ВИНТ ВОЗДУШНЫЙ С КОНСОЛЬНО ЗАКРЕПЛЕННЫМИ ЛОПАСТЯМИ Российский патент 2023 года по МПК B64C11/00 

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 центральную втулку, имеющую ось симметрии и выполненную с возможностью ее крепления на приводной вал силовой установки, при этом центральная втулка включает, по меньшей мере, два луча, на каждом луче, на равном удалении от центральной втулки, консольно установлены лопасти, каждая из которых имеет винтовой сегмент, проходящий в направлении вдоль и с отклонением по часовой стрелке относительно оси симметрии центральной втулки, 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 оси симметрии центральной втулки.

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, вид сбоку;

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

Фиг. 4 - схематичное расположение четырех лучей относительно центральной втулки.

Винт воздушный включает центральную втулку 2, имеющую воображаемую ось симметрии 6 (далее, ось симметрии 6). Центральная втулка 2 имеет элемент крепления на какой-либо приводной вал силовой установки, например приводной вал двигателя.

Центральная втулка 2 включает, по меньшей мере, два луча 1. Лучи 1 размещаются на равномерных углах друг от друга, например, два луча размещаются под углом 180°, три луча размещаются под углом 120° и пр. При выполнении устройства с двумя лучами, возможно их выполнение в виде единой оси. Количество лучей 1 выбирается, исходя из размеров лопастей 3, необходимой подъемной силы, возможности движителя (скорость вращения, крутящий момент и пр.) и других факторах.

Луч 1 выполнен в виде металлического прутка или металлического профиля (круглого или квадратного сечения) или иной формы несущей конструкции. Лучи 1 выполняют функцию основания для винта, для крепления на них всех элементов конструкции в одно целое устройство.

На каждом луче 1, на равном удалении от центральной втулки 2, консольно установлены лопасти 3. Консольное размещение лопастей 3 на луче 1 обеспечивает снижение материалоемкости устройства, поскольку лопасти 3 крепятся на общем опорном элементе - луче 1 по одной стороне. Лопасти 3 установлены на луче 1 путем их фиксации по одной, верхней стороне. Как вариант, при креплении к лучу 1, лопасти 3 могут частично выступать за ее границы, вдоль оси симметрии 6 центральной втулки 2. Кроме того, предпочтительно, чтобы лопасти 3 были выполнены с возможностью регулировки перемещения вдоль лучей 1, что дополнительно обеспечивает возможность регулировать ширину винта и, соответственно, воздушный поток.

Каждая из лопастей 3 имеет винтовой сегмент 4, выполненный по типу геометрического геликоида. Винтовой сегмент 4 выполнен из воздухонепроницаемого материала, например воздухонепроницаемой ткани, металла, пластика и прочих материалов. Винтовой сегмент 4 проходит в направлении вдоль и с отклонением по часовой стрелке относительно оси симметрии 6 центральной втулки 2, то есть плавно поворачивается (закручивается по-винту) на определенный угол, приблизительно 45-100°. Винтовой сегмент 4 также одновременно повернут и по часовой стрелке относительно оси симметрии 6 приблизительно на угол 60-90°. Углы поворота винтового сегмента 4 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, такая заявляемая форма лопастей (глубокий винт), проходящая вниз вдоль оси симметрии 6 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 3, далее, проходя по ее глубине, разгоняется к концу лопасти, обеспечивая ускорение воздуха по глубине лопасти 3, тем самым создавая большую силу воздушного потока.

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

Винт воздушный работает следующим образом.

Винт воздушный устанавливается через центральную втулку 2 на приводной вал силовой установки.

Винт воздушный запускается в работу.

Лопасти 3 винта вращаются вокруг оси симметрии 6 и создают воздушный поток, который проходит по всей глубине лопасти 3, обеспечивая подъемную/толкающую силу для используемого устройства.

Пример 1 реализации устройства

Винт воздушный включает центральную втулку 2, на которой установлены два луча, под углом 180°. На лучах 1, на равном удалении от центральной втулки 2, консольно установлены две лопасти 3.

Лопасти 3, на 8 см выступают за границы лучей 1 вдоль оси симметрии 6 центральной втулки 2.

Каждая лопасть 3 включает четыре ребра жесткости 5, выполненные из упругого металлического прутка.

Винтовой сегмент 4 лопасти 3 выполнен из тканевого воздухонепроницаемого материала.

Пример 2 реализации устройства

Винт воздушный включает центральную втулку 2, на которой установлены три луча, под углом 120°. На лучах 1, на равном удалении от центральной втулки 2, консольно установлены три лопасти 3.

Лопасти 3 выполнены с возможностью регулировки перемещения вдоль лучей 1.

Каждая лопасть 3 включает три ребра жесткости 5, выполненные из упругого стеклопласткового прутка.

Винтовой сегмент 4 лопасти 3 выполнен из ПВХ материала.

Предложенное решение, за счет наличия лучей 1, на которых консольно установлены лопасти 3, каждая из которых имеет винтовой сегмент 4, проходящий в направлении вдоль (по глубине винта) и с отклонением по часовой стрелке относительно оси симметрии 6 центральной втулки 2, а также за счет наличия ребер жесткости 5, обеспечивает повышение силы воздушного потока винта при его компактной ширине и уменьшенной материалоемкости.

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. Винт воздушный включает центральную втулку, имеющую ось симметрии и выполненную с возможностью ее крепления на приводной вал силовой установки. Центральная втулка включает по меньшей мере два луча, на каждом луче, на равном удалении от центральной втулки, консольно установлены лопасти, каждая из которых имеет винтовой сегмент, проходящий в направлении вдоль и с отклонением по часовой стрелке относительно оси симметрии центральной втулки. При этом каждый винтовой сегмент содержит, по меньшей мере, три ребра жесткости, закрепленные по поверхности винтового сегмента, в соответствии с его образующими поверхностями. Техническим результатом является повышение силы воздушного потока винта при его компактной ширине и уменьшенной материалоемкости. 4 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 пр.

1. Винт воздушный с консольно закрепленными лопастями, характеризующийся тем, что включает центральную втулку, имеющую ось симметрии и выполненную с возможностью ее крепления на приводной вал силовой установки, при этом центральная втулка включает, по меньшей, мере два луча, на каждом луче, на равном удалении от центральной втулки, консольно установлены лопасти, каждая из которых имеет винтовой сегмент, проходящий в направлении вдоль и с отклонением по часовой стрелке относительно оси симметрии центральной втулки, 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 оси симметрии центральной втулки.

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