ЛОПАСТЬ ВОЗДУШНОГО ВИНТА Российский патент 2004 года по МПК B64C11/16 

Область применения: создание воздушных винтов летательных аппаратов, устройств, преобразующих энергию вращения для создания потока воздуха, энергию потока воздуха в механическую энергию.

Предложена лопасть воздушного винта, включающая переднюю и заднюю плоскости, пересекающиеся под острым углом на передней кромке, сопрягаемые на задней кромке с полуокружностью радиусом R. При этом профиль лопасти воздушного винта образуется пересечением двух парабол: Y₁=K₁X^1/2 и Y₂=K₂X^1/2+2R, в прямоугольных декартовых координатах.

Лопасть воздушного винта имеет загиб конца пера на угол α=>60°.

Задняя кромка винта имеет стабилизирующую плоскость, которая является касательной плоскостью к передней плоскости задней кромки винта.

Передняя кромка имеет закругление текущим радиусом R_i на расстоянии R_i от точки пересечения парабол.

Изобретение относится к лопастям воздушных и несущих винтов, преобразующих энергию работы двигателей в силу тяги, подъемную силу, применяемых в летательных аппаратах, вентиляторах, компрессорах, и для построения несущего крыла летательных аппаратов.

Изобретение может использоваться в ветряках для преобразования энергии потока воздуха в механическую энергию.

Серийно выпускаемые лопасти воздушных винтов и предлагаемых в (1), (2) имеют, как правило, профиль линзы, где подъемная сила или сила тяги зависит от соотношения плоскостей до перегиба и после перегиба нагнетающей или разрежающей плоскости передней (задней) плоскости винта, что приводит к снижению КПД.

Сущность изобретения заключается в том, что профиль лопастей воздушного винта образуется пересечением двух парабол: Y₁=K₁X^1/2 и Y₂=K₂X^1/2+2R, в прямоугольных декартовых координатах, представляющих собой сечение нижней и верхней плоскости соответственно, которые соприкасаются с полуокружностью радиусом R - задняя кромка, фиг.2 (1).

Передняя кромка закруглена на расстоянии R_i текущего радиуса от точки пересечения парабол дугой радиусом R_i для улучшения обтекаемости на дозвуковой скорости, фиг.2 (2).

Текущая координата L_i точки пересечения парабол на оси Х и текущий радиус R_i определяются по формулам

где R_0i - текущий радиус (длина) лопасти винта в метрах (отсчет начинается от пера лопасти).

Коэффициенты выбираются из следующих величин:

K₁=>1; К₂=(0,1÷0,8)·К₁; К₃<=10; .

Лопасть воздушного винта имеет загиб пера на угол α=>60°, что позволяет использовать центробежный поток воздуха для увеличения подъемной силы, силы тяги, фиг.1 (2).

Задняя кромка воздушного винта имеет стабилизирующую плоскость, которая является касательной к передней (можно к задней) плоскости задней кромки винта, фиг.1 (3), фиг.2 (3), и представляет собой сегмент плоскости с начальной величиной L₁<=L₀ в конце пера и плавно нелинейно уменьшающейся примерно до 1/3 длины задней кромки винта, где L₀ - ширина плоскости в конце пера.

На малых радиусах винта огибание воздушной среды происходит плавно, без шума.

Чтобы стык стабилизирующей плоскости с окружностью, фиг.2 (3) не имел острых углов, необходимо предусмотреть плавные переходы, фиг.2 (4).

Стабилизирующая плоскость выбирается наименьшей, так как ее увеличение ведет к снижению КПД воздушного винта.

Скорость набегающего потока V₀ возрастает линейно от комля к периферии и достигает максимальной величины на конце пера. Так как профиль сопротивления воздушного винта и текущий радиус R_i уменьшаются линейно от комля до пера, то работа лопасти воздушного винта по преодолению сопротивления среды при создании подъемной силы (силы тяги) примерно одинакова по всему его радиусу (длине). Скорость набегающего потока на передней плоскости воздушного винта создает разряжение, а на задней плоскости - давление. После ухода лопасти винта эти два “потока” встречаются на стабилизирующей плоскости, которая уменьшает шум при встрече этих “потоков”, и создается подъемная сила (сила тяги).

Загиб конца пера на угол α=>60° дополнительно направляет центробежный воздушный поток в нужном направлении, увеличивая подъемную силу (силу тяги).

Заостренная передняя кромка резко снижает лобовое сопротивление лопасти воздушного винта.

Для улучшения динамических характеристик лопасти воздушного винта необходимо переднюю кромку лопасти образовать по параболе Y=KX^1/2, где К=>0,5.

Загиб параболы может быть как по ходу (фиг.3), так и против хода вращения винта.

В результате всех перечисленных конструктивных отличий резко повышается КПД лопасти воздушного винта.

Проведение сравнительных испытаний на изготовленных макетах показало следующие преимущества (3):

- уменьшается возможность срыва потока с передней плоскости;

- исключается эффект скручивания лопасти;

- значительно уменьшается шумовой эффект;

- подъемная сила (сила тяги) увеличивается примерно в 2 раза.

Источники информации

1. Кл. В 64 С 11/00, 1998, патент 2104904.

2. Кл. В 64 C 11/16, 1997, патент 2085442.

3. Кл. В 64 С 11/20, 1998, патент 2139811.

Изобретение относится к области авиационных движителей, а также может использоваться в вентиляторах, компрессорах и других устройствах, преобразующих энергию вращения в поток воздуха. Предлагаемая лопасть имеет переднюю и заднюю поверхности, пересекающиеся под острым углом вблизи передней кромки лопасти и сопрягаемые на задней кромке. При этом профиль сечения лопасти образован пересечением двух парабол, лопасть имеет закругленную переднюю кромку и загиб на конце пера на угол не менее 60°. Задняя кромка снабжена стабилизирующей поверхностью, касательной к передней поверхности лопасти и на конце пера выступающей над задней кромкой. Для улучшения динамических характеристик лопасти ее передняя кромка может быть образована по параболе. Коэффициенты всех парабол выбираются из определенных соотношений. Технический результат изобретения состоит в увеличении КПД лопасти воздушного винта, при снижении уровня шума и уменьшении опасности срыва потока. 1 з.п. ф-лы. 3 ил.

1. Лопасть воздушного винта, включающая переднюю и заднюю поверхности, пересекающиеся под острым углом вблизи одной кромки и сопрягаемые на другой кромке, отличающаяся тем, что указанные поверхности пересекаются вблизи передней кромки и сопрягаются на задней кромке с полуокружностью радиуса R, при этом профиль сечения лопасти образован пересечением двух парабол, задаваемых в прямоугольных декартовых координатах (ХY) графиками

Y₁=K₁X^1/2 и Y₂=К₂Х^1/2+2R,

где Х и Y - соответственно оси абсцисс и ординат,

причем передняя кромка закруглена радиусом R_i на расстоянии радиуса R_i от точки пересечения парабол, а текущая координата по оси абсцисс L_i точки пересечения указанных парабол и текущий радиус R_i удовлетворяют соотношениям

L_i=R_0i/2π К₃; R_i=L_i/K₄,

где R_0i - текущая длина лопасти винта в метрах, отсчитываемая от пера лопасти, причем коэффициенты выбираются из соотношений

K₁ ≥ 1; К₂=(0,1-0,8)К₁;

К₃ ≤ 10, K₄ ≥ 7/K₁,

лопасть винта имеет на конце пера загиб на угол не менее 60°, а задняя кромка имеет стабилизирующую поверхность, касательную к передней поверхности лопасти и выступающую на конце пера лопасти над задней кромкой на величину L₁, не превышающую ширину лопасти в конце пера L₀, плавно уменьшаясь до нуля на 1/3 длины задней кромки.

Y=KX^1/2,

где коэффициент К≥0,5.