УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ Российский патент 2017 года по МПК B64C29/00 

Изобретение относится к области авиации, в частности к устройствам (движителям) для создания аэродинамической подъемной силы, и может быть применено в летательных аппаратах тяжелее воздуха с вертикальным взлетом или посадкой с вертикальным положением продольной оси при посадке.

Из уровня техники известен летательный аппарат вертикального взлета и посадки из описания изобретения к патенту РФ №2518143 С2, кл. В64С 29/00, опубл. 10.06.2014, Бюл. №16, включающий два привода и вентиляторы противоположного вращения, один из которых, центробежный, обеспечивает движение потока из внутреннего пространства дисковидного корпуса, а другой - осевой в кольце, нагнетает поток вдоль наружной поверхности «Коанда». Наружный дисковидный корпус содержит размещенный эквидистантно его внутренней поверхности удобооптекаемый модуль оборудования и целевой нагрузки.

Недостатком описанного аппарата является сложность конструкции, приводящая к увеличению веса, достаточно большие гидравлические потери при движении воздуха в каналах, существенно снижающих его удельную тягу.

Из патента RU 2515949 С2, кл. В64С 29/00, опубл. 20.05.2014, Бюл. №14, известен аэродинамический движитель, содержащий корпус в виде цилиндрической камеры с плоской верхней крышкой, под корпусом закреплена нижняя крышка в виде конической поверхности вращения с установленным осевым воздухозаборником. Между корпусом и конической крышкой размещено кольцевое выходное сопло, в которое встроен спрямляющий аппарат. Внутри камеры находится центробежное колесо с прямыми радиальными лопатками.

Это устройство наиболее близко по своей технической сути к предлагаемому изобретению (прототип).

В результате анализа известных аэродинамических движителей установлено, что для улучшения (увеличения) основного энергетического показателя - удельной тяги (где: Т - подъемная сила (тяга) движителя, N - потребляемая движителем мощность) необходимо, с одной стороны, увеличивать тягу при заданных габаритах устройства, с другой, - снижать потребляемую мощность за счет различных конструктивных мероприятий, что является серьезной научно-технической проблемой.

Технической задачей изобретения является повышение удельной тяги q устройства и уменьшение его массогабаритных показателей за счет снижения гидравлических потерь энергии воздушного потока в процессе ее передачи от движущихся механических частей движителя этому потоку.

Технический результат изобретения достигается тем, что в устройстве, включающем однодисковое открытое центробежное колесо с двухсторонним входом воздушной среды и с прямыми радиальными лопатками, неподвижный выпукло-вогнутый кольцевой корпус, выполненный в виде поверхности вращения некоторой кривизны, ограниченной верхней и нижней окружностями диаметров D₁ и D соответственно, на внутренней (вогнутой) поверхности которого установлены радиальные плоские лопатки спрямляющей решетки, кронштейны в виде стержней для крепления к корпусу привода и подшипниковый узел привода, угол выхода α (фиг. 1) внутренней поверхности наружной кромки корпуса является острым (порядка 45°÷55°) по отношению к горизонтали, а сама внутренняя поверхность имеет некоторый радиус кривизны . Эти мероприятия существенно уменьшают по сравнению с прототипом местные гидравлические потери при движении кольцевого веерного потока среды при выходе из центробежного колеса и движении по внутренней поверхности корпуса вниз (В.Н. Талиев Аэродинамика вентиляции. М.: Стройиздат, 1979, с. 84-86).

На фиг. 1 представлена схема устройства для создания подъемной силы, на фиг. 2 показан вид А фиг. 1,

Устройство состоит (фиг. 1) из однодискового открытого центробежного колеса 1 с двухсторонним входом воздушной среды и с прямыми радиальными лопатками, неподвижного выпукло-вогнутого кольцевого корпуса 2, лопаток спрямляющего устройства 3, кронштейнов 4, подшипникового узла 5 привода.

Уменьшение местных гидравлических потерь энергии потока (определяемых коэффициентом местного аэродинамического сопротивления ζ), обусловленных перестройкой поля скоростей и образованием на границах потока дополнительных вихрей, всегда приводит к увеличению кинетической энергии (а, стало быть, скорости υ отбрасываемого потока) и при заданном секундном расходе m отбрасываемой среды у наружной кромки корпуса 2 тяга устройства Т возрастет при той же потребляемой движителем мощности. Следовательно, возрастет и удельная тяга q. Это следует из того, что согласно закону сохранения импульса тягу данного устройства можно выразить равенством Т=(1-ζ)mυsinα. Но коэффициент ζ существенно зависит от угла поворота потока α и чем больше этот угол, тем больше ζ (В.Н. Талиев Аэродинамика вентиляции. М.: Стройиздат, 1979, с. 86), отсюда следует, что существует такая оптимальная величина угла α, при котором тяга движителя Т будет максимальной при заданных значениях секундного массового расхода m, потребляемой мощности N и постоянном радиусе кривизны R внутренней поверхности корпуса 2.

Расчеты показывают, что оптимальная величина угла будет лежать в пределах α=45°÷55°, а радиус кривизны должен быть .

Устройство работает следующим образом.

При вращении центробежного колеса 1 воздушный поток поступает в колесо сверху и снизу и по принципу центробежной машины под действием радиальных лопаток закручивается и выбрасывается с некоторой скоростью по боковой поверхности колеса, поджимаясь, огибает внутреннюю поверхность корпуса 2, проходит вдоль лопаток спрямляющего устройства 3 и выбрасывается в радиальном направлении из корпуса под углом к горизонтали α с некоторой скоростью υ. При этом согласно закону сохранения импульса появляется тяга (подъемная сила) движителя Т, реализуемая через создание избыточного давления на внутренней поверхности корпуса 2 и разрежения на внешней поверхности за счет всасывающего эффекта верхней половины колеса 1 как результат суммарного воздействия элементарных объемов воздуха, движущихся по криволинейным траекториям под действием центробежных сил. При этом возникающий реактивный момент вращения компенсируется спрямляющим устройством 3. Отсутствие нижней и верхних крышек у корпуса 2 (по сравнению с прототипом) уменьшает местные гидравлические потери, следовательно, увеличивает тягу, а также уменьшает вес и габариты конструкции движителя.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям движителей для создания подъемной силы. Устройство состоит из однодискового открытого центробежного колеса с двухсторонним входом воздушной среды и с прямыми радиальными лопатками (1), неподвижного выпукло-вогнутого кольцевого корпуса (2). Корпус представляет собой поверхность вращения, ограниченную верхней и нижней окружностями, с острым углом выхода потока среды по отношению к горизонтали внутренней поверхности наружной кромки корпуса. На внутренней поверхности корпуса установлены лопатки спрямляющего устройства (3), кронштейны (4) для крепления к корпусу подшипникового узла (5) привода центробежного колеса. За счет уменьшения местных гидравлических потерь энергии потока достигается повышения удельной тяги и уменьшения веса и габаритов устройства. 2 ил.

Устройство для создания подъемной силы, содержащее неподвижный корпус с лопатками спрямляющего устройства и центробежное колесо, подшипниковый узел вала которого прикреплен к корпусу с помощью кронштейнов, отличающееся тем, что упомянутый корпус выполнен в виде выпукло-вогнутого диска, представляющего поверхность вращения некоторой кривизны, ограниченную верхней и нижней окружностями диаметров D₁ и D соответственно, с острым углом α выхода потока по отношению к горизонтали внутренней поверхности наружной кромки корпуса, а колесо выполнено с двухсторонним входом воздушной среды, что существенно уменьшает местные гидравлические потери и соответственно повышает удельную подъемную силу устройства.