EA020155B1 - Propulsor - Google Patents

Abstract

The invention relates to machine building, in particular, to a propulsor converting rotational motion of a working body to a thrust force and can be used in ground, water and air transport. A propulsor comprises a drive shaft with working blades mounted in the body made in the form of a hollow truncated cone (disc) having an input in a lesser base for inputting and/or intaking the working body, wherein in the greater base an output and a cylindrical part, in which stationary brake vanes are fastened sequentially and an additional disc mounted behind the working blades having the diameter less than the output, thus forming an annular gap.

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к движителям, преобразующим вращательное движение в тяговую силу, и может быть использовано в наземном, водном и воздушном транспорте.The invention relates to the field of engineering, in particular to propulsors that convert rotational motion into traction force, and can be used in land, water and air transport.

Известен движитель, содержащий два рабочих колеса, установленных соосно в водоводе с водоприемным устройством и выходным соплом (Прицкер Д.М., Сахаров Д.И. Аэродинамика. - М., 1968, с. 179-191). Рабочие колеса имеют противоположные направления вращения, и каждое из них жестко связано с одним коаксиально установленным гребным валом, на противоположные концы которого жестко насажены зубчатые колеса, взаимодействующие между собой через сателлиты, смонтированные в корпусе. Корпус с сателлитами установлен с возможностью вращения и снабжен тормозом.Known mover containing two impellers mounted coaxially in the water conduit with a water intake device and an outlet nozzle (Pritsker DM, Sakharov D.I. Aerodynamics. - M., 1968, S. 179-191). The impellers have opposite directions of rotation, and each of them is rigidly connected to one coaxially mounted propeller shaft, on the opposite ends of which gears are rigidly mounted, interacting with each other through satellites mounted in the housing. The housing with satellites is mounted for rotation and equipped with a brake.

Недостатком известного движителя является сложная конструкция, а энергия, затраченная на привод колес, в полном объеме не восстанавливается, что снижает эффективность его работы.A disadvantage of the known propulsion system is its complex design, and the energy spent on wheel drive is not fully restored, which reduces its efficiency.

Известен движитель, содержащий концентрично расположенные наружный и полый внутренние конусы с входными и выходными отверстиями, образующие с кольцом крыльчатки внутренний и наружные кольцевые каналы, причем кольцо крыльчатки насажено на вал двигателя между корпусами и имеет лопасти, разделенные этим кольцом, и задвижку для входного отверстия корпуса (А.С. СССР № 853717, М.кл. В63Н1/2, опубл. 07.08.81). Корпусы и кольцо крыльчатки выполнены расширяющимися в сторону выброса воды, а задвижка выполнена по форме полого усеченного конуса с центральным отверстием, соосным кольцу крыльчатки и имеющим диаметр, равный диаметру входного отверстия наружного конуса. Недостатком известного движителя является сложная конструкция и недостаточная эффективность работы.Known mover containing concentrically arranged outer and hollow inner cones with inlet and outlet openings, forming inner and outer annular channels with the impeller ring, the impeller ring being mounted on the motor shaft between the housings and has blades separated by this ring and a valve for the housing inlet (A.S. USSR No. 853717, M.C. B63H1 / 2, publ. 07.08.81). The housings and the impeller ring are made expanding towards the water discharge, and the valve is made in the form of a hollow truncated cone with a central hole coaxial to the impeller ring and having a diameter equal to the diameter of the inlet of the outer cone. A disadvantage of the known propulsion system is its complex construction and insufficient work efficiency.

Задача настоящего изобретения состоит в создании наиболее простого и эффективного движителя.The objective of the present invention is to create the most simple and effective propulsion.

Указанная задача решается тем, что в движителе, содержащем вал с рабочими лопатками, установленными в корпусе, выполненном в виде полого усеченного конуса (тарелки), имеющего в меньшем основании входное отверстие для ввода и/или забора рабочего тела, а в большем основании - выходное отверстие и цилиндрическую часть, в которой последовательно установлены неподвижные тормозные лопатки, закрепленные в цилиндрической части, и дополнительным диском, установленным за рабочими лопатками.This problem is solved by the fact that in the propulsion device containing a shaft with rotor blades mounted in a housing made in the form of a hollow truncated cone (plate) having an inlet for input and / or intake of a working fluid in a smaller base, and an outlet in a larger base the hole and the cylindrical part in which the stationary brake vanes are fixed in series, fixed in the cylindrical part, and an additional disk mounted behind the working blades.

В предлагаемых движителях направление и действие сил на элементы конструкции зависят не только от расположения конструктивных элементов движителя, но и от скорости вращения лопаток движителя.In the proposed propulsors, the direction and action of forces on structural elements depend not only on the location of the structural elements of the propulsion device, but also on the speed of rotation of the propeller blades.

Таким образом, изменяя углы конусной части тарелки относительно оси и изменяя угловую скорость вращения лопаток, можно изменять и направление равнодействующей, относительно оси тарелки, а следовательно, и направление силы противодействия.Thus, changing the angles of the conical part of the plate relative to the axis and changing the angular velocity of rotation of the blades, you can change the direction of the resultant relative to the axis of the plate, and therefore the direction of the reaction force.

В изобретении предлагается ввести в конструкцию движителя дополнительные конструктивные элементы и за счет введения этих конструктивных элементов, а также за счет изменения частоты вращения лопаток движителя добиться изменения направления равнодействующей, а значит и силы противодействия.The invention proposes to introduce additional structural elements into the mover design and, by introducing these structural elements, as well as by changing the rotational speed of the mover blades, to achieve a change in the direction of the resultant, and hence the reaction force.

Это утверждение основано на том, что при работе возникают и действуют на конструктивные элементы движителя силы, величина которых зависит от величины угловой скорости лопаток движителя, при изменении угловой скорости эти силы изменяются на различные величины, что приводит к изменению направления равнодействующей силы, а значит изменяется и направление силы противодействия относительно оси тарелки.This statement is based on the fact that during operation, forces arise on the structural elements of the mover, the magnitude of which depends on the angular velocity of the mover blades, when the angular velocity changes, these forces change by different values, which leads to a change in the direction of the resultant force, and therefore changes and the direction of the reaction force relative to the axis of the plate.

В процессе исследований установлено, что действия центробежной силы, сил вызывающих разрежение, имеют различные направления и при определенных условиях частично или полностью нейтрализуют друг друга, а то и превосходят по величине друг друга. Когда центробежная сила по величине превосходит силы разрежения - движитель движется в прямом направлении. Когда вводятся дополнительные элементы конструкции силы разрежения и сила, подобная подъемной силе крыла (Стрелков С.П. Механика, 2005, с. 403-407), не только нейтрализовали центробежную силу, но и превзошли ее по величине. В результате движитель начинает движение в обратном направлении.In the process of research it was found that the action of centrifugal force, the forces causing the vacuum, have different directions and under certain conditions partially or completely neutralize each other, or even exceed each other in magnitude. When the centrifugal force exceeds the rarefaction forces in magnitude, the mover moves in the forward direction. When additional structural elements of the rarefaction force and a force similar to the lift force of the wing are introduced (Strelkov S.P. Mechanics, 2005, p. 403-407), they not only neutralized the centrifugal force, but also exceeded it in magnitude. As a result, the mover begins to move in the opposite direction.

Для уменьшения сил разрежения предлагаются следующие варианты изобретения.To reduce the rarefaction forces, the following variants of the invention are proposed.

В этом варианте изобретения в движителе дополнительно устанавливается за крыльчаткой неподвижный диск.In this embodiment of the invention, a fixed disk is additionally mounted behind the impeller in the propeller.

На поверхности диска и внутренней поверхности корпуса лопатками движителя будет создано движение рабочего тела относительно поверхностей диска и внутренней поверхности корпуса, разница в скорости движении рабочего тела внутри и снаружи диска и корпуса и обеспечено создание силы, подобной подъемной силе крыла самолета. На фиг. 2Б видно направление этих сил, в значительной степени они нейтрализуют друг друга.On the surface of the disk and the inner surface of the hull by the propeller blades, a movement of the working fluid relative to the surfaces of the disk and the inner surface of the hull, a difference in the speed of movement of the working fluid inside and outside the disk and the hull will be created, and a force similar to the lift force of the aircraft wing will be provided. In FIG. 2B shows the direction of these forces, to a large extent they neutralize each other.

Выполнение изобретения представлено на следующих чертежах:The implementation of the invention is presented in the following drawings:

на фиг. 1 изображен движитель в разрезе;in FIG. 1 shows a mover in section;

на фиг. 2А - движитель в разрезе с установленным дополнительным неподвижным диском;in FIG. 2A is a cross-sectional mover with an additional stationary disk installed;

на фиг. 2Б - направление и схема сил, действующих в движителе по фиг. 2Аin FIG. 2B is a direction and diagram of the forces acting in the propulsion device of FIG. 2A

Движитель содержит ведущий вал 1 с рабочими лопатками 2, установленными в корпусе 3, выполThe mover contains a drive shaft 1 with rotor blades 2 installed in the housing 3,

- 1 020155 ненном в виде полого конуса (тарелки). В меньшем основании корпуса (тарелки) 3 имеется входное отверстие 4 для забора рабочего тела (воздуха, жидкости), а в большем основании выходное отверстие 5 и цилиндрическая часть 6, с тормозными лопатками 7, в которой перед тормозными лопатками расположен диск 8.- 1 020155 nenny in the form of a hollow cone (plate). In the smaller base of the housing (plate) 3 there is an inlet 4 for intake of the working fluid (air, liquid), and in the larger base, the outlet 5 and the cylindrical part 6, with brake blades 7, in which the disk 8 is located in front of the brake blades.

Движитель работает следующим образом.The mover operates as follows.

Крутящий момент от вала двигателя передается на ведущий вал 1 движителя с рабочими лопатками 2. Рабочие лопатки 2, вращаясь с угловой скоростью, вовлекают во вращательное движение частицы рабочего тела. Под воздействием центробежных сил частицы рабочего тела отбрасываются к внутренней конусной поверхности корпуса (тарелки) 3, где происходит изменение направления их движения, и через выходное отверстие 5 частички рабочего тела поступают в цилиндрическую часть 6, в которой установлены тормозные лопатки 7. В результате торможения частичек рабочего тела на тормозных лопатках 7 в указанном потоке повышается давление. При воздействии повышенного давления на внутреннюю поверхность корпуса 3 происходит увеличение тяги.Torque from the motor shaft is transmitted to the drive shaft 1 of the propulsion device with rotor blades 2. The rotor blades 2, rotating at an angular speed, involve particles of the working fluid in the rotational motion. Under the influence of centrifugal forces, the particles of the working fluid are discarded to the inner conical surface of the housing (plate) 3, where the direction of their movement changes, and through the outlet 5, the particles of the working fluid enter the cylindrical part 6, in which the brake vanes 7 are installed. the working fluid on the brake blades 7 in the specified stream increases the pressure. When exposed to high pressure on the inner surface of the housing 3 there is an increase in traction.

В цилиндрической части 6 перед тормозными лопатками 7 установлен диск 8. На поверхности диска со стороны рабочих лопаток создается поток рабочего тела, с обратной стороны этого диска сохраняется относительное спокойствие. В результате на поверхности диска 8 со стороны рабочих лопаток создается разрежение, вызванное движением рабочего тела относительно поверхности диска. С обратной стороны диска 8 движения рабочего тела относительно этой поверхности диска практически нет, разрежения на этой стороне диска нет. Разность давлений (разрежение) по обе стороны диска определяет силу направленную в сторону силы тяги и существенно ее усиливает без дополнительных затрат энергии, данное обстоятельство доказано опытом. На внутренней поверхности корпуса 3 создается разрежение в результате движения частиц рабочего тела относительно внутренней поверхности корпуса 3, появляется сила, подобная подъемной силе крыла самолета. Направление сил, возникающих на внутренней поверхности корпуса 3 и на поверхности диска 8, показано (см. фиг. 2Б). При работе движителя эти силы практически полностью нейтрализуют друг друга.A disk 8 is installed in the cylindrical part 6 in front of the brake blades 7. A flow of the working fluid is created on the surface of the disk from the side of the working blades, and relative calm is maintained on the back of this disk. As a result, a vacuum is created on the surface of the disk 8 from the side of the working blades caused by the movement of the working fluid relative to the surface of the disk. On the reverse side of the disk 8 there is practically no movement of the working fluid relative to this surface of the disk, there is no vacuum on this side of the disk. The pressure difference (rarefaction) on both sides of the disk determines the force directed towards the thrust force and significantly enhances it without additional energy costs, this circumstance is proved by experience. On the inner surface of the hull 3, a vacuum is created as a result of the movement of particles of the working fluid relative to the inner surface of the hull 3, a force similar to the lifting force of the wing of the aircraft appears. The direction of the forces arising on the inner surface of the housing 3 and on the surface of the disk 8 is shown (see Fig. 2B). When the mover is operating, these forces almost completely neutralize each other.

Поток частиц рабочего тела, истекающий в цилиндрическую часть 6 корпуса 3, взаимодействуя с тормозными лопатками, тормозится, а на тормозных лопатках 7 создается давление, которое препятствует свободному истечению рабочего тела и способствует увеличению давления на корпус 3 (это обстоятельство доказано опытом). Что, в свою очередь, приводит к увеличению тяги и уменьшает расход рабочего тела.The flow of particles of the working fluid flowing into the cylindrical part 6 of the housing 3, interacting with the brake blades, is inhibited, and pressure is created on the brake blades 7, which prevents the free flow of the working fluid and increases the pressure on the housing 3 (this is proved by experience). Which, in turn, leads to an increase in traction and reduces the consumption of the working fluid.

Оказалось, что можно искусственно создать силовое поле, где на частички рабочего тела будут действовать силы, не связанные с силами реакции. Это было подтверждено экспериментально. Движитель при диаметре большего основания конуса 50 см, 3000 об/мин создал тягу 70 Н, а при 4000 об/мин - 110 Н. Это значительно превышает тягу винта, по такому показателю как создание тяги на единицу затраченной мощности.It turned out that it is possible to artificially create a force field where forces that are not related to the reaction forces will act on the particles of the working fluid. This has been confirmed experimentally. The mover with a diameter of the larger base of the cone 50 cm, 3000 rpm created a thrust of 70 N, and at 4000 rpm - 110 N. This significantly exceeds the thrust of the screw, in such an indicator as the creation of thrust per unit of power expended.

В результате проведенных исследований по данной теме опытом доказана возможность механизмов совершать движение в прямом и обратном направлении без изменения направления истекающего рабочего тела, увеличение тяги при торможении истекающего рабочего тела.As a result of research on this topic, the experiment proved the possibility of mechanisms to make movement in the forward and reverse direction without changing the direction of the expiring working fluid, increasing traction during braking of the expiring working fluid.

В нашем случае на каждую частичку рабочего тела действуют силовые поля, созданные центробежной силой, силой разрежения, силой, вызванной движением рабочего тела относительно корпуса тарелки. Равнодействующая этих сил и определит направление движения механизма.In our case, force fields created by centrifugal force, rarefaction force, force caused by the movement of the working fluid relative to the plate body act on each particle of the working fluid. The resultant of these forces will determine the direction of movement of the mechanism.

В процессе исследований по движителям установлено, что реверс тяги возможен без изменения направления истекающего рабочего тела, увеличение тяги при торможении истекающего рабочего тела.In the process of research on propulsors it was found that thrust reversal is possible without changing the direction of the expiring working fluid, an increase in traction during braking of the expiring working fluid.

Claims (1)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM Движитель, включающий ведущий вал с рабочими лопатками, установленными в корпусе, выполненном в виде полого усеченного конуса, имеющего в меньшем основании входное отверстие для ввода и/или забора рабочего тела, а в большем основании - выходное отверстие, отличающийся тем, что на большем основании усеченного конуса установлена цилиндрическая часть, а по внутренней окружности цилиндрической части установлены тормозные лопатки, при этом в цилиндрической части перед тормозными лопатками соосно выходному отверстию установлен неподвижный диск с диаметром меньше диаметра выходного отверстия, образуя при этом кольцевой зазор.A mover comprising a drive shaft with rotor blades mounted in a housing made in the form of a hollow truncated cone having an inlet for input and / or intake of a working fluid in a smaller base, and an outlet in a larger base, characterized in that on a larger base the truncated cone has a cylindrical part installed, and brake blades are installed along the inner circumference of the cylindrical part, while a fixed part is installed in front of the brake blades in the cylindrical part in front of the brake blades claim with a diameter smaller than the diameter of the outlet opening, thus forming an annular gap.