СООСНЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНО-ОСЕВОЙ ВЕНТИЛЯТОР "ВОЧА ШЭРДОР" Российский патент 2016 года по МПК F04D29/00 

Изобретение относится к движителям летательных аппаратов. Преимущественное предназначение - движитель судна вертикального взлета и посадки. Так же может использоваться как ступень компрессора и в устройствах для перемещения газов, в которых требуется нейтрализация вращающихся масс.

Известны центробежные вентиляторы, содержащие рабочее колесо с лопатками, плоскости которых параллельны оси вращения колеса. Перемещение газовой массы происходит за счет центробежных сил, направляющих газ в радиальном направлении. Потери энергии происходят при изменении направления движения газов и при сравнительно длинном пути прохождения газов в улитке корпуса.

Известны соосные движители винтокрылых аппаратов, в которых два набора лопастей вращаются в противоположных направлениях. Таким образом нейтрализуется реактивный момент вращения, действующий на летательный аппарат. Недостатком движителя являются потери связанные с центробежным ускорением воздушной массы.

Известны осевые компрессоры, в которых закручиваемая лопатками масса газа спрямляется неподвижными относительно корпуса лопатками и производит полезную работу в виде давления на неподвижные лопатки в осевом направлении. Затраты энергии на центробежное ускорение непроизводительны.

Известно «Рабочее колесо осевого вентилятора или компрессора и вентиляторный контур двухконтурного турбовентиляторного двигателя, использующий такое рабочее колесо» (Патент RU 2460905 С2). В этом техническом решении энергия потока в радиальном направлении частично проделывает полезную работу за счет давления на внутреннюю поверхность конусообразного тракта или бандажа. Но основная доля энергии от радиального уплотнения массы газа остается неиспользованной в полезной работе. Также остается неиспользованной вращательная энергия газа. И остается проблема преимущественного уплотнения газа в радиальном направлении, что повышает отрицательный эффект перетекания газа на торцах лопаток из зоны повышенного давления в пониженную.

Задачей изобретения является создание вентилятора или ступени компрессора с равномерным уплотнением газа по плоскости вращения, образуемой лопатками вентилятора или компрессора и в котором реактивные моменты, возникающие при ускорении вращающихся масс и действующие на корпус аппарата, взаимно нейтрализуются, а энергия, затраченная на ускорение газа во вращательное и центробежное ускорения, преобразуется в полезную работу, что обеспечит повышение коэффициента полезного действия движителя.

Технический результат достигается тем, что два соосных набора лопастей вентилятора вращаются во встречных направлениях. Причем первый набор лопастей, осуществляющих забор газа из (условно) невозбужденного состояния, придает газу результирующий вектор скорости (V₁), направление которого является составным из радиальной, тангенциальной и параллельной оси вращения скоростей. Газ, выходящий с кромок лопастей первого набора, переходит на кромки лопастей второго набора вращающихся во встречном направлении. Профиль поперечного сечения лопасти второго набора и ориентация этой лопасти к вектору скорости входящего газа обеспечивают дополнительное ускорение в осевом направлении и торможение в центробежном и тангенциальном направлениях, и при выходе из этой лопасти газ имеет вектор скорости V, направленный параллельно оси вращения вентилятора. Таким образом вся ускоряемая масса газа создает реактивную силу, действующую на лопасти вентилятора в перпендикулярном направлении к плоскости вращения вентилятора.

На графических материалах показано: фиг. 1 - вид вентилятора параллельно оси вращения со стороны первого набора лопастей, совмещенный с видом С - без бандажей и с видом Е-Е - второго набора лопастей; фиг. 2 - разрез вентилятора плоскостью, проходящей по оси вращения вентилятора; фиг. 3 - разрез лопастей вентилятора плоскостью, проходящей по линии вектора скорости газа, перетекающего с лопасти первого набора на лопасть второго набора и далее исходящего с лопасти второго набора параллельно оси вращения лопастей.

Вентилятор состоит: из корпуса 1 с двигателем 2; диска 3 с закрепленным в нем первым набором лопастей 4, соединенных по периферийным торцам бандажем 5; диска 6 с закрепленным вторым набором лопастей 7, соединенных по периферийным торцам бандажом 8; механизма противовращения 9.

Осуществление изобретения

Двигатель 2, установленный в корпусе 1, приводит во вращение диск 3 с лопастями 4. Одновременно диск 6 с лопастями 7 приводится во вращение в противоположном направлении посредством механизма 9. Профиль и форма лопасти 4 выполнены с целью увлечения максимально возможного объема газа, т.е. лопасти 4 сочетают в себе качества как осевого, так и центробежного вентиляторов. Внешняя кромка лопасти 4, имея определенный угол атаки к плоскости своего вращения, захватывает и увлекает газ по аналогии с осевым вентилятором, а по мере перемещения к внутренней кромке плоскость лопасти 4 приближается к 90 градусам по отношению к плоскости вращения и придает газу ускорение преимущественно как центробежный вентилятор. Саблевидная форма и поперечный профиль лопасти 7 выполнены таким образом, чтобы перенаправить поток газа в параллельном направлении оси вращения вентилятора. В каждой отдельно взятой точке внутренней кромки лопасти 7 вектор скорости газа V₁ направлен перпендикулярно к этой кромке. Внутренний поперечный профиль лопасти 7, вращающейся во встречном направлении, выполнен вогнутым, кривизна которого обеспечивает дополнительное ускорение газа в осевом направлении и торможение в радиальном и тангенциальном направлениях. При этом результирующий вектор скорости газа V, являющийся составным из касательной и нормальной скоростей к плоскости лопасти 7, при выходе из этой лопасти направлен параллельно оси вращения вентилятора.

Изобретение относится к движителям аппаратов вертикального взлета и посадки и может быть использовано в устройствах для перемещения газов или в качестве ступени компрессора. Вентилятор состоит из двух наборов лопастей, соосно вращающихся во встречных направлениях. Первый набор, увлекая максимально возможную массу газа, придает ей осевое, радиальное и тангенциальное ускорения и направляет газ во второй набор лопастей. Второй набор лопастей путем торможения радиального и тангенсального составляющих скоростей газа перенаправляет его на направление движения, параллельное оси вращения вентилятора, и придает газу дополнительное ускорение в осевом направлении. Изобретение направлено на повышение КПД движителя 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Вентилятор, содержащий два набора лопастей, вращающихся во встречном направлении, отличающийся тем, что лопасти, придающие начальное ускорение газу, содержат в себе качество как осевого, так и центробежного вентилятора.

2. Вентилятор по п. 1, отличающийся тем, что лопасти второго набора имеют саблевидную линию кромки, ориентированную в каждой точке лопасти перпендикулярно к вектору скорости входящего в них газа.

3. Вентилятор по п. 1, отличающийся тем, что профиль поперечного сечения лопастей второго набора обеспечивает изменение вектора скорости газа в осевом, центробежном и тангенциальном направлениях.

4. Вентилятор по п. 1, отличающийся тем, что вектор скорости газа при выходе с лопастей второго набора имеет направление, параллельное оси вращения вентилятора.