СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СИЛЫ В РЕАКТИВНУЮ СИЛУ ТЯГИ Российский патент 2020 года по МПК B64C29/04 

Изобретение относится к технологии создания двигателей и движителей, применяемых на транспортных средствах, а также для создания направленного потока жидкости или газа в устройствах в разных областях техники

Известен способ получения тяги винтовым движителем транспортного средства, заключающийся в том, что наклонными поверхностями лопастей винта создают основной закрученный вокруг оси вращения поток массы воды или воздуха и смещают его вдоль оси вращения, обеспечивая перемещение транспортного средства в противоположном направлении от смещения основного потока. У той части массы основного закрученного потока, которая смещается радиально от оси вращения за счет центробежной силы, изменяют направление ее движения на угол от 45 до 135° и совмещают с направлением перемещения основного потока вдоль оси вращения винта. (Заявка RU №2002105078, МПК, 2002 г.)

Однако, данный способ не достаточно эффективен. Это связано с тем, что КПД винтового движителя находится на уровне 50% и существенно зависит от соотношения профиля и шага винта со скоростью его вращения. При этом, неэффективно используется и центробежная сила, т.к. она направлена не вдоль, а поперек движения транспортного средства. Попытка повернуть сбегающие с концов лопастей свободные вихри на 90° вдоль оси вращения гребного винта сопряжена с потерями энергии и не решает проблему кавитации потока воды или завихрения воздуха.

Известен способ преобразования центробежной силы в силу, создающую направленную тягу, принятый за прототип, включающий непрерывную подачу рабочего тела, например, жидкости, в полую камеру, выполненную в виде диска, помещенную в неплотную среду, например, атмосферу, вращение этой камеры с закручиванием жидкости и истечение жидкости из камеры в окружающую среду в направлении вдоль оси вращения камеры или под углом к ней. (Патент РФ №2368538, МПК В64С 29/04, 2008 г.)

Основным недостатком известного способа являются запаздывание и большая инерционность раскрутки воды в полом вращающемся диске до значений его вращения. Эта проблема усугубляется процессом выброса воды через вертикальные трубки, которые расположены под углом 90° к действию центробежной силы. Постоянный процесс замены вращающейся воды на вновь поступающую без вращения не может обеспечить закрутку воды в короткое время. Оценочно скорость вращения должна быть за пределами 20 об/сек. А если учесть, что эффективность этого способа прямо пропорциональна угловой скорости воды, а не диска, то становится очевидной низкая эффективность данного способа и предлагаемого устройства для его осуществления. Предлагаемые варианты использования в качестве рабочего тела воздуха вообще не реальны. Это связано с двумя факторами: необходимостью раскрутки воздуха (а не диска) до оборотов на один-два порядка выше варианта с водой - более 150 об./сек. и сжимаемостью воздуха по сравнению с практически не сжимаемостью воды.

При создании изобретения решалась задача повышения эффективности преобразования центробежной силы в реактивную силу тягу без дополнительных затрат энергии.

Поставленная задача решена за счет того, что в известном способе преобразования центробежной силы в реактивную силу тяги, включающем непрерывную подачу рабочего тела в камеру, закручивание потока рабочего тела и истечение рабочего тела из камеры в окружающую среду с созданием реактивной тяги, согласно изобретению закручивание потока рабочего тела осуществляют с помощью крыльчатки, а истечение рабочего тела из камеры направлено в радиальном направлении перпендикулярно оси вращения крыльчатки.

Также поставленная задача решена за счет того, что на выходе из камеры поток истекающего рабочего тела формируют с помощью патрубка.

Закручивание потока рабочего тела с помощью крыльчатки позволяет добиться эффективного преобразования центробежной силы в реактивную силу тяги. Это достигается за счет синхронного вращения крыльчатки и рабочего тела, а также за счет его порционного выброса из секторального объема между сопряженными лопастями крыльчатки. При этом, без дополнительных энергетических затрат обеспечивается автоматическое всасывание рабочего тела в центральную область камеры с пониженным давлением, образующимся синхронно с избыточным давлением на периферии камеры раскрученным потоком рабочего тела.

Направление истечения рабочего тела перпендикулярно оси вращения крыльчатки в радиальном направлении позволяет обеспечить реактивный выброс рабочего тела прямоточно движению транспортного средства.

Формирование истекающего из камеры потока рабочего тела с помощью патрубка локализует поток, обеспечивая при этом наиболее эффективное ускорение рабочего тела без кавитации.

Все выше сказанное эффективно влияет на преобразование центробежной силы в реактивную силу тяги и повышает КПД устройств на ее основе.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где схематично показано устройство, реализующее предлагаемый способ. Устройство содержит замкнутую полую камеру 1, например, в виде цилиндра, внутри которой соосно ее оси размещена лопастная крыльчатка 2. Вал 3 крыльчатки 2 соединен с двигателем 4. Для подвода рабочего тела в центральной части камеры 1 выполнено отверстие 5, а для выброса рабочего тела в боковой стенке выполнено секторальное окно 6. Для формирования направленного потока рабочего тела к камере 1 прикреплен направляющий патрубок 7, например, в виде трапеции или сопла Лаваля, в котором секторальное окно 6 является входом.

Описываемый способ преобразования центробежной силы в реактивную силу тяги реализуется на примере водной среды следующим образом. Устройство погружается в воду, жидкость свободно заполняет внутреннее пространство камеры 1 через отверстие 5 и секторальное окно 6. При включении двигателя 4 крыльчатка 2 начинает вращаться, ее лопасти захватывают в своем сегменте замкнутый объем воды и приводят его во вращательное движение. Небольшие зазоры меду лопастями крыльчатки и стенками камеры обеспечивают эффективное и синхронное с вращением крыльчатки закручивание воды. Раскручиваемая вода с ростом числа оборотов крыльчатки 2 за счет центробежной силы создает избыточное давление на боковых стенках камеры 1. С ростом давления на боковые стенки камеры 1 синхронно образуется зона пониженного давления в районе оси вращения крыльчатки в центральной области камеры. Именно в эту зону через отверстие 5 самопроизвольно всасывается вода. Под действием избыточного давления вода в зоне секторального окна 6 через патрубок 7 выдавливается в окружающую среду в радиальном направлении, приобретая при этом реактивное ускорение. Выталкиваемая вода приобретает импульс, равный произведению ее массы на скорость. По закону сохранения импульсов устройство получит импульс, направленный в противоположную сторону.

Результатом описываемого процесса является движение устройства за счет ускоряющегося реактивного движения струи воды, подобное движению ракеты, выбрасывающей реактивную струю сгораемого топлива.

Заявленный способ был испытан на опытном образце устройства с электроприводом крыльчатки в качестве двигателя для лодки. При минимальной мощности привода крыльчатки 450 Вт и оборотах всего 500 об./мин скорость лодки достигала 3 км/час.

Аналогичным образом заявленный способ преобразования центробежной силы в реактивную силу тяги может быть использован в устройствах, где рабочим телом является воздух или газ, например, на двигателях аэролодок, а также там, где возникает необходимость создания эффективного газо-воздушного потока, например, при сушке рук или уборке листьев и скошенной травы.

Изобретение относится к технологии создания двигателей и движителей, применяемых на транспортных средствах, а также для создания направленного потока жидкости или газа в устройствах в разных областях техники. Для преобразования центробежной силы в реактивную силу тяги включают непрерывную подачу рабочего тела в полую камеру, а именно закручивание потока рабочего тела с помощью крыльчатки и выброс рабочего тела через секторальное окно в камере в окружающую среду в радиальном направлении перпендикулярно оси вращения крыльчатки. Достигается эффективное преобразование центробежной силы в реактивную силу тяги. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ преобразования центробежной силы в реактивную силу тяги, включающий непрерывную подачу рабочего тела в камеру, закручивание потока рабочего тела и истечение рабочего тела из камеры в окружающую среду с созданием реактивной тяги, отличающийся тем, что закручивание потока рабочего тела осуществляют с помощью крыльчатки, а истечение рабочего тела из камеры направлено в радиальном направлении перпендикулярно оси вращения крыльчатки.

2. Способ преобразования центробежной силы в реактивную силу тяги по п.1, отличающийся тем, что на выходе из камеры поток истекающего рабочего тела формируют с помощью патрубка.