ПРОПЕЛЛЕР Советский патент 1934 года по МПК B64C11/20 

Изобретение касается пропеллеров для летательных аппаратов. Целью изобретения является создание пропеллера, в котором давление среды выравнивается по всей длине лопасти, уменьшая неравномерность давлений в выбрасываемом столбе среды. С целью образования дополнительной рабочей поверхности, расположенной перпендикулярно к плоскости вращения пропеллера, задняя кромка каждой лопасти пропеллера несколько отогнута. Конструкция лопастей позволяет включить силы сжатия в плоскость вращения лопасти и перевести эти силы в продольные силы без существенных потерь.

На чертеже фиг. 1 изображает вид спереди рабочих поверхностей лопастей; фиг. 2 - вид лопасти с кромки; фиг. 3-6-схематические разрезы, перпендикулярно к радиусу одной из лопастей, последовательно от втулки до конца лопасти; фиг. 7 - поперечный разрез видоизмененной лопасти.

Пропеллер 10 (фиг. 1) включает втулку 11 и несколько лопастей 12. Втулка 11 имеет цилиндрическую форму и снабжена шпоночной канавкой 13 для заклинивания на приводном валу. Хотя на чертеже показаны три лопасти, но число лопастей может быть любым, в зависимости от назначения пропеллера и от условий, в которых он должен работать. Пропеллер вращается в направлении стрелки (фиг. 1) и создает продольное давление на среду, в которой он работает, в направлении стрелки по фиг. 2. Очевидно, что продольное направление движения устройства, примененного в качестве пропеллера, будет противоположно направлению, показанному стрелкой (фиг. 2).

Как видно из фиг. 1 и 2, лопасти искривлены в направлении вращения в сторону от продольного направления движения пропеллера, так как при такой конструкции оказалось, что можно свести к минимуму радиальные и продольные потери. Причиной этого является особая конструкция элементов пропеллера: края лопасти отогнуты наружу по отношению друг к другу, причем наибольшая толщина лопасти находится между краями. Последняя особенность предпочитается для разных установок, но не является обязательной.

Активная сторона каждой лопасти включает угловую (движущую) поверхность 14 и компрессорную (дополнительную рабочую) поверхность 15. Обе эти части лопасти можно рассматривать, как отдельные поверхности, но, так как они соединены между собою поперечно искривленной частью, то, фактически, одна из них переходит в другую; однако, каждая выполняет отдельную и отчетливую функцию в работе пропеллера. Свободная кромка 16 по-поверхности 14 образует переднюю кромку каждой лопасти, тогда как свободная кромка 17 компрессорной поверхности образует следующую кромку. Из фиг. 3-6 видно; что наклон рабочей (движущей) поверхности каждой лопасти уменьшается от края лопасти к ее втулке. Такая постепенность наклона, в связи с другими конструктивными особенностями устройства, оказывается необходимой для обеспечения желаемой высоты степени эффективности. По конструктивным и другим соображениям часть лопасти, прилегающая к втулке, имеет фирму винта (фиг. 3).

Компрессорная поверхность 15 расположена под прямым углом к направлению вращения для введения компрессирующих усилий в ту среду, в которой пропеллер работает, а эти введенные окружные усилия переводятся в продольные усилия, чтобы заставить среду уходить в направлении стрелки (фиг. 2).

Если бы заднюю поверхность каждой лопасти выполнить плоской по всей ее ширине, то позади компрессорной поверхности образовалось бы доле низкого давления, причиняя существенные потери вследствие скручивания. Поэтому часть 18 задней поверхности, т.е. часть, выступающая от передней кромки лопасти, может быть выполнена плоской или слегка выпуклой, тогда как часть 10 задней поверхности, примыкающая к последующей кромке лопасти, искривлена поперек но всей длине лопасти. Два сечения задней поверхности лопасти простираются одинаково по отношению к движущей и компрессорной поверхностям активной стороны лопасти.

Наклон движущей поверхности уменьшается по направлению к внутреннему краю лопасти, и это же относится и к части 18 задней поверхности лопасти. Изменения наклона не абсолютны и могут варьироваться в зависимости от назначения пропеллера.

Уже указывалось на то, что если бы некоторая часть задней поверхности лопасти была расположена под прямым углом к плоскости вращения, т.е. параллельно компрессорной поверхности 15, то это повело бы к значительным потерям вследствие скручивания. Но устройство искривленной части 19 задней поверхности создает эффект обтекаемости для задней поверхности лопасти, сводящий таким образом к минимуму введение области низкого давления и обусловливаемые ими потери вследствие скручивания.

Форма выполнения по фиг. 7 сходна с ранее описанной, с тем отличием, что движущая поверхность 23 простирается до следующей кромки лопасти через сравнительно пологую кривую поверхности 24, задняя часть которой образует компрессорную поверхность лопасти.

Движущая поверхноссть 14 стремится создать тягу в направлении, противоположном стрелке (фиг. 2). Искривление компрессорной поверхности в направлении вращения лопасти, а также искривление лопасти в целом, в направлении к ее концу, в сторону от продольного направления движения, значительно уменьшает радиальные и продольные потери вследствие центробежных и центростремительных сил и других причин. Таким образом, наибольшей потерей, происходящей от движущей поверхности 14, окажется скольжение в направлении к компрессорной поверхности 15. Струи, отходящие от движущей поверхности, благодаря окружному скольжению, а также струи, пересекаемые непосредственно компрессорной поверхностью 15, создают окружное давление, "которое, очевидно, будет переведено в продольсое давление в направлении стрелки (фиг. 2) и, таким ооразом, струя отойдет от лопасти вдоль оси вращения.

Наклон лопасти создает необходимую глубину среза или компрессорной поверхности, а также уменьшает потери сзади лопасти. Идеальным является такой наклон, который в наибольшей степени уменьшает потери сзади лопасти и предоставляет достаточную глубину для компрессорной части. Предусмотренная компрессорная часть 15 также стремятся стабилизировать действие движущей поверхности.

Хотя движущая поверхность 14 создает тягу вдоль оси вращения, очевидно, что большая часть сил, порожденных этой движущей поверхностью, будет в плоскости вращения пропеллера и что, таким образом, движущая поверхности окажет существенную помощь сравнительно узкой компрессорной поверхности в создании компрессионых сил. В связи с этим оказалось, что движущую поверхность на практике лучше иметь более широкой, чем компрессорная поверхность, и линия, соединяющая любую точку на передней кромке 16 с соответствующей точкой вдоль кромки 17, должна образовать угол в 45° или менее к плоскости вращения.

Изображенные пропеллеры взяты лишь в качестве наиболее целесообразных форм выполнения изобретения, и последнее не ограничивается описанными деталями конструкции. Например, часть задней поверхности лопасти подле передней кромки и части компрессорной поверхности изображены плоскими, но изобретение остается в полной силе и без таких конструктивных ограничений.

Далее несущественно, чтобы лопасти имели плоские поверхности в поперечном направлении, так как активная поверхность лопасти могла бы быть выполнена по непрерывной поперечной кривой от входящей к следующей кромке, а задняя поверхность лопасти могла бы иметь соответствующую форму для создания желаемого эффекта поточной линии. В тех случаях, когда применяется также непрерывная поперечная кривая, задняя оконечность компрессорной поверхности должна окончиться касательной, перпендикулярной к направлению вращения лопасти, как предложен® в описанной форме выполнения.

Пропеллер, отличающийся тем, что задняя кромка каждой лопасти отогнута с целью образования дополнительной рабочей поверхности, расположенной перпендикулярно к плоскости вращения пропеллера.