ПРИВОДЫ С ПОСТОЯННОЙ ЛИНЕЙНОЙ СКОРОСТЬЮ ЛОПАСТЕЙ ДЛЯ ЦИКЛОИДНЫХ РОТОРОВ И ГРЕБНЫХ ПРОПЕЛЛЕРОВ С НЕКРУГОВЫМИ ОРБИТАМИ Российский патент 2024 года по МПК B63H1/08 B64C29/00 B64C11/16 

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к циклоидным воздушным роторам и циклоидным гребным пропеллерам и, в частности, к приводам для приведения в движение лопастей циклоидных роторов и гребных пропеллеров с некруговой орбитой лопастей.

Описание предшествующего уровня техники

Циклоидные воздушных роторы с некруговой орбитой, как например эллиптической, как известно в три-четыре раза превосходят по удельной тяге роторы с круговой орбитой, что в частности подтверждено испытаниями проведенными Фондом Перспективных Исследований (далее ФПИ) в Москве (согласно их Пресс-Релизу). В технике хорошо известна конструкция, в которой лопасти перемещаются по своим орбитам вытянутой формы с циклически изменяющимися линейными скоростями. В этой конструкции лопасти установлены на каретках, которые, в свою очередь, установлены с возможностью перемещения на радиальных рычагах, причем указанные каретки также действуют как толкатели, движущиеся по направляющим форма которых определяет форму орбиты лопастей. Однако эта конструкция имеет серьезные недостатки, так как из-за постоянных ускорений и замедлений лопастей на каретках возникают большие инерционные силы и соответственно моменты на валу, частота и величина которых определяется частотой вращения и формой направляющих лопастей. Эти большие инерционные силы предъявляют высокие требования к структурной прочности направляющих лопастей, а моменты, создаваемые этими силами, настолько сильно влияют на приводной механизм, что работа ротора этой конструкции на оборотах, достаточно низких, чтобы эти инерционные силы и моменты были приемлемы, по крайней мере, при нынешнем состоянии технологий циклоидного ротора, не будет создавать подъемную силу или тягу полезно применимой величины. Представляется очевидным, что именно этим вызвано то что ФПИ не стал дальше разрабатывать роторы с вытянутой орбитой, но занялся разработкой циклоидных роторов с круговой орбитой и циклокоптеров использующих эти роторы. В конструкции вышеупомянутых циклоидных роторов с вытянутой орбитой использованы центральный вал и ступицы на обоих его концах с радиальными рычагами и каретками лопастей на роликах - эти части составляют существенную часть веса ротора.

Конструкция циклоидного ротора с некруговой орбитой, имеющего центральный вал и радиальные рычаги, описана в патенте США 8540485, однако в этом патенте описана и другая конструкция ротора с постоянной линейной скоростью лопастей, включающая зубчатый ремень, движущийся вдоль некруговых направляющих для лопастей, в которой каретки лопастей крепились к задней поверхности ремня. В указанном патенте ничего не говорится о конкретном исполнении прикрепления гибких крепежных плат установленных на каретках лопастей к упомянутым ремням. Целью настоящего изобретения является разработка конструкторских решений для оперативного соединения лопастей с указанными ремнями или присоединения/сцепления кареток лопастей к указанным ремням, дальнейшее развитие конструкции привода ротора и разработка других конструктивных решений, включающих использование зубчатых и других ремней, цепей или бесконечных петель образуемых гибкими элементами новых типов, для использования в роторах и гребных винтах без центрального вала и радиальных рычагов (далее безвальный ротор). Для несимметричных орбит и/или роторов с нечетным числом лопастей необходимо учитывать балансировку ротора, поскольку при отсутствии радиальных рычагов не существует очевидной возможности перемещения противовеса в радиальном направлении, противоположном направлению радиального движения лопасти для балансировки движения лопастей. Предложено решение, при котором противовесы с той же линейной скоростью, что и лопасти, но в противоположном направлении, движутся по орбитам которые идентичны но обратно ориентированы по отношению к орбитам лопастей. При таком решении вес противовесов в большинстве случаев равен весу лопастей и соответственно увеличивает вес ротора. Решения задачи балансировки несимметричных орбит роторов не требующие значительного увеличения их веса, основанные на других физических принципах, выходят за рамки данного изобретения, но будут представлены в другой нашей заявке на патент.

3. Цели и преимущества

Одной целью настоящего изобретения является создание конструкции ременного привода с использованием прикрепленного к ремню гибкого кронштейна или гибкой петли для соединения лопасти с ремнем.

Другой целью настоящего изобретения является создание конструкции ременного привода, в которой ремень входит в зацепление с зубьями на платах, укрепленными на каждой каретке лопастей или иным способом входящими в сцепление с указанными каретками лопастей.

Другой целью настоящего изобретения является создание конструкции ременной передачи без чрезмерных стрессов на зубчатом ремне с использованием зубчатого шкива, поперечное сечение которого остается слегка удлиненным параллельно ремню при вращении, тем самым удерживая большее число его зубьев в зацеплении с зубьями ремня без необходимости значительного огибания ремнем указанного шкива.

Другая цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы ременная передача проходила только вдоль относительно небольшой части направляющей позиционирования лопасти.

Другой целью настоящего изобретения является использование в приводе упругой металлической или подходящей пластиковой ленты с зубцами вдоль, по меньшей мере, одного края и/или с отверстиями через ленту для зацепления с зубьями звездочки для более тяжелых условий эксплуатации. Другой целью настоящего изобретения в применении для самых тяжелых условий эксплуатации является использование составной ленты, состоящей из более чем одной отдельных гибких металлических или пластиковых лент и имеющей зубья по меньшей мере на одном краю указанной составной ленты, при этом указанные зубья могут иметь форму подобную зубьям шестерен или, альтернативно, имеющие отверстия через составную ленту для зацепления с зубьями звездочки.

Другой целью настоящего изобретения является создание конструкции, в которой позиционирование лопастей и их приведение в движение выполняются только с использованием петли гибкого элемента без направляющих и кареток лопастей, которая приводится в движение либо механически посредством звездочки или зубчатого шкива, либо, без использования движущихся частей, с помощью линейного индукционного мотора, посредством которого движется гибкий элемент, такой как, например, упругая стальная лента.

Другой целью настоящего изобретения является создание механизма динамической балансировки ротора с несимметричной орбитой лопастей.

Другой целью настоящего изобретения является привод, в котором длина гибкого элемента, используемого в бесконечной петле, может варьироваться для обеспечения легкого изменения формы и размера указанной петли и соответственно формы и размера орбит лопастей.

Другой целью настоящего изобретения является создание привода с использованием плоской цепи, выполненной в виде сегментированной гусеничной петли, похожей на гусеницы тракторов и танков.

Другой целью настоящего изобретения является предпочтительное использование натянутых спиц, чтобы иметь возможность использовать более легкую конструкцию направляющей для позиционирования лопасти, обеспечивая при этом ее достаточную жесткость.

4. Краткое описание рисунков

Фиг. 1. Зубчатый ремень с кронштейнами для крепления лопастей, вид сбоку.

Фиг. 1А. Зубчатый ремень с гибким кронштейном, используемый для крепления лопасти, вид сбоку крупным планом.

Фиг. 1Б. Вид сбоку на вхождение зубчатого ремня в зацепление с зубчатой пластиной каретки лопастей.

Фиг. 1В. Зубчатый ремень, вид сбоку с петлей, образованной гибкой полоской, прикрепленной к ремню для ввода в нее удлинителя оси лопастей.

Фиг. 1Е. Вид сверху на зубчатый ремень с прикрепленным гибким основанием и кронштейном для оси, расположенным справа от ремня.

Фиг. 1Д. Вид сбоку зубчато-ременной передачи с зубчатым шкивом слегка вытянутой формы.

Фиг. 2. Вид сбоку привода, использующего гораздо меньшую петлю ременной передачи для движения лопастей по значительно большей орбитальной направляющей, при этом указанный ремень имеет зубья на одной стороне.

Фиг. 3. Вид сбоку привода, использующего гораздо меньшую петлю ременной передачи для движения лопастей по значительно большей орбитальной направляющей, причем указанный ремень имеет зубья с обеих сторон.

Фиг. 3А. Частичный вид плоской цепи для цепного привода, состоящей из сегментов.

Фиг. 4. Вид сбоку привода с использованием незубчатого ремня клиновидного сечения для перемещения лопастей по направляющей позиционирования лопасти.

Фиг. 5. Плоская лента для использования в приводах со звездочками.

Фиг. 6. Поперечное сечение составной ленты, состоящей из нескольких плоских лент.

Фиг.7. Вид сбоку ленточного привода с использованием опорных шкивов для определения формы петли ленты.

Фиг. 8. Всасывающий толкатель на ленточном приводе используемый для формирования вогнутой части ленточной петли.

Фиг. 9. Односторонний линейный асинхронный двигатель изогнутой формы, используемый для приведения в движение металлической ленты, на которой установлены лопасти.

Фиг. 10. Двусторонний линейный асинхронный двигатель, приводящий в движение металлическую ленту, на которой закреплены лопасти.

Фиг. 10А. Вид А: линейный асинхронный двигатель, приводящий в движение ленту, показанную на Фиг. 10.

Фиг. 11. Вид сбоку на легкую направляющую, снабженную натянутыми спицами для обеспечения ее жесткости.

Фиг. 12. Привод противовесов, вид сбоку, для динамической балансировки ротора с несимметричной орбитой.

Фиг. 13. Вид сбоку привода с волнистой по длине упругой лентой и конусным зубчатым приводным шкивом.

Фиг. 13А. Вид сцепления между волнистой по длине упругой лентой и конусным зубчатым приводным шкивом.

Фиг. 13В. Привод с волнистой по длине упругой лентой и приводным шкивом без зубьев, с эластичным покрытием дна канала шкива, опционально содержащим полость(и) со сжатым воздухом или жидкостью.

Фиг. 13С. Вид ленты с отверстиями для выпучивания эластичного покрытия дна шкива.

5. Описание предпочтительных вариантов осуществления

Первый вариант осуществления настоящего изобретения, первая версия (Фиг. 1) содержит зубчатый ремень (1), проходящий вдоль направляющей позиционирования лопасти (2), поддерживаемый легкими (где это уместно) шкивами (3), указанный ремень находится в зацеплении и приводится в движение зубчатым шкивом(4), расположенным внутри изгиба направляющей (2) и, соответственно, на более узком изгибе ремня, чтобы иметь больше зубьев в зацеплении, тем самым предотвращая чрезмерную нагрузку на зубья ремня (1); опционально можно использовать два таких шкива (4) в подходящих местах вдоль направляющей (2). Лопасти (5) присоединены к задней части зубчатого ремня (1), (Фиг. 1А) при помощи удлинителей (5а), вставленных в гибкие кронштейны (6) с нижними опорами (6с), имеющими зазор (7) для увеличения гибкости кронштейна; эта гибкость позволяет ему сгибаться вместе с ремнем (1). Опоры (6с) кронштейна прикреплены к ремню с помощью стежков и/или клея, и/или болтов / заклепок, или других известных средств крепления. Другой возможный (Фиг. 1В) вариант присоединения лопасти заключается в том, что вместо гибкого кронштейна (6) крепление лопасти может быть реализовано путем вставки удлинительного стержня (5а) в петлю, образованную гибкой полоской (6b), прикрепленной к ремню указанными выше известным способами. В случае ожидаемого кратковременного использования, например, в роторе дрона-камикадзе, самым простым и дешевым вариантом может быть кронштейн (6) без нижних опор или гибкая петля, удерживаемая болтами / заклепками и/или клеем. Еще одна Возможная реализация (Фиг. 1Е) имеет гибкое основание (6в) и кронштейн (6), расположенный сбоку от ремня для большей гибкости, через который продевается удлинительный стержень (5а). Есть второй вариант исполнения; вместо присоединения лопастей к ремню можно прицепить их к ремню, что можно (Фиг. 1В) реализовать с помощью зубчатого ремня (10), зубцы которого входят в зацепление с зубьями удлинительной платы (12) установленной на каретке лопасти (13). Существует много возможных подобных реализаций, где, например, на плоской стороне ремня известными средствами прикреплена гибкая зубчатая рейка (не показана) (такая, например, как отрезок зубчатого ремня, имеющий количество зубьев на нем, примерно соответствующее количеству зубьев на удлинительной плате (12). Используется ли рейка или двухсторонний зубчатый ремень, в обоих случаях обращенный наружной стороной и входящий в зацепление с зубчатой удлинительной платой (12), установленной на каретке лопасти, а со внутренней стороны в зацеплении с зубчатым шкивом (4). Выступы / выпуклые части гибкой рейки могут иметь множество различных форм, не обязательно напоминающих обычные зубцы на ремне, но на удлинительной плате (12) каретки лопастей вогнутые части ее поверхности должны иметь форму и размер, позволяющие принимать указанные выпуклые части, или наоборот. Второй вариант осуществления (Фиг. 1Д) аналогичен первому (Фиг. 1) с одним существенным отличием: в нем используется зубчатый шкив (8), удлиненный цилиндрический корпус которого имеет заданную длину, диаметр и толщину стенок. Указанный цилиндр открыт на своем конце, где он изгибается и закрыт на противоположной стороне, где к нему прикреплен приводной вал (не показан), и изготовлен из пружинной стали, эластичного сплава или подходящего пластика, подобного пластику, используемому в пластиковых пружинах. Ролики (9) используются для упругого сжатия ремня, придавая ему слегка удлиненную форму поперечного сечения. Поскольку цилиндрический корпус этого шкива вращается, в то время как его зубья остаются в зацеплении с зубьями ремня (1), поскольку шкив имеет слегка или умеренно удлиненная форму, большее количество зубьев входит в зацепление с зубцами ремня дольше и глубже, тем самым делая его сцепление с ремнем более надежным, одновременно уменьшая нагрузку на отдельные зубцы и, таким образом, продлевая срок службы ремня, а также уменьшая или устраняя необходимость во втором приводной шкиве.

Второй вариант осуществления, первая версия (Фиг. 1В и 2) использует ремень (10) с зубцами на одной стороне, который поддерживается с гладкой стороны роликами (3), зубчатая сторона ремня проходит вокруг зубчатого приводного шкива (4). Ремень также находится в зацеплении с зубцами (11) удлинительной платы (12) укрепленной на каретке лопастей (13), и ременная петля имеет предопределенную длину, достаточную для того, чтобы аналогичным образом периодически находиться в зацеплении по меньшей мере с еще одной кареткой лопастей, так что когда одна каретка лопастей выходит из зацепления, по меньшей мере одна каретка лопастей все еще находится в зацеплении с зубчатым ремнем (10), и до того, как эта каретка выйдет из зацепления, в него входит следующая каретка. Каретки лопастей соединены гибкими элементами (14), как правило, одинаковой длины, позволяющими сохранять расстояние между лопастями, измеренное вдоль кривой их орбиты, и тянуть лопасти, которые в данный момент не находятся в зацеплении с зубчатым ремнем (10). Указанный гибкий элемент (14) может быть реализован в виде подходящего тросика, или ленты, или ремня, или цепи, проходящей вдоль направляющей лопастей и поддерживаемой миниатюрными (где это уместно) шкивами (не показан). Во второй версии этого варианта осуществления (Фиг. 3) используется зубчатый ремень (15), который имеет зубцы по обе стороны его поверхности, что упрощает такую конструкцию привода, в которой один или опционально два приводных зубчатых шкива (4) расположены внутри петли ремня (15). При этом верхняя ветвь указанной ременной петли выполнена в форме соответствующей части направляющей для кареток лопасти с помощью опорных шкивов (3), которые могут быть зубчатыми или гладкими и большего диаметра для более плавного контакта с зубчатым ремнем - за счет действия центробежной силы на ремень его давление на опорные шкивы (3) вероятно будет сведено к минимуму и тогда указанные шкивы можно сделать легкой конструкции. Для направляющих лопастей изменяемой формы положения упомянутых зубчатых и опорных шкивов (4 и 3) сделаны регулируемыми посредством двигаемых приводом опор и/или положение и форма всей ременной передачи может быть сделано регулируемым посредством приводов опорных шкивов (3) ременной петли, при их активации системой управления при изменении формы направляющих. Третья версия этого варианта осуществления (Фиг. 3А) предназначена для низкооборотных приводов циклоидных гребных винтов катеров и кораблей с высокой силой тяги и аналогичен второму варианту этого варианта осуществления, но вместо двух поверхностного зубчатого ремня использует цепь, выполненную в виде сегментированной гусеничной петли, аналогично гусеничным петлям гусеничного транспорта, например тракторов или танков, где сегменты соединяются посредством осей (10а), вставленных через кронштейны (10b) на соседних сегментах гусеницы (11а). Указанные сегменты изготовлены из подходящего металла или пластика, достаточной прочности и твердости и каждый из них содержит по меньшей мере одно отверстие соответствующего размера и формы для зубьев звездочки (не показаны) или зубьев (12а) вдоль по меньшей мере одного края указанного сегмента соответствующего размера. Размер и форма по крайней мере одного зуба (не показан) на поверхности сегмента на участках предназначенных для входа в зацепление с соответствующими зубьями удлинительной платы (12) каретки лопастей (13) должен соответствовать форме зубьев (11) удлинительной платы (12). Имеется по меньшей мере одна ведущая звездочка, которая может быть парной звездочкой (не показано) в случае сегментов гусеницы имеющих зубья вдоль ее правого и левого краев которые должны соответственно входить в зацепление с зубьями парных звездочек. Таким образом, сегментированная цепная петля имеет две звездочки, по меньшей мере одна из которых является ведущей звездочкой (возможно опарной), и опорные катки гусеницы (не показаны).

В третьем варианте осуществления настоящего изобретения (фиг. 4) используется обычный ремень (16) с клиновидным поперечным сечением, который проходит через канавку (17) в тяговых платах (18) всех кареток лопастей. Лопасти, как и в предыдущих вариантах реализации, перемещаются по направляющей (2), соединенной гибкими элементами (14). Поскольку все лопасти соединены и неподвижны относительно друг друга, проскальзывания ремня не будет до тех пор, пока сила его тяги, не превышает сумму статических трений при тяге всех лопастей в платах (18) с канавками, в которые входит ремень; общее статическое трение можно сделать достаточным за счет обеспечения тяги большего количества лопастей или всех из них или с помощью других известных средств, таких как натяжение ремня, плотность прилегания ремня к указанным канавкам (17), выбор материала канавки и ее контактных поверхностей, опционально снабжение ее поверхности неглубокой прямой насечкой в радиальном направлении, чтобы значительно увеличить статическое трение, перпендикулярное радиусу шкива; используется для улучшения сцепления с ремнем, но незначительно увеличивает трение ремня перемещающегося в радиальном направлении внутрь или наружу при входе/выходе из канавки шкива (17) и т.д. Шкивы (18а) используются для регулирования натяжения ремня, особенно для ведущего шкива (19). Также имеются опорные шкивы ремня (3). Преимущество этого варианта в том, что он дешевле конструкций с использованием зубчатого ремня.

Четвертый вариант осуществления, первая версия (Фиг. 5) представляет собой альтернативное решение для более тяжелых условий эксплуатации, где в противном случае можно рассмотреть возможность использования цепи. Лопасти, как и в предыдущих вариантах реализации, соединены гибкими элементами (14). Как известно, для цепных приводов рекомендовано ограничение линейной скорости цепи и максимальное тяговое усилие, кроме того, цепи требуют смазки, обслуживания и иногда они выходят из строя, разъединяясь. Соответственно, предлагаемым гибким элементом вместо цепи или особо прочного зубчатого ремня является эластичная металлическая или пластиковая лента. Ленточные (или плоскоременные) приводы хорошо известны в данной области техники и до сих пор иногда используются в легких условиях эксплуатации. Чтобы обеспечить тягу, они полагаются на статическое трение между лентой и шкивом, возникающее из-за натяжения ленты и, соответственно, давления на контактную поверхность шкива. Также отметим, что эластичные стальные ленты используются в ленточных пилах и, несмотря на то, что они подвергаются не только растяжению и изгибу, но также скручиванию и большим неравномерно распределенным напряжениям во время распиливания, они могут эксплуатироваться месяцами, даже если работают на высоких линейных скоростях. Лента (19а) по настоящему изобретению может по-разному взаимодействовать с ведущим шкивом; он может иметь зубья вдоль одного или обоих краев, и эти зубья (20) входят в зацепление с зубьями звездочки как на ведущем шкиве, так и на пассивном ведомом шкиве. Опционально может быть колпачок (21), прикрывающий зуб, прикрепленный клеем или другими известными средствами, по меньшей мере, на одной контактной стороне зубьев ленты (или на обеих сторонах каждого зуба при использовании колпачка (21а), венчающего зуб) с целью распределения и уменьшения контактного напряжения на зубе ленты и уменьшении ее износа. Кроме того, указанные колпачки (21) зуба могут быть выполнены сменными и из материала более высокой твердости, дополнительно возможно с покрытием с низким коэффициентом трения - это применимо для увеличения срока службы ленты. На стороне, обращенной к зубчатой удлинительной плате каретки лопастей (не показана), зубья ленты (20) входят в зацепление с зубьями указанной удлинительной платы. Ленточный привод обычно будет длиннее, чем расстояние между двумя лопастями, чтобы гарантировать, что перед тем, как каретка передней лопасти выйдет из зацепления с зубьями ленты (19а), зубья удлинительной платы каретки следующей лопасти войдут в зацепление с зубьями ленты, таким образом, в любой момент по крайней мере одна каретка лопастей находится в тяговом состоянии, и никакого смещения каретки лопастей относительно ленты не может произойти, поскольку все каретки соединены гибкими элементами. Альтернативно, лента (19а) может иметь отверстия на своей поверхности для входа зубьев звездочки-шкива, и зубья удлинительной платы каретки лопасти также могут входить в эти отверстия, или лента может также иметь еще и зубья вдоль своего края, как описано выше для зубьев удлинительной платы каретки.

Вторая версия этого варианта осуществления (фиг. 6), это композитная лента которая содержит множественные эластичные ленты (19а), как описано выше, скрепленные вместе проволочной стяжкой или ленточными бракетками (не показаны) или, опционально, вставленными стержнями (не показаны), проходящими через пакет лент через отверстие, достаточного размера и формы, чтобы обеспечить смещение лент относительно друг друга назад или вперед при изгибах. Поверхности лент имеют покрытие с низким коэффициентом трения и/или смазываются. В высоковязкую смазку могут быть добавлены миниатюрные металлические шарики, чтобы обеспечить легкость относительного смещения лент и отсутствие твердого контакта металла с металлом. Альтернативно, в канавки (26а) вставляются гибкие и достаточно твердые полоски из пластика или другого подходящего материала (26), чтобы гарантировать разделение лент, смазку и отвод тепла от композитной ленты для самых тяжелых условий эксплуатации, таких как гребные винты судов, где действующие силы очень велики, при этом частота вращения обычно ниже 100 оборотов, подача масла через спиральный шланг (удерживаемый поворотной телескопической или другой опорой известного выдвижного типа - не показана) под давлением в зазоры между лентами, возможно, с разными заданными уровнями давления между различными парами соседних лент, чтобы гарантировать сохранение масляного слоя между ними. Указанное масло под давлением орошает композитную ленту и стекает вниз в сборный канал (не показан) для последующего его охлаждения известными средствами, тогда как вытекание масла под давлением из верхнего края композитной ленты предотвращается полоской (26), которая непрерывна и образует бесконечную петлю, вместе с петлей ленты, на которой установлена. Зубья этой композитной ленты также могут располагаться вдоль одного или обоих краев и предпочтительно иметь форму зубьев шестерни, или, альтернативно, отверстия выполнены через композитную ленту, причем указанные отверстия предназначены для входа в нее зубьев, подобных зубьям звездочки. В этом случае открытые композитные поверхности необходимо закрыть упругими зажимающими клипсами и т.д., чтобы предотвратить вытекание масла. В любом случае желательно опциональное использование клипс (24), закрывающих зубья, как описано выше. Пятый вариант осуществления (Фиг. 7) предназначен для легких и средних условий эксплуатации и имеет 2 зубчатых ремня или 2 цепи (предпочтительно выполненных в виде сегментированной гусеничной петли, как в третьей версии второго варианта осуществления) или 2 плоских ленты. Для каждого ремня/ленты присоединяется удлинительный стержень (5а) каждой лопасти на одном из его концов аналогично тому, что было описано для первого варианта осуществления, и лопасть (5), таким образом, переносится на двух ремнях, приводимых в движение соответственно двумя зубчатыми шкивами (4) или на двух лентах или на двух цепях приводимых в движение двумя звездочками, то есть зубчатые ремни или ленты или цепи используются без использования опорных направляющих и кареток лопастей. Опорные шкивы (3) и/или перфорированные или пористые подкладки (через которые нагнетается воздух) известных типов (3а) определяют форму петли ремня или ленты и соответственно форму орбиты лопастей, причем указанные шкивы расположены на противоположной стороне ремня от той стороны, на которой расположены лопасти, и устанавливаются таким образом, что в большинстве случаев они будут находиться внутри периметра ремня и, если они снабжены приводной опорой, могут использоваться для динамического формирования ременной петли, тем самым динамически изменяя орбиты лопастей, а также могут использоваться для регулирования натяжения ремня. В более круто изогнутых частях ремня или ленты необходимо разместить шкивы меньшего размера (3b) близко друг к другу или использовать довольно длинные воздушные подкладки соответствующей формы или несколько воздушных подкладок (3а) для образования таких необходимых кривых. Шкивы (3) и/или упомянутые воздушные подкладки (3а), используемые для динамического формирования ременной петли, могут быть снабжены отдельными приводными опорами, управляемыми системой управления (не показаны), или могут быть установлены на общих опорах изменяемой формы, например, с помощью составной опорной балки, содержащей детали из сплава с «умной памятью» для обеспечения возможности перехода между различными формами упомянутой балки, для множественных упомянутых шкивов, установленных на ней. Чтобы можно было сформировать вогнутые части петли ремня/ленты, либо (Фиг. 8) можно использовать присоску (27), опционально с войлоком или другим материалом с низким коэффициентом трения (28) по периметру воздухозаборного отверстия для уменьшения трения и износа поверхности ленты, чтобы притянуть ремень или ленту внутрь или на более широкую ленту, бракетка лопасти устанавливается (не показано) предпочтительно занимая менее половины ширины ленты, чтобы позволить шкиву (3) или воздушной подкладке (3а) располагаться за пределами петли ленты, чтобы катить/скользить по оставшейся ширине ленты, прижимая ее внутрь, чтобы при необходимости создать вогнутую часть петли. Для обеспечения динамической балансировки работы такого ротора, для разных форм несимметричных аэродинамически желательных орбит для разных режимов работы, с каждой стороны ротора параллельно соответственно ремню, ленте или цепи установлен на несущей структуре ротора аналогичный привод (Фиг. 12), имеющий или принимающий то же форму что и привод лопастей (5) на той же стороне ротора - но ориентированный противоположно, и несущий противовесы (5а), (массой 1/2 веса лопасти с 2 каретками) движущиеся в ту же сторону и расположенные вдоль ремня/ленты/цепи в том же количестве и симметрично соответствующим лопастям. Для примера (Фиг. 12) если направляющая привода ротора (2) с данной стороны имеет горизонтально вытянутую форму с выпуклостью наверху и впуклость слева, то параллельная ей направляющая привода противовесов (2а) будет иметь ту же форму но перевернутую с выпуклостью внизу и впуклостью справа. Для уменьшения веса и сложности возможно также расположение одного привода противовесов параллельно виртуальной фигуре образованной серединами лопастей предпочтительно над ними и вокруг ротора в этом случае противовесы должны двигаться с той же угловой скоростью и сохраняя противоположную текущую угловую позицию по отношению к соответствующая лопасти (5) которую каждый данный противовес балансирует, а их масса должна быть предопределена (расчетно). Кроме того при изменении формы орбиты поскольку длина кривой линии составляющей эту орбиту меняется, тогда как длина упругой ленты постоянна, то площадь покрываемая лопастью при прохождении от одного края орбиты до другого (обметаемая площадь) изменится, Для предотвращения этого длину упругой ленты можно сделать изменяемой посредством придания упругой ленте своеобразной гофрировки - волнистости по длине (Фиг. 13) приводящей к ее растяжимости в зависимости от натяжения ленты (33). Поскольку при таком растяжении ленты расстояние между ее зубьями тоже увеличится, то для ее привода можно использовать (Фиг. 13, Фиг. 13А), с одной или с обеих сторон ленты, зубчатый шкив конической формы (30) в котором зубья (31) непрерывны и проходят вдоль длины конуса (30), причем расстояние между ними наибольшее там где диаметр предопределенного размера наибольший и наименьшее там где диаметр усеченного конуса наименьший. Таким образом соответствующее смещение конуса шкива линейным приводом, желательно управляемым автоматической системой контроля, перпендикулярно к ленте одновременно с ее растяжением или сокращением позволит обеспечить соответствие расстояний между зубьями ленты и между зубьями конического приводного шкива (30). Конус, входящий в зацепление с лентой на разных его диаметрах, должен иметь линейный привод или фиксированный привод (например, наклонную направляющую сдвигающую конус латерально при его вертикальном перемещении) для его приближения и отдаления от ленты соответственно (не показан) и вращение на конус (30) желательно передавать гибким валом (32) позволяющим такие перемещения. Опционально можно сделать толщину зубьев возрастающей вдоль конуса (30) в направлении возрастания его диаметра, чтобы она соответствовала текущему расстоянию между зубьями ленты. Возможно также использование плоских (не волнистых) растяжимых лент сделанных из, к примеру, подходящих типов резины или полимеров.

Второй вариант привода растяжимой ленты включает (Фиг. 13В) незубчатый шкив с желобом для ленты (Фиг. 13С), на плоском дне желоба укреплено известными средствами эластичное покрытие предопределенной толщины (36), наружная поверхность которого предпочтительно сделана выпуклой, в котором опционально могут быть полости для сжатого воздуха или жидкости (не показаны). Упругая лента (33) проходящая по этому шкиву имеет отверстия (35) из которых при вжимании в эластичное покрытие шкива (36) туго натянутой ленты (33) выпучивается эластичный материал покрытия (36) мгновенно создавая таким образом своего рода эквивалент зубьев (37) расположенных друг от друга на расстоянии соответствующем текущей степени растянутости ленты. Опционально содержащаяся в полостях покрытия (36) жидкость может быть реологической и в полостях расположены на внутренних поверхностях электроды. В этом случае при подаче напряжения на электроды в эквивалент зубьев (37) реологическая жидкость мгновенно затвердевает и эквивалент зубьев (37) становится жестким и остается жестким пока напряжение не снято; тем самым шкив временно превращается в зубчатый шкив с расстоянием между зубьями соответствующем степени растяжения указанной ленты, что подходит для более высоких нагрузок. Данный вид привода может потребовать встроенный электрический нагреватель в покрытии (36) для работы при низких температурах.

Растяжимость ленты можно также намеренно использовать для изменения обметаемой лопастями площади (swept area).

Версия вторая; опционально этот вариант реализации с использованием упругой стальной ленты может приводиться в движение с помощью линейного асинхронного двигателя, по крайней мере, на одной стороне указанной ленты (Фиг. 9), где показан линейный асинхронный двигатель (29) с изогнутым корпусом, соответствующим кривизне ленточной петли. На Фиг. 10 показаны линейные асинхронные двигатели (29) с обеих сторон ленты (19А). Если указанный линейный асинхронный двигатель установлен на одной стороне ленты, он также может вызывать левитацию ленты в зависимости от уровня ее натяжения, действуя таким образом, как опора, возможно, устраняющая необходимость в шкивах/роликах или воздушных подкладках в районе его расположения. Как это часто бывает в линейных асинхронных двигателях, может возникнуть необходимость в прикреплении известными способами упругой ленты из алюминиевого или медного сплава (например, некоторые виды упругой бронзы) прилегающей к эластичной стальной ленте по всей ее длине. Очевидно, что использование такого типа ленточного привода, исключающее использование валов, шестерен и вращательного двигателя, упрощает конструкцию этого варианта осуществления, сводит к минимуму техническое обслуживание и приводит к снижению веса, кроме того, использование этих ленточных приводов может быть пригодным для общего использования, а не только для циклоидных роторов и пропеллеров.

Для вариантов реализации с 1 по 4, в которых каретки лопастей на обоих концах каждой лопасти перемещаются по соответствующим направляющим для позиционирования лопастей, при этом форма упомянутых направляющих может быть сделана переменной с помощью известных средств (например как описано в ЕР 17778788) в заданной степени, или один или оба концов лопастей перемещаются на ремнях, цепях или лентах, как описано в пятом варианте осуществления. Таким образом, формы орбит на противоположных концах лопастей могут быть разными и/или могут быть расположены со смещением (выше, ниже, вправо, влево) на заданное расстояние относительно орбиты противоположного конца лопасти. Результирующий наклон лопастей в заданном направлении изменит направление вектора тяги, за счет чего может быть обеспечена повышенная маневренность циклолета. Кроме того, каждая орбита может быть независимо наклонена внутрь (к противоположной орбите) или наружу относительно вертикальной плоскости и/или горизонтальной плоскости на заданный угол, или обе орбиты могут быть наклонены на соответствующую заранее определенную величину; тем самым изменяя получаемые соотношения сторон орбит концов лопастей для разных режимов работы. Независимое изменение формы этих орбит и относительные перемещения или упомянутые смещения изменяют расстояние между противоположными каретками одной и той же лопасти; таким образом, концы валов лопастей должны быть выполнены подвижными в осевом направлении относительно кареток лопастей. Существует множество известных конструктивных решений, обеспечивающих осевое перемещение опорного подшипника внутри его кронштейна или даже линейное скольжение валов внутри внутреннего кольца опорного подшипника. Если необходимо также крепления концов лопасти должны допускать угловое перемещение вала конца лопасти в заданных пределах; Существует много известных типов подшипников или кронштейнов/корпусов подшипников, допускающих подобные угловые перемещения. Для вышеописанных вариантов реализации, включающих жесткие направляющие, по которым движутся лопасти, в целях снижения веса при обеспечении жесткости направляющих предпочтительно (Фиг. 11) могут быть предусмотрены предварительно натянутые спицы (38), возможно соединяющие противоположные точки на симметричных направляющих, либо, особенно если количество спиц значительно, соединяющих диск (39) или деталь другой формы (не показано), расположенную в центральной части контура направляющей, с точками на самой направляющей.

Эскизы и диаграммы

Предоставляется отдельно

Операция

Работа всех вариантов осуществления настоящего изобретения была адекватно описана в разделе «Описание предпочтительных вариантов осуществления» и не будет повторяться здесь, а включена в качестве ссылки, как если бы она была полностью изложена.

Изобретение относится к области воздушных и водных крыльчатых циклоидных движителей. Привод циклоидного ротора или циклоидного гребного винта содержит каретки лопастей, установленные с возможностью перемещения по меньшей мере на одной направляющей для позиционирования лопастей. Каждая каретка гибко соединена с обеими соседними каретками лопастей, при этом указанные каретки лопастей приводятся в движение по меньшей мере одним гибким приводным элементом, который образует замкнутую петлю и оперативно соединен с приводом. Гибкий приводной элемент посредством средств зацепления находится в тяге в любой момент времени по крайней мере с одной кареткой лопастей. Обеспечивается возможность изменения формы и размера указанной петли и, соответственно, формы и размера орбит лопастей, динамическая балансировка ротора с несимметричной орбитой лопастей. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 23 ил.

1. Привод циклоидного ротора или циклоидного гребного винтa, в котором каретка каждой лопасти установлена с возможностью перемещения, по меньшей мере, на одной направляющей для позиционирования лопастей и гибко соединена с обеими соседними каретками лопастей, при этом указанные каретки лопастей приводятся в движение по меньшей мере одним гибким приводным элементом, который образует замкнутую петлю и оперативно соединен с приводом, при этом указанный гибкий приводной элемент посредством средств зацепления находится в тяге в любой момент времени по крайней мере с одной кареткой лопастей.

2. Привод циклоидного ротора или циклоидного гребного винта по п.1, в котором указанный гибкий элемент находится в группе, состоящей из: ремня с клиновидным профилем, одностороннего зубчатого ремня, двухстороннего зубчатого ремня, цепи, упругой ленты с зубцами по меньшей мере по одному ее краю, упругой ленты с отверстиями на ее поверхности, составной ленты, состоящей из пакета отдельных упругих лент, с зубцами по меньшей мере по одному ее краю.

3. Привод циклоидного ротора или циклоидного гребного винта по п.1, в котором упомянутый гибкий элемент имеет механический привод и приводится в движение средствами, которые входят в группу, состоящую из: шкива с клиновидным пазом, приводимого в движение вращающимся валом, зубчатого шкива, приводимого в движение вращающимся валом, звездочки, приводимой в движение вращающимся валом.

4. Привод циклоидного ротора или циклоидного гребного винта по п.1, в котором упомянутый гибкий приводной элемент - это упругая металлическая лента, которая приводится в движение по меньшей мере одним линейным асинхронным двигателем, расположенным по меньшей мере на одной стороне упругой металлической ленты.

5. Привод циклоидного ротора или циклоидного гребного винта по п.1, в котором указанная направляющая для позиционирования лопастей дополнительно содержит спицы, соединяющие либо противоположные точки на направляющей, либо соединяющей точки на направляющей и точки на центральной плате, расположенной в центральной области контура направляющей.

6. Привод циклоидного ротора или циклоидного гребного винта, в котором каретка каждой лопасти установлена на, по меньшей мере, одном натянутом гибком приводном элементе, который поддерживается средствами поддержки таким образом, что указанный гибкий приводной элемент образует бесконечную петлю заданной формы, при этом указанный гибкий приводной элемент оперативно соединен с приводом, обеспечивающим его движение с заданной линейной скоростью.

7. Привод циклоидного ротора или циклоидного гребного винта по п.6, в котором указанный гибкий приводной элемент находится в группе, состоящей из: двухстороннего зубчатого ремня, цепи, упругой ленты с зубцами по меньшей мере по одному ее краю, упругой ленты с отверстиями на ее поверхности, составной ленты, состоящей из пакета отдельных упругих лент, с зубцами по меньшей мере по одному ее краю.

8. Привод циклоидного ротора или циклоидного гребного винта по п.6, в котором упомянутый гибкий элемент имеет механический привод и приводится в движение средствами, которые входят в группу, состоящую из: зубчатого шкива, приводимого в движение вращающимся валом, звездочки, приводимой в движение вращающимся валом.

9. Привод циклоидного ротора или циклоидного гребного винта по п.6, в котором упомянутый гибкий элемент - это упругая металлическая лента, которая приводится в движение по меньшей мере одним линейным асинхронным двигателем, расположенным по меньшей мере на одной стороне указанной упругой металлической ленты.

10. Привод циклоидного ротора или циклоидного гребного винта по п.6, в котором упомянутый гибкий элемент - это растяжимая лента, меняющая длину при изменении натяжения во время изменения положений средств ее поддержки для изменения формы петли, образуемой упомянутой лентой и, соответственно, траектории лопастей.

11. Привод циклоидного ротора или циклоидного гребного винта по п.10, в котором упомянутая растяжимая лента - это упругая металлическая лента, которая имеет волнистый профиль гофрировки по длине для изменения ее длины при изменении натяжения во время изменения положений средств ее поддержки для изменения формы петли, образуемой упомянутой лентой и, соответственно, траектории лопастей.