление газа из внешней среды в область B за счет уменьшения площади контакта последней с внешней средой.

Изъятие среды из области B осуществляют, например, путем эжектирующих действий слоя 13 и дополнительной, например газовой, струи 14. Эжектирующее действие струи 14 заключается в захватывании частицами струи 14 частиц газа 15, находящегося в области B, за счет сил трения и уноса их из области B за счет кинетической энергии частиц струи 14.

Давление в области B - P_в зависит от соотношения поступающего 16 и изымаемого 15 объемов сред.

Изъятие среды из области B осуществляют, например, путем отклонения части крыла 1 выполненной, например, в виде закрылка 8 в направлении поверхности C крыла 1 (противоположной поверхности A). При этом частицы газа 16, находящиеся вблизи поверхности C крыла 1, для попадания в область B вынуждены огибать часть 8 крыла 1.

Разность давления, действующего на крыло 1 со стороны области B - P_в, и давления, действующего на крыло 1 со стороны поверхности C - P₂, образует подъемную силу Y.

Данный способ работоспособен и при использовании в качестве вязкой текучей среды жидкости.

Слой 4, 11, 12, 13 частиц вязкой текучей среды, движущихся на расстоянии от поверхности крыла 1, можно образовать и на нижней стороне крыла 1.

Использование: изобретение относится к машиностроению и касается конструирования и технологии создания устройств, обеспечивающих получение подъемной силы аппаратов. Сущность изобретения: при реализации способа создания подъемной силы на поверхности, находящейся в вязкой текучей среде, заключающегося в создании разности давлений, действующих на противоположные стороны этой поверхности, путем образования на части площади этой поверхности слоя частиц вязкой текучей среды, движущихся на расстоянии от последней, и поворота по крайней мере части слоя в направлении поверхности, согласно изобретению поворот по крайней мере части слоя осуществляют путем понижения давления в по крайней мере части области, ограниченной с одной стороны слоем, а с другой частью поверхности. При реализации такого способа по крайней мере часть слоя могут образовывать путем обтекания поверхности потоком вязкой текучей среды и одновременного отрыва по крайней мере части этого потока, обтекающего поверхность, и вдува по крайней мере одной струи вязкой текучей среды под углом к поверхности. Технический результат от реализации изобретения заключается в расширении диапазона применения и повышении эффективности способа создания подъемной силы. 6 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ создания подъемной силы на поверхности, находящейся в вязкой текучей среде, заключающийся в создании разности давлений, действующих на противоположные стороны этой поверхности, путем образования на части площади этой поверхности слоя частиц вязкой текучей среды, движущихся на расстоянии от последней, и поворота по крайней мере части слоя в направлении поверхности, отличающийся тем, что поворот по крайней мере части слоя осуществляют путем понижения давления в по крайней мере части области, ограниченной с одной стороны слоем, а с другой - частью поверхности. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере часть слоя образуют путем обтекания поверхности потоком вязкой текучей среды и одновременного отрыва по крайней мере части потока вязкой текучей среды, обтекающего поверхность, и вдува по крайней мере одной струи вязкой текучей среды под углом к поверхности. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что понижение давления в по крайней мере части упомянутой области осуществляют путем изъятия из последней части вязкой текучей среды. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что изъятие части вязкой текучей среды из упомянутой области осуществляют путем отклонения части поверхности. 5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что изъятие части вязкой текучей среды из упомянутой области осуществляют путем эжектирования. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что эжектирование части вязкой текучей среды из упомянутой области осуществляют путем эжектирующего действия слоя и по крайней мере одной дополнительной струи вязкой текучей среды. 7. Способ по пп.1 - 6, отличающийся тем, что слой частиц текучей вязкой среды образую на нижней стороне поверхности.