ВИНТ ВОЗДУШНЫЙ Российский патент 2022 года по МПК B64C11/04 F03D1/00 F03D3/00 

Изобретение относится к области воздухоплавания, а именно к воздушным винтам с лопастями для различного рода движительных и летательных аппаратов, приспособлений, устройств для создания давления воздушного потока.

Известен воздушный винт со складывающимися лопастями (RU 2709944 С2, 23.12.2019) для летательного аппарата, содержащий втулку винта, связанную с приводным двигателем и лопастями, а также обтекатель втулки винта, при этом обтекатель соединен с втулкой винта с возможностью его вращения вместе с втулкой винта, лопасти выполнены складывающимися в направлении против направления полета летательного аппарата и связаны с втулкой посредством шарниров, причем лопасти в сложенном положении расположены вдоль обтекателя в нишах, выполненных в виде несквозных выемок на его внешней поверхности, с возможностью их вращения в сложенном положении вместе с обтекателем, по меньшей мере, во время складывания лопастей и их раскладывания.

Недостатком известного винта является недостаточная сила воздушного потока, создаваемая им при большой габаритной ширине винта.

В качестве ближайшего аналога выбрано решение RU 122972 U1, 20.12.2012 раскрывающее воздушный винт транспортного средства с неравномерным расположением лопастей, включающий в себя три одиночных винта, установленные один за другим, каждый из которых содержит две лопасти, соединенные комлем, величина угла установки лопасти одиночного винта лежит в пределах от 25 до 30°, лопасти выполнены без крутки, отношение диаметра винта к хорде лопасти лежит в пределах 9÷11, расстояние между воображаемыми окружностями, описываемыми при вращении винта точкой поверхности лопасти одиночного винта и соответствующей ей точкой соседнего одиночного винта, лежит в пределах от 0,6 до 0,8 величины хорды лопасти, а концы лопастей одиночных винтов не перекрывают друг друга в направлении вдоль оси вращения винта.

Недостатком известного винта также является недостаточная создаваемая сила воздушного потока при большой габаритной ширине винта, большая материалоемкость винта и большой вес.

Задачей предложенного изобретения является устранение указанных недостатков.

Техническим результатом является повышение силы воздушного потока винта при его компактной ширине и уменьшенной материалоемкости.

Данный результат обеспечивается тем, что винт воздушный включает две опорные втулки, установленные на центральный вал и выполненные с возможностью крепления по меньшей мере одной из них, на приводной вал силовой установки,

при этом центральный вал с левой и правой сторон включает, по меньшей мере, два левых и два правых луча,

на каждом левом и соответствующем ему правом луче, на равном удалении от центрального вала установлена лопасть,

каждая лопасть включает винтовой сегмент, проходящий в направлении вдоль и с отклонением по часовой стрелке относительно центрального вала, при этом каждый винтовой сегмент содержит, по меньшей мере, три ребра жесткости, закрепленные по поверхности винтового сегмента, в соответствии с его образующими поверхностями.

Винтовой сегмент выполнен из воздухонепроницаемого материала.

Ребра жесткости выполнены из упругого металлического прутка.

Лопасти частично выступают за границы лучей в направлении вдоль центрального вала.

Лопасти выполнены с возможностью регулировки перемещения вдоль лучей.

Подробную конструкцию устройства рассмотрим с учетом прилагаемых чертежей, где

Фиг. 1 - конструкция винта воздушного, главный вид;

Фиг. 2 - конструкция винта воздушного (с опорой), вид сбоку;

Фиг. 3 - схематичное расположение трех лучей относительно центральной втулки.

Фиг. 4 - 3D-модель предлагаемого предпочтительного варианта винта воздушного.

Винт воздушный включает две опорные втулки 1, установленные на центральный вал 2 и выполненные с возможностью крепления одной из них, на приводной вал силовой установки, например приводной вал двигателя. В определенных случаях, обе опорные втулки 1 могут быть закреплены на соответствующие приводные валы силовой установки или на приводной вал и ведомый вал.

Центральный вал 2, с левой и правой сторон включает, по меньшей мере, два левых и два правых луча 3. Лучи 3 с каждой из левой и правой сторон размещаются на равномерных углах друг от друга, например, два луча размещаются под углом 180°, три луча размещаются под углом 120° четыре луча размещаются под углом 90° и пр. При выполнении устройства с двумя лучами на одной стороне, возможно их выполнение в виде единой оси. Лучи 3 могут пронизывать центральный вал 2, через отверстие в центральном валу 2, или крепиться к нему иным способом, например, посредством каких-либо крепежных элементов/приспособлений. Количество лучей 3 выбирается, исходя из размеров лопастей 4, необходимой подъемной силы, возможности движителя (скорость вращения, крутящий момент и пр.) и других факторов.

Луч 3 выполнен в виде металлического прутка или металлического профиля (круглого или квадратного сечения) или иной формы несущей конструкции. Лучи 3 выполняют функцию основания для винта, совместно с центральным валом 2, для крепления на них всех элементов конструкции в одно целое устройство.

На каждом левом и соответствующем ему правом луче 3, на равном удалении от центрального вала 2 установлена лопасть 4.

Закрепление лопасти 4 с двух сторон обеспечивает высокую прочность конструкции и снижение материалоемкости устройства, поскольку усилие, создаваемое на каждую лопасть 4, распределяется между двумя лучами 3, что обеспечивает возможность использовать в устройстве меньшую толщину центрального вала 2 и лучей 3.

Каждая лопасть 4 крепятся с двух сторон на двух опорных элементах - левом и правом лучах 3. Лопасти 4 установлены на лучах 3 путем их фиксации. Как вариант, при креплении к лучу 3, лопасти 4 могут частично выступать за ее границы, вдоль центрального вала 2. Кроме того, предпочтительно, чтобы лопасти 4 были выполнены с возможностью регулировки перемещения вдоль лучей 3, что дополнительно обеспечивает возможность регулировать ширину винта и, соответственно, воздушный поток.

Каждая из лопастей 4 имеет винтовой сегмент 5, выполненный по типу геометрического геликоида. Винтовой сегмент 5 выполнен из воздухонепроницаемого материала, например воздухонепроницаемой ткани, металла, пластика и прочих материалов. Винтовой сегмент 5 проходит в направлении вдоль и с отклонением по часовой стрелке относительно центрального вала 2, то есть плавно поворачивается (закручивается по винту) на определенный угол, приблизительно 45-100°. Винтовой сегмент 5 также одновременно повернут и по часовой стрелке относительно центрального вала 2 приблизительно на угол 60-90°. Углы поворота винтового сегмента 5 в данных диапазонах показывают максимальную силу создаваемого воздушного потока (захват воздушного потока), при соответствующей возможности приводного вала движителя провернуть воздушный винт с определенной расчетной скоростью. Кроме того, углы поворота винтового сегмента 5 также зависят и от количества лопастей 4, причем, как правило, чем больше лопастей 4, тем меньше данные углы.

Кроме того, такая заявляемая форма лопастей (глубокий винт), проходящая вдоль центрального вала 2 увеличивает площадь контакта с воздухом, тем самым увеличивая силу потока воздушного винта, при достаточно компактной ширине винта. Кроме того, воздушный поток, попадая на начало лопасти 4, далее, проходя по ее глубине, разгоняется к концу лопасти 4, обеспечивая ускорение воздуха по глубине лопасти 4, тем самым создавая большую силу воздушного потока.

Каждый винтовой сегмент 5 включает, по меньшей мере, три ребра жесткости 6, закрепленные по поверхности винтового сегмента 5 в соответствии с образующими поверхностями винтового сегмента 5 лопастей 4. Ребра жесткости 6 выполнены из упругого металлического или иного материала прутка, полосы и прочей формы. Кроме того, если выполнять винтовой сегмент 5 из ткани, то ребра жесткости 6 могут быть выполнены путем заложения складок на самой ткани и их дополнительной обработке, например составом, придающим ткани заданную жесткость. Количество ребер жесткости 6 выбирается исходя из ширины и глубины каждого винтового сегмента 5, материала винтового сегмента 5, скорости вращения воздушного винта и других факторов. Ребра жесткости 6 обеспечивают достаточную жесткость всей конструкции при работе воздушного винта при одновременном уменьшении толщины материала винтового сегмента 5 и лучей 3, что положительно сказывается на материалоемкости конструкции.

Винт воздушный работает следующим образом.

Винт воздушный устанавливается через опорные втулки 1 на приводной вал силовой установки.

Винт воздушный запускается в работу.

Лопасти 4 винта вращаются на центральном валу 2 и создают воздушный поток, который проходит по всей глубине лопасти 4, обеспечивая подъемную/толкающую силу для используемого устройства.

Пример 1 реализации устройства

Винт воздушный включает две опорные втулки 1, установленные на центральный вал 2 и выполненные с возможностью крепления одной из них, на приводной вал силовой установки.

Центральный вал 2 с левой и правой сторон включает, два левых и два правых луча 3, расположенных под углом 180°.

На каждом левом и соответствующем ему правом луче, на равном удалении от центрального вала установлена лопасть 4.

Лопасти 4, на 10 см, с одной стороны, выступают за границы лучей 3 вдоль центрального вала 2.

Каждая лопасть 4 включает четыре ребра жесткости 6, выполненные из упругого металлического прутка.

Винтовой сегмент 5 лопасти 4 выполнен из тканевого воздухонепроницаемого материала.

Пример 2 реализации устройства

Винт воздушный включает две опорные втулки 1, установленные на центральный вал 2 и выполненные с возможностью крепления обоих на приводные валы силовой установки.

Центральный вал 2 с левой и правой сторон включает, три левых и три правых луча 3, расположенных под углом 120°.

На каждом левом и соответствующем ему правом луче, на равном удалении от центрального вала установлена лопасть 4.

Лопасти 4 выполнены с возможностью регулировки перемещения вдоль лучей 3.

Каждая лопасть 4 включает три ребра жесткости 6, выполненные из стеклопласткового прутка.

Винтовой сегмент 5 лопасти 4 выполнен из ПВХ материала.

Предложенное решение, за счет центрального вала 2 с размещенными лучами 3, на которых установлены лопасти 4, каждая из которых имеет винтовой сегмент 5, проходящий в направлении вдоль (по глубине винта) и с отклонением по часовой стрелке относительно центрального вала 2, а также за счет наличия ребер жесткости 6, обеспечивает повышение силы воздушного потока винта при его компактной ширине и уменьшенной материалоемкости.

Изобретение относится к области воздухоплавания и касается воздушных винтов с лопастями для различного рода движительных и летательных аппаратов, приспособлений, устройств для создания давления воздушного потока. Воздушный винт включает две опорные втулки, установленные на центральный вал и выполненные с возможностью крепления одной из них на приводной вал силовой установки. При этом центральный вал с левой и правой сторон включает по меньшей мере два левых и два правых луча. На каждом левом и соответствующем ему правом луче на равном удалении от центрального вала установлена лопасть. Каждая лопасть включает винтовой сегмент, проходящий в направлении вдоль и с отклонением по часовой стрелке относительно центрального вала. При этом каждый винтовой сегмент содержит три ребра жесткости, закрепленные по поверхности винтового сегмента в соответствии с его образующими поверхностями. Достигается повышение силы воздушного потока винта при его компактной ширине и уменьшенной материалоемкости. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Винт воздушный, характеризующийся тем, что включает две опорные втулки, установленные на центральный вал и выполненные с возможностью крепления по меньшей мере одной из них на приводной вал силовой установки, при этом центральный вал с левой и правой сторон включает по меньшей мере два левых и два правых луча, на каждом левом и соответствующем ему правом луче на равном удалении от центрального вала установлена лопасть, каждая лопасть включает винтовой сегмент, проходящий в направлении вдоль и с отклонением по часовой стрелке относительно центрального вала, при этом каждый винтовой сегмент содержит по меньшей мере три ребра жесткости, закрепленные по поверхности винтового сегмента в соответствии с его образующими поверхностями.

2. Винт воздушный по п.1, характеризующийся тем, что винтовой сегмент выполнен из воздухонепроницаемого материала.

3. Винт воздушный по п.1, характеризующийся тем, что ребра жесткости выполнены из упругого металлического прутка.

4. Винт воздушный по п.1, характеризующийся тем, что лопасти частично выступают за границы лучей в направлении вдоль центрального вала.

5. Винт воздушный по п.1, характеризующийся тем, что лопасти выполнены с возможностью регулировки перемещения вдоль лучей.