Лопасть Советский патент 1991 года по МПК F04D29/38 F04D3/00 

ё

Цель изобретения - повышение КПД путем снижения индуктивного сопротивления лопасти. Для этого лицевая и тыльная стороны лопасти выполнены с ребрами 3, 4 При этом в направлении от входной кромки 5 к выходной кромке 6 на лицевой стороне ребра 3 наклонены в сторону корневого сечения 7, а на тыльной - в сторону периферии 8 лопасти (ребрз 4). Высота ребер не превышает 0,01 длины средней хорды лопасти, а угол между ребрами и хордой не превышает 45°. Эффективность такого оребрения подтверждена испытаниями в аэродинамической трубе.5 ил.

/

sч

Фиг.1

О

оо

vj О О СП

Изобретение относится к гидравлике и может применяться для повышения КПД гидравлических машин и снижения затрат энергии на движение различных устройств в жидкостях и газах (вентиляторы, винты, крылья и т.п.).

Цель изобретения - повышение КПД путем снижения индуктивности сопротивления лопасти.

На фиг.1 показана лопасть; на фиг.2 - результаты испытаний лопасти с оребрени- ем и без него; на фиг.З - результаты испытаний ребристой пластины: на фиг.4 - параметры течения а пограничном слое; на фиг.5 - схема скоростей жидкости около ре- бристой поверхности

Лопасть содержит лицевую и млм|у - стороны 1 и 2 с расположенными на них наклонными ребрами 3 и 4. Ребра 3 нзкло нены в направлении от входной кромки 5 к выходной кромке б на лицевой стороне 1 - в сторону корневого сечения 7, а на п/лм ой стороне 2 - в сторону периферии F. При этом высота h ребер 3 и 4 не п евышает 0,01 длины I средней хорды лопасти, угол А: меж- ду ребрами 3 и 4 и хордой - 45°.

Эффективность оребренич проверялась экспериментально. Для этого в аэродинамической трубе испытана прямоугольная в плане лопасть в следующих трех взриан- тах: без оребрения; с оребрением на нижней поверхности, скашивающим пс/гок к середине лопасти, т.е. уменьшающим индуктивное сопротивление, с оребрением на нижней поверхности скашивающим поток от середины лопасти, т.е увеличивающим индуктивное сопротивление

Измерялись лобовое сопротивление и подъемная сила лопасти, по которым затем вычислялись коэффициент лобового сопро- тивления Сх, коэффициент подьемной силы Су и аэродинамическое качество К СуСх. Каждый вариант лопасти испытывался четырехкратно и затем выводились средние значение аэродинамических коэффициентов по всем четырем испытаниям. Угол атаки «лопасти изменялся от 2 до н 16° через 1°.

Результаты испытаний показывают, что по сравнению с галкой лопастью гл орой вариант лопасти имеет пониженное, а вариант - повышенное сопротивление (фиг.2). Следовательно, оребрение улилет именно на индуктивное сопрони1пение лопасти. Об этом говорит и повышение подьемной силы второго варианта ,1 Р итоге у второго варианта лопчсти МРКГИ- мальное аэродинамическое качество из 9% больше, чем у гладкой лопагти ,с/т про

цент Ьудет выше, если сребрить также верхнюю поверхность лопасти.

Испытана также ребристая пластина, состоящая из прямоугольного дюралюминиевого листа, приклеенных к нему 378 плоских ребер (по 189 с каждой стороны) и четырех округлых деревянных кромок - передней, задней и двух боковых. Размеры Пластины: 408 х 269 х 1,5 мм. Ребра нормальны к пластине и параллельны ее малой стороне. Толщина ребер 0,1 мм, их выгода 1 мм, шаг (расстояние между соседними ребрами) - 2 мм. Пластина испытывалась в аэродинамической трубе при скорости воздушного потока до 10 м/с: По результатам испытаний полсчитывались число Рейноль- дса и коэффициент сопротивления пластины

Rei IV/ v,

Cx kx/2qb - Схп,

где I, b длина и ширина пластины;

1 - скорость набегающего потока;

V- кинематическая вязкость воздуха,

к - тарировочный коэффициент,

х МЯЯТНИКРООР смещение пластины в потоке;

П - скоростной напор набегающего ,

Схп - коэффициент лобового сопротивления подвески

В положении, когда ребра горизонтальны, .ластина испытывалась пятикратно. Один раз плястпна испытана при угле скольжения к- 3,5° и один раз - при к 6,8°. Кроме юго, для сравнения испытана гладкая металлическая пластина без ребер Она имела т d кие х е длину, ширину и толщину, как и ребристая пластина.

Полученные в результате испытаний точки зависимостей Cx(Rei) представлены на фиг.З. Там же приведены классические кривые Cf(Rei) для гладкой плоской пластины, параллельной потоку, соответствующие полностью ламинарному и полностью турбулентному течениям в ее пограничном слое Как , при Rei 50000 сопротивление трения ребристой пластины не больше, чем гладкой. Это значит, что при Че 50000 не большей части ребристой пластины ее ламинарный пограничный слой имеет примерно такую жз толщину, как и погрзнич.ии с ой гладкой пластины. Вы- числькл, какова при з м средняя толщина вытеснения xapaf теризующая толщину поГ03ИИЧНОГ0 ГЛОЯ).

Зависимость тотщины вытеснения от продольной координаты х определяется вы

ражённом

(З Зх/ Ч/ГтзТх0 5

Следовательно, средняя толщина вытеснения на участке ребер

р д4й « гаЈ|«°5

i..

где I - длина пластины; а - координата начала оребрения (фиг.4).

Приа 0

. ЈР- 1..О)

По этой формуле для испытаний пластины при Rei 50000 имеют

} - 1 1|% ,.6--1 4мм

Ребра имеют аысоту 1 мм. Следовательно, отношение h/ , при котором ребра еще не увеличивают сопротивление трения пластины, составляет

h/ 1/1,4 0.7.

Учитывая, что в ряде случаев выгодно пойти на некотороеувеличение сопротивления трения ради еще большего снижения индуктивного сопротивления, можно допустить h/( 1. С учетом этого соотношения выражение (1) можно переписать в виде

h 1.153 . | Wei

Поскольку минимальные числа Рей- нольдса технических устройств обычно не превышают 10 , согласно последней формуле можно принять:

h/ К 0,01,

Это неравенство справедливо и для турбулентного пограничного слоя,так как в нем с удалением от стенки .скорость жидкости возрастает быстрее, чем ч ламинарном пограничном слое (при одной и той же скорости набегающего потока).

Скорость жидкости между ребрами V пропорциональна проекции на направле- ние ребер скорости жидкости над ребрами (фиг.5)

V -kVcos к

Вызванная ребрами и снижающая индуктивное сопротивление скорость жил,ко- сти вдоль размаха лопасти Vz - это проекция скорости течения между ребрами V на размах

Vz Vsin к kVsIn к cos к. Эта скорост максимальна при дг 45°, Следовательно, скос ребер не должен превышать этого угла.

Формула изобретения Лопасть, содержащая лицевую и тыльную стороны с расположенными на них на- клонными ребрами, отличающаяся тем. что, с целью повышения КПД путем снижения индуктивного сопротивления лопасти, ребра наклонены в направлении от входной кромки к выходной на лицевой стороне в сторону корневого сечения лопасти, а на тыльной стороне - в сторону периферии лопасти, при этом высота ребер не превышает 0,01 длины средней хорды лопасти, а угол между ребрами и хордой - 45°.

Фиг. 2

15

еС.1

Ъ&

Г

Фиг

Ребристая пластина толщиной f,Sffff , о -

х -ae-j,5e

+ -Ж б.В

гладкая плас- - тина толщ.1,5мм

--- граница наибольшей ошибки определения Сгредри- стои пластины

,i3)fi7v

o,F

X

kVSinx Cosx

Фиг. 5