Вентиляторный движитель с электроприводом Российский патент 2025 года по МПК B64D27/02 B64D35/04 F02K5/00 

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к конструкции вентиляторных движителей с электроприводом, и может быть использовано, например, в составе летательного аппарата при установке на/в закрылке крыла, а также в любых технических устройствах для создания осевой пропульсивной силы воздушного потока.

Применение вентиляторных движителей как элемента гибридной электрической силовой установки оправдано возможностью использования маломощных компактных электродвигателей. Одной из задач по вентиляторному движителю с электроприводом является профилирование его компрессорной части. При этом выбор аэродинамических параметров и аэродинамическое профилирование должно осуществляться с учетом компоновки вентиляторного движителя и электромотора в единый узел с минимальными размерами.

Известен вентиляторный движитель, расположенный на фюзеляже - крыле транспортного устройства, работающий в кольце с регулируемым выходом, представляющим собой сопло образованное соответственно U - образным и n - образным закрылками (RU 93004343, 1995 г.).

Существенным недостатком известного технического решения является сложность регулирования сечения регулируемого выхода.

Известен импеллерный движитель с электроприводом, содержащий корпус, выполненный в виде внешней кольцевой обечайки, вентилятор, размещенный в полости внешней кольцевой обечайки и кинематически связанный с ротором электропривода, и включающий расположенный на внешней поверхности кольцевой обечайки тепловыделяющий элемент системы питания электропривода, выполненные в виде электронного регулятора хода (RU 2761991, 2021 г.). Известное техническое решение предназначено для использования в составе мультикоптера вертикального взлета и посадки.

Существенным недостатком известного технического решения является отсутствие системы охлаждения тепловыделяющего элемента системы питания электропривода, что снижает технические возможности движителя.

Известен вентиляторный движитель с электроприводом, выполненный в виде импеллера, расположенного в толщине основной части крыла, содержащего регулируемый по площади входа воздухозаборник, вентилятор, и регулируемое по площади плоское сопло (RU 2813391, 2023 г.). В известном техническом решении регулирование площади входа воздухозаборника осуществляется за счет выдвижения основного звена двухзвенного закрылка, а регулирование площади сопла на выходе осуществляется за счет отклонения второго звена двухзвенного закрылка на верхнюю поверхность второго звена.

Существенным недостатком известного выше технического решения является сложность регулирования площадей входного сечения воздухозаборника и выходного сечения плоского сопла. Кроме того, известное техническое решение не содержит системы охлаждения тепловыделяющего элемента системы питания электропривода, что также снижает технические возможности импеллера.

Наиболее близким по технической сущности и назначению является вентиляторный движитель с электроприводом, содержащий корпус, выполненный в виде внешней кольцевой обечайки, конусный обтекатель, расположенный по направлению потока воздуха, тепловой контур, включающий расположенные на внутренней поверхности внешней кольцевой обечайки зубцы, вентилятор, размещенный в полости внешней кольцевой обечайки и кинематически связанный с ротором электропривода, причем вентилятор и электропривод объединены в единый блок, и тепловыделяющие элементы системы питания электропривода (GB 259901, 2022 г.) В процессе работы высокооборотный электропривод и элементы системы питания электропривода интенсивно выделяют тепло, поэтому существенным является конструкция средств охлаждения. В известном техническом решении не рассматривается вопрос, каким образом, не увеличивая значительно аэродинамическое сопротивление внутреннему потоку воздуха, обеспечить эффективное охлаждение тепловыделяющих элементов системы питания электропривода при обеспечении заданных габаритов винтового движителя, что ограничивает возможности продолжительного по времени использования вентиляторного движителя на различных режимах полета.

Таким образом, существенным недостатком известного технического решения является ограниченная возможность его использования на различных режимах полета.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в неэффективности охлаждения тепловыделяющих элементов системы питания электропривода.

Технический результат, достигаемый при реализации настоящего изобретения, заключается в обеспечении эффективности охлаждения за счет снижения температуры тепловыделяющих элементов системы питания электропривода при незначительном увеличении гидродинамического сопротивления проточного тракта.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что вентиляторный движитель с электроприводом, содержащий корпус, выполненный в виде внешней кольцевой обечайки, конусный обтекатель, расположенный по направлению потока воздуха, тепловой контур, включающий расположенные на внутренней поверхности внешней кольцевой обечайки зубцы, вентилятор, размещенный в полости внешней кольцевой обечайки и кинематически связанный с ротором электропривода, причем вентилятор и электропривод объединены в единый блок, и тепловыделяющие элементы системы питания электропривода, согласно предлагаемому техническому решению вентиляторный движитель снабжен расположенным последовательно с внешней кольцевой обечайкой профилированным соплом, и внутренней кольцевой обечайкой, установленной концентрично относительно внешней кольцевой обечайки, конусный обтекатель расположен последовательно с внутренней кольцевой обечайкой, тепловой контур представляет собой аэродинамический канал, выполненный в виде проточного тракта, образованного обращенными друг к другу поверхностями внешней и внутренней кольцевых обечаек и поверхностями профилированного сопла и конусного обтекателя, на внешней поверхности сопла выполнены приливы с площадками на внешних поверхностях приливов и с закрепленными на поверхностях площадок пластинами, выполненными из материала, коэффициент теплопроводности которого по крайней мере на 20% выше, чем у материала сопла, причем наружная поверхность пластин выполнена плоской, зубцы теплового контура дополнительно расположены на внешней поверхности внутренней кольцевой обечайки, и на внутренней поверхности сопла напротив плоских площадок, при этом геометрические размеры зубцов теплового контура определяются из условия:

где:

N - число зубцов;

h - высота зубца;

z - зазор между зубцами;

Н - высота проточного тракта;

r - радиус внутренней обечайки,

статор электропривода расположен в полости внутренней кольцевой обечайки, а тепловыделяющие элементы системы питания электропривода установлены на плоских наружных поверхностях пластин.

Существенность отличительных признаков технического решения подтверждается тем, что только совокупность всех конструктивных признаков, описывающих изобретение, позволяет обеспечить решение технической проблемы с достижением заявленного технического результата, заключающегося в обеспечении эффективности охлаждения за счет снижения температуры тепловыделяющих элементов системы питания электропривода при незначительном увеличении гидродинамического сопротивления проточного тракта.

Изобретение поясняется следующим подробным описанием и иллюстрациями, где:

- на фиг. 1 изображено размещение внешней и внутренней обечаек относительно друг друга;

- на фиг. 2 изображено сопло с конусным обтекателем;

- на фиг. 3 изображена схема размещения вентилятора с элементами электропривода;

- на фиг. 4 изображена схема размещения тепловыделяющих элементов.

На фиг. 1-4 приняты следующие обозначения:

1 - внешняя кольцевая обечайка;

2 - профилированное сопло;

3 - внутренняя кольцевая обечайка;

4 - конусный обтекатель;

5 - проточный тракт;

6, 7, 8 - зубцы;

9 - приливы с площадками;

10 - вентилятор;

11 - ротор электропривода;

12 - статор электропривода;

13 - пластины с плоскими внешними поверхностями;

14 - инверторы.

Вентиляторный движитель с электроприводом содержит корпус, выполненный в виде внешней кольцевой обечайки 1, последовательно относительно которой по направлению воздушного потока расположено профилированное сопло 2, которое может иметь любую, например, плоскую форму. Концентрично относительно внешней кольцевой обечайки 1 размещена внутренняя кольцевая обечайка 3 (см. фиг. 1). Последовательно относительно внутренней кольцевой обечайки 3 по направлению воздушного потока расположен конусный обтекатель 4 (см. фиг. 2, 3). При этом обращенные друг к другу поверхности внешней и внутренней обечаек 1 и 3 и профилированного сопла 2 и конусного обтекателя 4 образуют тепловой контур, представляющий собой аэродинамический канал, выполненный в виде проточного тракта 5. Тепловой контур вентиляторного движителя включает расположенные на внутренней поверхности внешней кольцевой обечайки 1 зубцы 6. Аналогичные зубцы 7 дополнительно расположены на внешней поверхности внутренней кольцевой обечайки 3 (см. фиг. 1), а зубцы 8 - на внутренней поверхности профилированного сопла 2. На внешней поверхности сопла 2 выполнены приливы 9 с площадками на внешних поверхностях последних. При этом зубцы 8 расположены напротив приливов 9 (см. фиг. 2, 3). Геометрические размеры зубцов 6, 7, и 8 теплового контура определяются из условия:

где:

N - число зубцов;

h - высота зубца;

z - зазор между зубцами;

Н - высота проточного тракта;

r - радиус внутренней обечайки.

В полости внешней кольцевой обечайки 1 размещен вентилятор 10, кинематически связанный с ротором 11 электропривода. При этом ротор 11 и статор 12 электропривода расположены в полости внутренней кольцевой обечайки 3 и объединены с вентилятором 10 в единый блок (см. фиг. 3). На поверхностях площадок приливов 9 закреплены пластины 13, выполненные из материала, коэффициент теплопроводности которого по крайней мере на 20% выше, чем у материала сопла, причем наружные поверхности пластин выполнены плоскими. Обращенные друг к другу и контактирующие между собой внешняя поверхность площадок приливов 9 и внутренняя поверхность пластин 13 могут иметь различную геометрическую форму, что позволяет увеличить площадь контакта для повышения теплоотвода. На наружных плоских поверхностях пластин 13 размещены тепловыделяющие элементы системы питания электропривода, выполненные в виде инверторов 14 (см. фиг. 4).

Вентиляторный движитель с электроприводом работает следующим образом.

От источника питания (на чертежах не показан) подается напряжение на инверторы 14, преобразующие постоянное напряжение в переменное синусоидальное. При вращении ротора 11 электропривода вентилятор 10 засасывают воздух, который проходит через проточный тракт 5 и контактирует со статором 12 электропривода. Зубцы 6 и 7 теплового контура увеличивают часть площади внутренней поверхности проточного тракта 5, расположенной за вентилятором 10 и отбирают тепло, выделяемое обмотками статора, которые являются основным тепловыделяющим элементом электропривода. На участке проточного тракта 5, образованного соответствующими поверхностями профилированного сопла 2 и конусного обтекателя 4 аналогичные зубцы 8 увеличивают площадь внутренней поверхности профилированного сопла 2, обеспечивая при этом формирование тепловых потоков в местах расположения инверторов 14 электропривода и их охлаждение, причем выполнение пластин 13 из материала, коэффициент теплопроводности которого по крайней мере на 20% выше, чем у материала профилированного сопла 2, дополнительно повышает эффективность охлаждения за счет повышенного теплоотвода. При этом геометрические размеры зубцов 8, определенные в соответствии с приведенной формулой, ограничивают величины перекрытия зубцами 6, 7 и 8 площадь проходного сечения проточного тракта 5 при незначительном увеличении гидродинамического сопротивления потоку воздуха, что обеспечивает малые потери мощности тяги.

Таким образом, снабжение вентиляторного движителя расположенным последовательно с внешней кольцевой обечайкой профилированным соплом, и внутренней кольцевой обечайкой, установленной концентрично относительно внешней кольцевой обечайки, расположение конусного обтекателя последовательно с внутренней кольцевой обечайкой, выполнение теплового контура, представляющего собой аэродинамический канал, выполненный в виде проточного тракта, образованного обращенными друг к другу поверхностями внешней и внутренней кольцевых обечаек и поверхностями профилированного сопла и конусного обтекателя, выполнение на внешней поверхности сопла приливов с площадками на внешних поверхностях приливов, закрепление на поверхностях площадок пластин с плоскими поверхностями, выполненных из материала, коэффициент теплопроводности которого по крайней мере на 20% выше, чем у материала сопла, дополнительное расположение зубцов теплового контура на внешней поверхности внутренней кольцевой обечайки, и на внутренней поверхности сопла напротив площадок приливов, определение геометрических размеров зубцов теплового контура исходя из заданного условия, расположение статора электропривода в полости внутренней кольцевой обечайки, и установка тепловыделяющих элементов системы управления электроприводом на соответствующих плоских поверхностях пластин обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в обеспечении эффективности охлаждения за счет снижения температуры тепловыделяющих элементов системы питания электропривода при незначительном увеличении гидродинамического сопротивления проточного тракта.

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к конструкциям вентиляторных движителей. Вентиляторный движитель с электроприводом содержит корпус в виде внешней кольцевой обечайки, конусный обтекатель, тепловой контур, включающий расположенные на внутренней поверхности внешней кольцевой обечайки зубцы, вентилятор, связанный с ротором электропривода, и тепловыделяющие элементы системы питания электропривода. Движитель снабжен расположенным последовательно с внешней кольцевой обечайкой профилированным соплом и внутренней кольцевой обечайкой, концентричной внешней кольцевой обечайке. Тепловой контур представляет собой проточный тракт, образованный поверхностями внешней и внутренней кольцевых обечаек, профилированного сопла и конусного обтекателя. На внешней поверхности сопла выполнены приливы с площадками и с пластинами из материала, коэффициент теплопроводности которого по крайней мере на 20% выше, чем у материала сопла. Зубцы теплового контура дополнительно расположены на внешней поверхности внутренней кольцевой обечайки, и на внутренней поверхности сопла напротив плоских площадок. Обеспечивается эффективное охлаждение за счет снижения температуры тепловыделяющих элементов системы питания электропривода при незначительном увеличении гидродинамического сопротивления проточного тракта. 4 ил.

Вентиляторный движитель с электроприводом, содержащий корпус, выполненный в виде внешней кольцевой обечайки, конусный обтекатель, расположенный по направлению потока воздуха, тепловой контур, включающий расположенные на внутренней поверхности внешней кольцевой обечайки зубцы, вентилятор, размещенный в полости внешней кольцевой обечайки и кинематически связанный с ротором электропривода, причем вентилятор и электропривод объединены в единый блок, и тепловыделяющие элементы системы питания электропривода, отличающийся тем, что вентиляторный движитель снабжен расположенным последовательно с внешней кольцевой обечайкой профилированным соплом и внутренней кольцевой обечайкой, установленной концентрично относительно внешней кольцевой обечайки, конусный обтекатель расположен последовательно с внутренней кольцевой обечайкой, тепловой контур представляет собой аэродинамический канал, выполненный в виде проточного тракта, образованного обращенными друг к другу поверхностями внешней и внутренней кольцевых обечаек и поверхностями профилированного сопла и конусного обтекателя, на внешней поверхности сопла выполнены приливы с площадками на внешних поверхностях приливов и с закрепленными на поверхностях площадок пластинами, выполненными из материала, коэффициент теплопроводности которого по крайней мере на 20% выше, чем у материала сопла, причем наружная поверхность пластин выполнена плоской, зубцы теплового контура дополнительно расположены на внешней поверхности внутренней кольцевой обечайки, и на внутренней поверхности сопла напротив плоских площадок, при этом геометрические размеры зубцов теплового контура определяются из условия:

где:

N - число зубцов;

h - высота зубца;

z - зазор между зубцами;

Н - высота проточного тракта;

r - радиус внутренней обечайки,

статор электропривода расположен в полости внутренней кольцевой обечайки, а тепловыделяющие элементы системы питания электропривода установлены на плоских наружных поверхностях пластин.