ДВИЖИТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК B64C27/20 B63H1/02 

Изобретение относится к устройствам для перемещения тел в воздушной или водной среде, в частности для создания аэродинамической подъемной силы (тяги), и может быть использовано для перемещения аппаратов тяжелее воздуха в воздушном пространстве, а также для перемещения судов в водной среде.

Известны движители летательных аппаратов, представляющие собой воздушные винты с вертикальной осью (патент США 3002712, 244-17.23, 1961; патент США 3889902, 244-17.23, 1975), в частности воздушный винт, помещенный в цилиндрический корпус (патент США 3276723, 244-12.2, 1966; патент РФ 2001836, В 64 С 27/08, 1993). Для этих движителей величина тяги на единицу поверхности движителя (лопастей винта) относительно невелика, составляя порядка 0,02-0,05 кгс/см², что обусловливает значительные размеры движителя, необходимые для обеспечения требуемой грузоподъемности аппарата.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является движитель для перемещения в воздушной среде, содержащий усеченный конус, имеющий отверстие в верхней части и расширяющийся книзу, жестко соединенный с конусом диск, расположенный в нижней части конуса и образующий с конусом кольцевой зазор, и соосное конусу и диску рабочее колесо, содержащее радиальные лопатки и втулку для соединения с приводом, причем лопатки рабочего колеса выполнены с минимальным зазором относительно внутренней поверхности конуса, и их рабочие поверхности перпендикулярны плоскости вращения колеса (патент РФ 2153442, В 64 С 27/20, 2000). Этот движитель создает тяговое усилие при вращении рабочего колеса с лопатками внутри корпуса, образованного конусом и диском, и позволяет по сравнению, например, с винтом вертолета в несколько раз повысить величину тяги на единицу поверхности движения (лопаток). Так, в примере, приведенном в описании к патенту, движитель, содержащий 4 лопатки радиусом 4 м при окружной скорости 100 м/с, создает тягу 4800 кгс. Ширина лопатки по конструктивным соображениям должна быть равна 0,3-0,5 м (эта величина в примере не приведена). Поверхность лопаток составит соответственно 4,8-8,0 м², и величена тяги на единицу поверхности движителя - 0,1-0,06 кгс/см².

Для создания аппаратов повышенной грузоподъемности предложен движитель для перемещения в воздушной и водной среде, отличающийся тем, что с целью достижения максимальной тяги движитель снабжен тяговой тарелкой, служащей для поворота радиального потока среды, создаваемого вращающимися относительно среды лопатками, из радиального направления в направление, близкое к осевому (причем угол между юбкой тарелки и осью ротора составляет 10-25 градусов).

Движитель состоит из ротора и статора. Статором является тяговая тарелка, выполненная в виде усеченного конуса с крышкой, имеющей в верхней части отверстие всаса, и расширяющейся к низу под углом 10-25 градусов. Ротор состоит из диска с приваренными под прямым углом радиальными лопатками.

Лопатки ротора меньше радиуса диска на величину радиуса монтажного отверстия, имеющегося в центре диска. Лопатки могут быть и меньше вышеозначенной длины. Предусмотрено два варианта работы тарельчатого движителя.

1. Между крышкой конуса и лопатками ротора имеется минимальный зазор 0,1-0,5 мм. Конус жестко соединен с корпусом судна ротор соединен с приводным валом через монтажное отверстие. При вращении ротора, внутри конуса, создается тяговое усиление до 3 кгс/см². Расстояние между ротором и юбкой тяговой тарелки (боковой стенки корпуса) больше 10 мм. Окно всаса регулируется.

2. Верхняя кромка лопаток ротора приварена к крышке конуса. Через монтажное отверстие в центре диска ротора осуществляется соединение конструкции с валом вращения. Движитель создает тяговое усилие до 3 кгс/см² при вращении всей конструкции в воздушной или в водной среде. Расстояние между боковой стенкой конуса и ротора больше 10 мм. Окно всаса регулируется.

В первом случае движитель создает тяговое усилие при вращении ротора внутри статора.

Во втором случае движитель создает тяговое усилие при вращении всей конструкции в воздушной или водной среде.

Предварительные испытания в мягком режиме дали следующие результаты.

У "Миля" - 1 л.с. поднимает в воздух 2,2 кг.

У роторного, лопаточного движителя, снабженного тяговой тарелкой, - 1 л. с. поднимает в воздух 11 кг.

Технический результат, который возникает при использовании предложенной конструкции, состоит в том, что, как было обнаружено при испытании образцов, она обеспечивает гораздо более высокую, чем известные величину тяги на единицу поверхности лопаток - до 3 кгс/см². Это создает условие для конструирования летательных аппаратов и судов большой грузоподъемности с компактным, легким, мощным движителем или несколькими движителями, которые в силу своей компактности, легко размещаются на корпусе летательного аппарата или судна, позволяет создать изделия перемещающиеся в воздухе, по воде, под водой, т.е. универсальные летательные аппараты воздух - вода - воздух. Угол между осью и образующей конуса составляет 10-25 градусов это обеспечивает безударное изменение направлении потока среды (от радиального до близкого к осевому). Лопатки, используемые в данной конструкции движителя, могут быть различной формы: например, радиальными или криволинейными. Поверхность лопаток в зависимости от требований может изготовляться по, например, технологии "сухого зеленого горошка" - многократно увеличивая поверхность рабочей части лопаток при прочих равных геометрических параметрах.

Сущность изобретения иллюстрируется фиг.1, 2, на которых дан схематический чертеж предлагаемого движителя в разрезе и плане. В соответствии с фиг.1, 2 предлагаемый движитель включает: тяговую тарелку (усеченный конус 1 с крышкой 2 и отверстием 3 в центре тяговой тарелки). Диск 4 с приваренными к нему лопатками 7, монтажным отверстием 3 является ротором движителя. Верхняя кромка лопаток 7 ротора имеет зазор 0,1-0,05 мм между крышкой тяговой тарелки. Через втулку 5 ротор соединяется с приводом 6. Вращаясь внутри конуса, ротор создает тяговое усилие.

Верхняя кромка лопаток 7 приварена к внутренней поверхности крышки тяговой тарелки, жесткая конструкция соединена с приводом 6. Тяговое усилие создается при вращении всей конструкции в воздушной или водной среде. В зависимости от конкретных параметров создаваемого изделия, для которого предназначен движитель, число лопаток может быть различным, например от 4 до 20.

Движитель работает следующим образом. При его вращении в воздушной или водной среде внутри конуса образуется пониженное давление (по сравнению с давлением окружающей среды). При этом величина давления уменьшается в направлении от оси вращения к периферии лопаток. Воздушная или водная среда всасывается в отверстие крышки 2 и, двигаясь ускоренно в межлопаточных каналах, приобретает радиальную скорость. Поток среды при этом приобретает направление, близкое к осевому, что и создает тягу. Благодаря небольшому углу между осью и образующей конуса (например, 10-25 градусов), изменение направления потока происходит безударно.

Изображенный на фиг.1, 2 движитель с лопатками радиусом 0,4 м и шириной 0,1 м, имеющими суммарную поверхность 0,16 м², с числом оборотов 100 с^-1 степени (окружная скорость 150 м/с) создает тягу величиной 3 кгс/см², что отвечает суммарному тяговому усилию 3•0,16•10⁴ = 4800 кг.

Изобретение относится к устройствам для перемещения тел в воздушной или водной среде. Движитель содержит корпус, выполненный в виде усеченного расширяющегося книзу конуса, расположенный в нижней части корпуса и образующий с ним кольцевой зазор диск с перпендикулярными плоскости диска лопатками и втулкой для их соединения с приводом. Корпус имеет крышку с отверстием для всасывания среды, причем лопатки жестко соединены с диском. Корпус может быть соединен с лопатками через крышку. Угол между осью и образующей конуса корпуса для воздушной среды может составлять 10^o, а для водной среды - 25^o. Изобретение позволяет повысить грузоподъемность летательного аппарата или судна за счет увеличения тяги на единицу поверхности лопаток. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Движитель для перемещения в воздушной или водной среде, содержащий корпус, выполненный в виде усеченного расширяющегося книзу конуса, расположенный в нижней части корпуса и образующий с ним кольцевой зазор диск, с перпендикулярными плоскости диска лопатками и втулкой для их соединения с приводом, отличающийся тем, что корпус имеет крышку с отверстием для всасывания среды, причем лопатки жестко соединены с диском. 2. Движитель по п. 1, отличающийся тем, что корпус соединен через крышку с лопатками. 3. Движитель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что угол между осью и образующей конуса составляет 10^o предпочтительно для воздушной среды. 4. Движитель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что угол между осью и образующей конуса составляет 25^o предпочтительно для водной среды.