RU2172700C2

RU2172700C2 - Method of creation of propelling force for vehicle in fluid medium and propulsor for realization of this method

Info

Publication number: RU2172700C2
Application number: RU96116540/28A
Authority: RU
Inventors: В.И. Бакай
Original assignee: Бакай Владимир Иванович
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 2001-08-27

Abstract

FIELD: creation of propelling force in fluid medium. SUBSTANCE: method of creation of propelling force in fluid medium consists in setting one hydrofoil in reciprocating motion at angle of from 50 to 130 deg. relative to incident flow and angular displacement. Rate of displacement ranges from 0.1 to 12 running speed of vehicle imparted by hydrofoil; angle of attack is maintained at constant level. Propulsor used realization of this method includes at least one hydrofoil provided with drive which is articulated with this hydrofoil and is rigidly secured on vehicle; drive sets hydrofoil in reciprocating motion relative to direction of motion of fluid medium. Hydrofoil of vehicle is provided with device for control of angle of attack. EFFECT: increased propulsive coefficient of propulsor. 7 cl, 11 dwg

Description

Область техники
Изобретение относится к области транспортной техники, в частности к способу создания движущей силы аппарата в текучей среде и устройству для его осуществления, и может быть использовано на судах всех типов и на летательных аппаратах.Technical field
The invention relates to the field of transport technology, in particular to a method for creating a vehicle driving force in a fluid medium and a device for its implementation, and can be used on ships of all types and on aircraft.

Предшествующий уровень техники
Проблема создания аппаратов, использующих в качестве движителя колеблющееся крыло, заключается в том, что до настоящего времени нет ясности в вопросе о характере движения крыла - его траектории и потребных углов атаки на ней, при которых полезная работа его была бы достаточно эффективна. Из живой природы известно, что морские животные и рыбы способны совершать длительное плавание с высокой скоростью при минимальной затрате энергии.State of the art
The problem of creating apparatuses using an oscillating wing as a mover is that so far there is no clarity about the nature of the movement of the wing — its trajectory and the required angles of attack on it, at which its useful work would be quite effective. From wildlife it is known that marine animals and fish are able to make long voyages at high speed with minimal energy consumption.

Решение этой проблемы состоит в определении оптимальной траектории движения крыла и необходимых углов атаки на ней и в создании способа получения движущей силы аппарата, заключающегося в том, что крылу придают перемещение по оптимальной траектории с необходимыми углами атаки в каждой точке траектории. The solution to this problem is to determine the optimal trajectory of the wing and the necessary angles of attack on it and to create a way to obtain the driving force of the apparatus, namely, that the wing is given movement along the optimal trajectory with the necessary angles of attack at each point of the trajectory.

Главной проблемой при создании движителя с колеблющимся крылом является возможность получения потребных углов атаки крыла в процессе его движения, причем во всем диапазоне скоростей движения аппарата. Так при различных режимах движения - трогании с места, разгоне и на крейсерских скоростях - требуются разные углы атаки крыла. The main problem in creating an engine with an oscillating wing is the ability to obtain the required angles of attack of the wing during its movement, and in the entire range of speeds of the apparatus. So with different modes of movement - starting off, acceleration and at cruising speeds - different angles of attack of the wing are required.

Решение этой проблемы состоит в создании таких устройств, которые обеспечивали бы возможность регулирования и управления углами атаки крыла при работе его в качестве движителя. Желательно также, чтобы была возможность обеспечить на креймерских режимах "наивыгоднейшие" углы атаки крыла, т.е. соответствующие максимальному качеству крыла, когда отношение коэффициента подъемной силы к коэффициенту сопротивления максимально, что дает возможность сводить к минимуму потери энергии. The solution to this problem is to create such devices that would provide the ability to control and control the angles of attack of the wing when it operates as a propulsion device. It is also desirable that it would be possible to provide the "best" angles of attack of the wing on the Kreimer regimes, i.e. corresponding to maximum wing quality, when the ratio of the lift coefficient to the drag coefficient is maximum, which makes it possible to minimize energy loss.

Известен, например, способ создания движущей силы судна и движитель, осуществляющий этот способ, содержащий крыло, снабженное шарнирно связанным с ним приводом, жестко закрепленном на аппарате и сообщающим крылу сложное колебательное движение перпендикулярное потоку жидкости (см., например, патент FR N 2181223). Known, for example, is a method of creating a ship’s driving force and a propulsor implementing this method, comprising a wing provided with an articulated drive rigidly mounted on the apparatus and imparting to the wing a complex oscillatory movement perpendicular to the fluid flow (see, for example, patent FR N 2181223) .

Способ создания движущей силы судна заключается в том, что крылу придают возвратно-поступательное перемещение в направлении перпендикулярном к набегающему потоку жидкости и угловое перемещение. Поступательное перемещение совершается по закону y = y₀•cos(ωt), а угловое - по закону θ = θ₀cos(ωt+π/2),
где y₀ - амплитуда поступательного колебания,
ω - частота,
t - время,
θ₀ - амплитуда углового колебания.A method of creating a ship's driving force is that the wing is provided with a reciprocating movement in a direction perpendicular to the incoming liquid flow and angular movement. The translational movement is performed according to the law y = y ₀ • cos (ωt), and angular - according to the law θ = θ ₀ cos (ωt + π / 2),
where y ₀ is the amplitude of the translational oscillation,
ω is the frequency
t is the time
θ ₀ is the amplitude of the angular oscillation.

Однако описанный способ не позволяет получить высокое значение пропульсивного коэффициента, т.к. крыло движется по траектории синусоидального вида, имеющей значительные участки траектории с малым углом наклона, на которых проекция гидродинамических сил на ось движения мала по величине и среднее значение мгновенных величин КПД низко. Углы атаки переменны и могут быть "наивыгоднейшими" (при которых отношение коэффициента подъемной силы к коэффициенту сопротивления максимально) только в одной точке траектории за полпериода колебания, что также снижает среднее значение КПД
У такого движителя изменять силу тяги можно только за счет изменения частоты поступательных колебаний крыла. При этом каждому скоростному режиму судна соответствует определенная частота колебаний крыла. В любой момент времени углы атаки крыла определяется его положением, зависящим только от конструктивных параметров механизма, скоростью перемещения крыла приводом и скоростью движения самого судна.However, the described method does not allow to obtain a high value of the propulsive coefficient, because the wing moves along a sinusoidal trajectory with significant sections of the trajectory with a small angle of inclination, on which the projection of hydrodynamic forces on the axis of motion is small in magnitude and the average value of instantaneous efficiency is low. The angles of attack are variable and can be “most advantageous” (for which the ratio of the coefficient of lift to the coefficient of resistance is maximum) at only one point of the trajectory for half the oscillation period, which also reduces the average value of the efficiency
In such an engine, the thrust force can only be changed by changing the frequency of the translational oscillations of the wing. Moreover, each speed regime of the vessel corresponds to a certain frequency of the wing. At any moment of time, the angle of attack of the wing is determined by its position, which depends only on the design parameters of the mechanism, the speed of movement of the wing by the drive and the speed of the vessel itself.

При таких условиях формирования углов атаки невозможно получать их оптимальные значения на всех режимах движения судна, что неизбежно приводит к неоправданному увеличению затрачиваемой энергии. Under such conditions of formation of angles of attack, it is impossible to obtain their optimal values for all modes of movement of the vessel, which inevitably leads to an unjustified increase in the energy expended.

Аналогичный способ и движитель для его осуществления описаны в журнале "Катера и яхты" N 2 за 1989 г., стр. 51, рис. 2. A similar method and mover for its implementation are described in the journal "Boats and Yachts" N 2 for 1989, p. 51, Fig. 2.

Известен, например, движитель для передвижения в воде с мускульным приводом, содержащий крыло, шарнирно закрепленное на рычаге, совершающее колебательное движение перпендикулярное потоку жидкости. Угловые перемещения крыла осуществляют за счет шарнирной подвески и наличием люфта между регулируемыми упорами (см., например, патент US N 3426722). Known, for example, a propulsion device for moving in water with a muscular drive, containing a wing pivotally mounted on a lever, making an oscillatory movement perpendicular to the fluid flow. Angular movements of the wing are carried out due to the hinged suspension and the presence of play between the adjustable stops (see, for example, US Pat. No. 3,426,722).

По желанию пловца величина люфта может регулироваться, т.е. предполагается возможность подбирать углы атаки крыла, работающего в качестве движителя. At the request of the swimmer, the amount of play can be adjusted, i.e. it is supposed to be able to select the angles of attack of a wing operating as a mover.

В любой момент времени угол атаки крыла зависит от его положения, определяемого конструктивными параметрами движителя, т.е. от положения упора и от положения рычага, на котором закреплено крыло, от скорости перемещения крыла приводом (пловцом) и от получаемой при этом скорости движения самого аппарата. At any time, the angle of attack of the wing depends on its position, determined by the design parameters of the propulsion, i.e. from the stop position and from the position of the lever on which the wing is fixed, from the speed of movement of the wing by the drive (swimmer) and from the resulting speed of the apparatus itself.

При таких условиях формирования углов атаки получать их оптимальные значения задача сложная и трудновыполнимая. Under such conditions of formation of angles of attack, obtaining their optimal values is a difficult and difficult task.

При возвратно-поступательных перемещениях крыла около крайних положений, во время изменения направления движения происходит пассивный поворот от одного упора до другого, при этом крыло создает только создает только сопротивление, а сила тяги отсутствует, что приводит к увеличению потерь затрачиваемой энергии. During reciprocating movements of the wing near the extreme positions, during a change in the direction of movement, there is a passive turn from one stop to another, while the wing only creates resistance, and there is no traction force, which leads to an increase in the loss of energy expended.

Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание такого способа получения движущей силы аппарата в текучей среде и движителя для его осуществления, который за счет использования оптимальной траектории движения крыла и обеспечения потребных углов атаки на этой траектории при любых режимах движения аппарата обеспечил бы значительное повышение пропульсивного коэффициента.Disclosure of Invention
The present invention is the creation of such a method of obtaining the driving force of the apparatus in a fluid medium and a propulsion device for its implementation, which due to the use of the optimal trajectory of the wing and providing the required angles of attack on this trajectory under any modes of movement of the apparatus would provide a significant increase in the propulsive coefficient.

Эта задача решается, что в способе создания движущей силы аппарата, снабженного по меньшей мере одним крылом, в текучей среде, крылу придают возвратно-поступательное перемещение в направлении под углом к набегающему потоку текучей среды и угловое перемещение, согласно изобретению, крыло аппарата перемещают под углом от около 50^o до около 130^o к набегающему потоку текучей среды со скоростью по величине составляющей соответственно примерно от 0,1 до 12 скорости самого аппарата, сообщаемой ему этим крылом и с постоянным углом атаки.This problem is solved, that in the method of creating the driving force of an apparatus equipped with at least one wing in a fluid, the wing is reciprocated in the direction at an angle to the incoming fluid flow and the angular movement according to the invention, the wing of the apparatus is moved at an angle from about 50 ^° to about 130 ^° to the oncoming fluid flow with a velocity of a component of about 0.1 to 12, respectively, of the speed of the apparatus itself, communicated to it by this wing and with a constant angle of attack.

Это значительно повышает эффективность работы крыла в качестве движителя. This greatly improves the efficiency of the wing as a mover.

Целесообразно возвратно-поступательное перемещение крылу придавать в направлении перпендикулярном набегающему потоку текучей среды. It is advisable to give reciprocating movement to the wing in the direction perpendicular to the incoming fluid flow.

Это позволяет повысить КПД крыла как движителя. This allows you to increase the efficiency of the wing as a mover.

Выгодное всего крыло перемещать со скоростью примерно равной скорости движения самого аппарата. The wing most advantageous to move at a speed approximately equal to the speed of movement of the device itself.

При этом КПД крыла как движителя максимально. In this case, the efficiency of the wing as a mover is maximum.

При наличии двух крыльев, им придают одновременно движение в противофазе, чтобы избежать нежелательные колебания аппарата. If there are two wings, they are given simultaneous movement in antiphase to avoid unwanted vibrations of the apparatus.

Эта задача решается также тем, что в движителе для создания движущей силы аппарата, помещенного в поток текучей среды, снабженного по меньшей мере одним крылом, шарнирно связанным с приводом, жестко закрепленном на аппарате, и сообщающим крылу возвратно-поступательное движение относительно направления движения потока текучей среды согласно изобретению крыло аппарата снабжено устройством управления его углом атаки, связанным с этим углом. This problem is also solved by the fact that in the propulsion device to create the driving force of the apparatus placed in the fluid flow, equipped with at least one wing pivotally connected to the drive rigidly mounted on the apparatus, and giving the wing a reciprocating motion relative to the direction of flow of the fluid flow medium according to the invention, the wing of the apparatus is equipped with a control device for its angle of attack associated with this angle.

Это обеспечивает значительное повышение пропульсивного коэффициента. This provides a significant increase in propulsive coefficient.

Возможно устройство управления углом атаки выполнить в виде крыловидного элемента, жестко связанного с самим крылом. Perhaps the device to control the angle of attack to perform in the form of a pterygoid element, rigidly connected with the wing itself.

Это позволяет упростить конструкцию устройства. This simplifies the design of the device.

Целесообразно крыловидный элемент шарнирно связать с крылом и снабдить собственным приводом для управления его угловым положением относительно крыла. It is advisable to connect the wing-like element with the wing and provide it with its own drive to control its angular position relative to the wing.

Это дает возможность обеспечить необходимые углы атаки крыла при работе его в качестве движителя на любых режимах движения аппарата. This makes it possible to provide the necessary angles of attack of the wing when it operates as a mover in any modes of movement of the apparatus.

Краткое описание чертежей
в дальнейшем патентуемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых
фиг. 1 изображает аппарат с движителем, в виде крыла для создания движущей силы, согласно изобретению;
фиг. 2a изображает график зависимости перемещения крыла от времени, согласно изобретению;
фиг. 2b изображает график изменения скорости перемещения крыла от времени, согласно изобретению;
фиг. 2c изображает график зависимости угла атаки крыла от времени, согласно изобретению;
фиг. 3 изображает аппарат с движителем в виде двух крыльев двигающихся в противофазе, согласно изобретению;
фиг. 4a изображает графики зависимостей перемещений крыльев от времени, согласно изобретению;
фиг. 4b изображает графики изменения скоростей перемещений крыльев от времени, согласно изобретению;
фиг. 4c изображает графики зависимости углов атаки крыльев от времени, согласно изобретению;
фиг. 5 изображает крыло в потоке текучей среды и векторы скоростей крыла и сил, действующих на него во время движения, согласно изобретению;
фиг. 6 изображает траекторию движения крыла, согласно изобретению;
фиг. 7 изображает график зависимости КПД от различных углов наклона траектории, согласно изобретению;
фиг. 8 изображает движитель аппарата с устройством управления углом атаки крыла, согласно изобретению;
фиг. 9 изображает движитель аппарата с крыловидным элементом жестко связанным с крылом, согласно изобретению;
фиг. 10 изображает векторы скоростей крыла с крыловидным элементом, жестко связанным с самим крылом, и сил действующих на них во время движения, согласно изобретению;
фиг. 11 изображает векторы скоростей крыла с устройством управления углом атаки и сил действующих на них во время движения, согласно изобретению.Brief Description of the Drawings
further patented invention is illustrated by specific examples of its implementation and the accompanying drawings, in which
FIG. 1 shows an apparatus with a propulsion device, in the form of a wing for creating a driving force, according to the invention;
FIG. 2a is a plot of wing movement versus time according to the invention;
FIG. 2b is a graph of the variation in wing speed versus time according to the invention;
FIG. 2c is a plot of the angle of attack of a wing versus time according to the invention;
FIG. 3 shows an apparatus with a propulsion device in the form of two wings moving in antiphase, according to the invention;
FIG. 4a shows graphs of the dependences of wing movements on time according to the invention;
FIG. 4b shows graphs of changes in wing velocities versus time according to the invention;
FIG. 4c shows graphs of the dependence of the angles of attack of the wings on time, according to the invention;
FIG. 5 depicts a wing in a fluid flow and vectors of wing velocities and forces acting on it during movement, according to the invention;
FIG. 6 depicts a wing trajectory according to the invention;
FIG. 7 depicts a graph of the efficiency versus various angles of inclination of the path according to the invention;
FIG. 8 shows a propulsion device with a device for controlling the angle of attack of a wing, according to the invention;
FIG. 9 shows a propulsion device with a wing-shaped element rigidly connected to the wing, according to the invention;
FIG. 10 depicts the velocity vectors of a wing with a wing-shaped element rigidly connected to the wing itself and the forces acting on them during movement, according to the invention;
FIG. 11 depicts wing velocity vectors with a device for controlling the angle of attack and the forces acting on them during movement, according to the invention.

Лучший вариант осуществления изобретения
Способ создания движущей силы аппарата, снабженного по меньшей мере одним крылом, в текучей среде состоит из следующих операций.The best embodiment of the invention
A method of creating a driving force of an apparatus equipped with at least one wing in a fluid consists of the following operations.

Крыло 1 (фиг. 1) из крайнего положения "a" перемещают в направлении, указанном стрелкой "A", под углом Φ к набегающему потоку текучей среды, разгоняя его до скорости V_y по величине, равной примерно от 0,1 до 12 скорости V_x движения самого аппарата 2. При скорости перемещения крыла 1 менее 0,1 скорости движения самого аппарата 2 полезная мощность N_p составляет менее 0,7 от затрачиваемой мощности N_q (при K=50), то же самое происходит и при скорости перемещения крыла 1, превышающей примерно в 12 раз скорость движения самого аппарата 2. При этом изменяют угол α атаки крыла 1 до 0^o до α_p (см. фиг. 2a, 2b, 2c отрезок 0, t₁).The wing 1 (Fig. 1) from the extreme position “a” is moved in the direction indicated by the arrow “A”, at an angle Φ to the incoming fluid flow, accelerating it to a speed V _{y of} approximately 0.1 to 12 speeds V _{x the} movement of the apparatus 2 itself. When the speed of movement of the wing 1 is less than 0.1 the speed of movement of the apparatus 2 itself, the net power N _p is less than 0.7 of the expended power N _q (at K = 50), the same happens wing 1, exceeding approximately 12 times the speed of the apparatus 2 itself. At the same time, the angle of attack α is changed Wing 1 to 0 ^o to α _p (see. FIGS. 2a, 2b, 2c segment 0, t _1).

Затем продолжают перемещение крыла 1 со скоростью V_y и углом α атаки, равным α_p. В это время реализуется основной рабочий режим (см. фиг. 2a, 2b, 2c отрезок t₁, t₂).Then continue to move the wing 1 with a speed of V _y and an angle of attack α equal to α _p . At this time, the main operating mode is implemented (see Fig. 2a, 2b, 2c segment t ₁ , t ₂ ).

Около другого крайнего положения "b" скорость V_y перемещения крыла 1 замедляют до 0 и изменяют 0 угол α атаки до 0^o (см. фиг. 2a, 2b, 2c отрезок t₂, t₃).Near the other extreme position "b", the speed V _{y of the} movement of wing 1 is slowed to 0 and the angle of attack α is changed to 0 ^o 0 (see Fig. 2a, 2b, 2c, segment t ₂ , t ₃ ).

Далее крыло 1 перемещают в обратном направлении от положения "b" до положения "a", обозначенном стрелкой "B", аналогично тому, как описано выше (см. фиг. 2a, 2b, 2c отрезок t₃, t₆).Next, the wing 1 is moved in the opposite direction from position “b” to position “a” indicated by arrow “B”, in the same way as described above (see Fig. 2a, 2b, 2c, segment t ₃ , t ₆ ).

После чего цикл повторяют. After which the cycle is repeated.

Однако оптимальным является возвратно-поступательное перемещение крыла 1 перпендикулярное к набегающему потоку текучей среды, т.е. под углом 90^o.However, the reciprocating movement of the wing 1 is perpendicular to the oncoming fluid flow, i.e. at an angle of 90 ^o .

При этом оптимальная скорость V_y перемещения крыла 1 примерно равна скорости V_x движения самого аппарата 2
V_y≈V_x. (1)
При этом оптимальным является угол α атаки, при котором "качество" K крыла максимально, т.е. при котором отношение коэффициента подъемной силы C_y к коэффициенту сопротивления C_x имеет максимальное значение:
K=C_y/C_x, (2)
где C_y - коэффициент подъемной силы крыла,
C_x - коэффициент сопротивления крыла.Moreover, the optimal speed V _{y of the} movement of the wing 1 is approximately equal to the speed V _{x of the} movement of the apparatus 2
V _y ≈V _x . (1)
In this case, the angle of attack α is optimal, at which the “quality” of the wing K is maximum, i.e. in which the ratio of the coefficient of lifting force C _y to the coefficient of resistance C _x has a maximum value:
K = C _y / C _x , (2)
where C _y - the coefficient of lift of the wing,
C _x - wing drag coefficient.

Если аппарат снабжен двумя крыльями, например 1 и 3 (фиг. 3), то способ создания движущей силы осуществляется следующим образом. If the apparatus is equipped with two wings, for example 1 and 3 (Fig. 3), then the method of creating a driving force is as follows.

Крыло 1 из крайнего положения "a", а крыло 3 из крайнего положения "c" перемещают навстречу друг другу, разгоняя каждое до скорости V_y по величине, равной примерно от 0,1 до 12 скорости движения самого аппарата 2. При этом изменяют угол α атаки крыла 1 от 0^o до +α_p , а угол α атаки крыла 3 от 0^o -α_p (см. фиг. 4a, 4b, 4c отрезок 0, t₁).The wing 1 from the extreme position "a", and the wing 3 from the extreme position "c" are moved towards each other, accelerating each to a speed V _y of a value equal to from about 0.1 to 12 the speed of movement of the apparatus 2. At the same time, the angle is changed α wing attack 1 from 0 ^o to + α _p , and angle α of wing attack 3 from 0 ^o -α _p (see Fig. 4a, 4b, 4c segment 0, t ₁ ).

Затем продолжают перемещение крыльев 1 и 3 навстречу друг другу со скоростью V_y и углами α атаки, соответственно равными +α_p и -α_p. В это время реализуется основной рабочий режим (см. фиг. 4a, 4b, 4c отрезок t₁, t₂).Then, the wings 1 and 3 continue to move towards each other with a speed V _y and angles of attack α, respectively, equal to + α _p and -α _p . At this time, the main operating mode is implemented (see Fig. 4a, 4b, 4c segment t ₁ , t ₂ ).

Около крайних положений "d" и "d" скорость V_y перемещения крыльев 1 и 3 замедляют до 0 и изменяют углы α атаки обоих крыльев до 0^o (см. фиг. 4a, 4b, 4c, отрезок t₂, t₃).Near the extreme positions "d" and "d", the speed V _{y of the} movement of wings 1 and 3 slows down to 0 and the angles of attack α of both wings are changed to 0 ^o (see Fig. 4a, 4b, 4c, segment t ₂ , t ₃ ).

Далее крыло 1 перемещают от положения "b" дот положения "a", а крыло 3 перемещают от положения "d" до положения "c" аналогично тому, как описано выше (см. фиг. 4a, 4b, 4c отрезок t₃, t₆).Then, wing 1 is moved from position “b” to position “a”, and wing 3 is moved from position “d” to position “c” in the same way as described above (see Fig. 4a, 4b, 4c, segment t ₃ , t ₆ ).

Вышеизложенное вытекает из следующего. The foregoing follows from the following.

Рассмотрим крыло 1 (фиг. 5) в потоке текучей среды, которое принудительно перемещают перпендикулярно этому потоку, и пусть в данный момент времени эта скорость

перемещения крыла постоянна. Скорость

крыла относительно текучей среды равна

где

- горизонтальная скорость крыла 1.Consider wing 1 (Fig. 5) in a fluid flow that is forced to move perpendicular to this flow, and let this speed be at a given time

wing movement is constant. Speed

wing relative to the fluid is

Where

- horizontal wing speed 1.

Направление этой скорости

определится отношением
tgΦ = V_y/V_x. (4)
где

- угол между вектором скорости

и вектором скорости

.Direction of this speed

determined by the ratio
tgΦ = V _y / V _x . (4)
Where

is the angle between the velocity vector

and velocity vector

.

На крыле, движущемся в текучей среде с углом α атаки, возникает сила R. При разложении ее на составляющие по потоку текучей среды и перпендикулярно ему, получим
T = R•sin(Φ-β), (5)
P = R•cos(Φ-β), (6)
где β - угол между силой R и подъемной силой крыла Y,
T - сила тяги,
P - сила, затрачиваемая на перемещение крыла.On a wing moving in a fluid with an angle of attack α, a force R occurs. When it is decomposed into components along the flow of the fluid and perpendicular to it, we obtain
T = R • sin (Φ-β), (5)
P = R • cos (Φ-β), (6)
where β is the angle between the force R and the lifting force of the wing Y,
T is the traction force
P is the force spent on moving the wing.

Мгновенное значение мощности N_a, затрачиваемой на перемещение крыла, равно
N_z=P•Y_y. (7)
Мгновенное значение полезной мощности N_p равно
N_p=T•V_x. (8)
Мгновенное значение КПД η в данный момент будет
η = N_p/N_a=T•V_x/P•V_y. (9)
Далее из фиг. 5 видно, что
T/P = tg(Φ-β) (10)
и учитывая (4), мгновенное значение КПД η полуим в виде
η = tg(Φ-β)/tgΦ (11)
Максимальное значение КПД η получается для угла Φ^* наклона траектории движения крыла.The instantaneous value of the power N _a spent on moving the wing is
N _z = P • Y _y . (7)
The instantaneous value of the net power N _p is
N _p = T • V _x . (8)
The instantaneous value of the efficiency η at the moment will be
η = N _p / N _a = T • V _x / P • V _y . (9)
Further from FIG. 5 shows that
T / P = tg (Φ-β) (10)
and taking into account (4), the instantaneous value of the efficiency η is obtained in the form
η = tg (Φ-β) / tgΦ (11)
The maximum value of the efficiency η is obtained for the angle Φ ^{* of the} slope of the wing trajectory.

Φ^*= π/4+β/2 (12)
(Аналогичный вывод для элемента лопасти винта см. "Fuhrer durch die stromungslehre", von Dr.Ludwig Prandtl, 1994, Ab. III, 20).Φ ^* = π / 4 + β / 2 (12)
(For a similar conclusion for an element of a rotor blade, see "Fuhrer durch die stromungslehre", von Dr. Ludwig Prandtl, 1994, Ab. III, 20).

Так при K = 10 - 50
η = 0,8 - 0,96. (13)
Из вышеизложенного можно сделать вывод: работа крыла в качестве движителя эффективнее тогда, когда траектория его движения имеет угол Φ наклона, приблизительно равный 45^o, и при максимальном K крыла.So at K = 10 - 50
η = 0.8 - 0.96. (thirteen)
From the foregoing, we can conclude: the operation of the wing as a mover is more effective when the trajectory of its movement has an inclination angle Φ of approximately 45 ^o , and at maximum wing K.

Следовательно, траектория движения крыла должна состоять из прямолинейных участков с углами Φ наклона, приблизительно равными 45^o, т.е. иметь вид пилы со скругленными углами, т.к. необходимо определенное время для разгона и торможения крыла, а главное, для перемены знака циркуляции на крыле.Therefore, the trajectory of the wing should consist of straight sections with angles Φ of inclination approximately equal to 45 ^o , i.e. look like saws with rounded corners, because a certain time is needed for acceleration and deceleration of the wing, and most importantly, for changing the sign of circulation on the wing.

На фиг. 6 изображена траектория движения крыла 1, где по оси y - перемещение крыла 1 перпендикулярно потоку, а по оси x - горизонтальное перемещение крыла 1. In FIG. 6 shows the trajectory of movement of wing 1, where along the y axis is the movement of wing 1 perpendicular to the flow, and along the x axis is the horizontal movement of wing 1.

Графики зависимостей КПД η от угла

наклона траектории при K=10 и при K= 50, изображенные на фиг. 7, имеют слабо выраженный максимум, и потому довольно высокое значение КПД η сохраняется в широком диапазоне углов Φ наклона траектории.Graphs of the dependence of the efficiency η on the angle

the slope of the trajectory at K = 10 and at K = 50, shown in FIG. 7 have a weakly pronounced maximum, and therefore a rather high value of the efficiency η is maintained in a wide range of angles Φ of the slope of the trajectory.

Заставить крыло 1 (фиг. 1) перемещаться по оптимальной траектории с потребными углами атаки, осуществляя таким образом вышеописанный способ создания движущей силы аппарата можно используя различные технические средства. Make the wing 1 (Fig. 1) move along the optimal trajectory with the required angles of attack, thus realizing the above-described method of creating the vehicle’s driving force using various technical means.

Однако одним из наиболее простых и надежных технических средств на современном уровне техники является патентуемый движитель (см. фиг. 8), который содержит по меньшей мере одно крыло 1, привод 4, сообщающий крылу 1 возвратно-поступательное движение в направлении под углом к набегающему потоку текучей среды, и устройство 5 управления углом α атаки крыла 1, связанное с ним. Крыло 1 шарнирно связано по оси "O" с приводом 4, который жестко закреплен на аппарате (на фиг. 8 не показан). However, one of the simplest and most reliable technical means at the present level of technology is the patented propulsion device (see Fig. 8), which contains at least one wing 1, actuator 4, which informs the wing 1 of the reciprocating movement in the direction at an angle to the incoming flow fluid, and a device 5 for controlling the angle of attack α of the wing 1 associated with it. The wing 1 is pivotally connected along the "O" axis with the actuator 4, which is rigidly fixed to the apparatus (not shown in Fig. 8).

При наличии двух крыльев, им целесообразно придавать возвратно-поступательные движения в противофазе, чтобы избежать возможные нежелательные колебания аппарата. If there are two wings, it is advisable to give them reciprocating movements in antiphase, in order to avoid possible unwanted vibrations of the apparatus.

Устройство 5 управления углом α атаки крыла 1 может представлять собой по меньшей мере один крыловидный элемент 6 (фиг. 9). Этот крыловидный элемент 6 может быть жестко связан с самим крылом 1. The device 5 for controlling the angle of attack α of the wing 1 may be at least one wing-shaped element 6 (Fig. 9). This wing-shaped element 6 can be rigidly connected with the wing 1 itself.

Крыловидный элемент 6 (фиг. 8) может быть шарнирно связан с крылом 1, и в этом случае он снабжен собственным приводом 7, предназначенным для управления его угловым положением. The wing-shaped element 6 (Fig. 8) can be pivotally connected with the wing 1, and in this case it is equipped with its own actuator 7, designed to control its angular position.

Хотя на фигурах представлен один крыловидный элемент 6, следует указать на то, что их может быть и больше, например два. Although the figures represent one pterygoid element 6, it should be pointed out that there may be more, for example, two.

На фиг. 10 изображено крыло 1 с крыловидным элементом 6 аппарата, который движется со скоростью V_z в текучей среде. Крыловидный элемент 6 жестко связан с крылом 1. Крыло 1 перемещается приводом 4 со скоростью V_y. Скорость перемещения крыла 1 в текучей среде равна V. Сила R, действующая на крыло 1 со стороны текучей среды, разложена на две пары составляющих: T - по направлению движения аппарата и нормальную составляющую P; Y - подъемную силу крыла 1 и Q - силу сопротивления. Центр "C" давления крыла 1 лежит впереди оси "O" шарнира. На крыловидный элемент 6 со стороны текучей среды действует сила R₄.In FIG. 10 shows a wing 1 with a wing-shaped element 6 of an apparatus that moves at a speed V _z in a fluid. The wing-shaped element 6 is rigidly connected with the wing 1. The wing 1 is moved by the actuator 4 with a speed V _y . The speed of movement of the wing 1 in the fluid is V. The force R acting on the wing 1 from the side of the fluid is decomposed into two pairs of components: T — in the direction of movement of the apparatus and the normal component P; Y is the lifting force of wing 1 and Q is the drag force. The center “C” of wing pressure 1 lies in front of the hinge axis “O”. A force R ₄ acts on the wing-shaped element 6 from the fluid side.

На фиг. 11 изображено крыло 1 с устройством 5 управления его углом α атаки аппарата, который движется со скоростью V_x в текучей среде. Устройство 5 управления углом α атаки представляет собой крыловидный элемент 6, шарнирно связанный с самим крылом 1 и снабженный собственным приводом 7. Крыло 1 с устройством 5 управления углом α атаки перемещается приводом 4 со скоростью V_y. Скорость перемещения крыла 1 с устройством 5 управления углом α атаки в текучей среде равна V. Сила R, действующая на крыло 1 со стороны текучей среды, разложена на две пары составляющие: T - по направлению движения аппарата и нормальную составляющую P; Y - подъемную силу крыла 1 и Q - силу сопротивления. На крыловидный элемент 6 со стороны текучей среды действует сила R₄.In FIG. 11 shows a wing 1 with a device 5 for controlling its angle of attack α of an apparatus that moves at a speed V _x in a fluid. The device 5 for controlling the angle of attack α is a wing-shaped element 6 pivotally connected to the wing 1 itself and equipped with its own drive 7. The wing 1 with the device 5 for controlling the angle of attack α is moved by the drive 4 with a speed V _y . The speed of movement of the wing 1 with the device 5 for controlling the angle of attack α in the fluid is V. The force R acting on the wing 1 from the side of the fluid is divided into two pairs of components: T - in the direction of movement of the apparatus and the normal component P; Y is the lifting force of wing 1 and Q is the drag force. A force R ₄ acts on the wing-shaped element 6 from the fluid side.

Заявляемый движитель для создания движущей силы аппарата работает следующим образом. The inventive propulsion device to create a driving force of the apparatus works as follows.

Аппарат движется в текучей среде со скоростью V_x. Привод 4, жестко закрепленный на аппарате, сообщает крылу 1 возвратно-поступательное движение.The apparatus moves in a fluid medium at a speed of V _x . The actuator 4, rigidly mounted on the apparatus, tells the wing 1 reciprocating motion.

Крыло 1 (фиг. 10) с крыловидным элементом 6, жестко связанным с ним, перемещается с помощью привода 4 со скоростью V_y. Скорость

точки, принадлежащий оси "O" шарнирной подвески крыла 1, относительно текучей среды равна

Центр "C" давления крыла 1 расположен впереди оси "O" шарнира. Крыло 1 с крыловидным элементом 6 устанавливается в такое положение, в котором момент относительно оси "O" от силы R на крыле 1 уравновешивается силой R₄ крыловидного элемента 6. Угол α атаки, соответствующий этому положению, зависит от конструктивных параметров крыла 1 с крыловидным элементом 6 и не зависит от угла Φ наклона траектории движения крыла 1 (т.е. траектории точки "O" его подвески).The wing 1 (Fig. 10) with the wing-shaped element 6, rigidly connected with it, moves using the actuator 4 with a speed V _y . Speed

the point belonging to the axis "O" of the articulated suspension of the wing 1, relative to the fluid is

The center "C" of the pressure of the wing 1 is located in front of the axis "O" of the hinge. The wing 1 with the wing-shaped element 6 is installed in a position in which the moment relative to the axis "O" from the force R on the wing 1 is balanced by the force R _{4 of the} wing-shaped element 6. The angle of attack corresponding to this position depends on the design parameters of the wing 1 with the wing-shaped element 6 and does not depend on the angle Φ of the slope of the trajectory of the wing 1 (ie, the trajectory of the point “O” of its suspension).

На крыле 1, движущемся в текучей среде с углом α атаки, возникает сила R. Разложим ее на составляющие по потоку текучей среды T и перпендикулярно ему P. Составляющая T определяет тягу крыла 1, а составляющая P определяет силу сопротивления приводу 4. On wing 1, moving in a fluid with an angle of attack α, a force R occurs. We decompose it into components along the fluid flow T and perpendicular to it P. Component T determines the thrust of wing 1, and component P determines the drag force of drive 4.

При перемене направления движения крыла 1 приводом 4 происходит поворот вектора скорости

. Появляется момент от сил R и R₄, который меняет угол α атаки крыла 1 на противоположный, и вектор силы T тяги сохранит свое направление.When the direction of movement of the wing 1 by the actuator 4 is rotated, the velocity vector

. A moment arises from forces R and R ₄ , which changes the angle of attack α of wing 1 to the opposite, and the vector of thrust force T will retain its direction.

Таким образом, крыло 1 с крыловидным элементом 6, шарнирно связанное с приводом 4, при возвратно-поступательном перемещении в потоке текучей среды выдерживает угол α атаки, который не зависит от угла Φ наклона траектории движения крыла, а зависит от конструктивных параметров крыла 1 с крыловидным элементом 6. Thus, the wing 1 with the wing-shaped element 6, pivotally connected to the actuator 4, with the reciprocating movement in the fluid flow withstands the angle of attack α, which does not depend on the angle Φ of the inclination of the wing path, but depends on the design parameters of the wing 1 with the wing-shaped element 6.

Крыло 1 с крыловидным элементом 6, жестко связанным с ним, может использоваться на аппаратах, полностью погруженных в текучую среду, например подводных. Так как сопротивление тела, полностью погруженного в текучую среду, пропорционально квадрату скорости движения, а при таких условиях на всех режимах движения требуются одни и те же углы α атаки крыла. The wing 1 with the wing-shaped element 6, rigidly connected with it, can be used on devices completely immersed in a fluid medium, such as underwater. Since the resistance of a body completely immersed in a fluid is proportional to the square of the speed of movement, and under such conditions the same angles of attack α of the wing are required for all modes of motion.

Крыло 1 (фиг. 11) с устройством 5 управления углом α атаки, выполненным в виде крыловидного элемента 6, шарнирно связанного с самим крылом 1 и снабженного собственным приводом 7, перемещается с помощью привода 4 со скоростью V_y. Скорость

точки, принадлежащей оси "O" шарнирной подвески крыла 1, относительно текучей среды равна

Положение системы - крыло 1 с крыловидным элементом 6 в потоке текучей среды определяется угловым положением крыловидного элемента 6 относительно крыла 1. Эта система устанавливается в потоке текучей среды так, что момент относительно оси "O" от сил R и R₄, действующих на крыло 1 и крыловидный элемент 6 со стороны текучей среды, равен 0. При этом система - крыло 1 крыловидным элементом 6, находится в равновесии. Величина угла α атаки крыла 1 определяется величиной установочного угла γ крыловидного элемента 6 относительно крыла 1.The wing 1 (Fig. 11) with a device 5 for controlling the angle of attack α, made in the form of a wing-shaped element 6, pivotally connected to the wing 1 itself and equipped with its own drive 7, is moved using the drive 4 with a speed V _y . Speed

point belonging to the axis "O" of the articulated suspension of the wing 1, relative to the fluid is

The position of the system - wing 1 with wing-shaped element 6 in the fluid flow is determined by the angular position of the wing-shaped element 6 relative to wing 1. This system is installed in the fluid flow so that the moment relative to the axis "O" from the forces R and R ₄ acting on the wing 1 and the wing-shaped element 6 from the side of the fluid is 0. In this case, the system - wing 1 of the wing-shaped element 6, is in equilibrium. The value of the angle α of attack of the wing 1 is determined by the value of the installation angle γ of the wing-shaped element 6 relative to the wing 1.

Изменяя величину установочного угла γ крыловидного элемента 6 изменяют положение системы - крыло 1 с крыловидным элементом 6 в потоке текучей среды. Устанавливается новое равновесное положение, которому соответствует новый угол α атаки крыла. Таким образом осуществляют управление углом α атаки крыла 1. By changing the installation angle γ of the wing-shaped element 6, the position of the system — the wing 1 with the wing-shaped element 6 in the fluid flow — is changed. A new equilibrium position is established, which corresponds to a new angle of attack α of the wing. Thus, the angle of attack α of the wing 1 is controlled.

При отклонении системы - крыло 1 с крыловидным элементом 6 от равновесного положения, на крыловидном элементе 6 возникает восстанавливающий момент, который возвращает систему - крыло 1 с крыловидным элементом 6 в исходное равновесное состояние. Таким образом осуществляется стабилизация системы - крыло 1 с крыловидным элементом 6 в потоке текучей среды. When the system deviates — wing 1 with wing-shaped element 6 from the equilibrium position, a restoring moment arises on wing-shaped element 6, which returns the system — wing 1 with wing-shaped element 6 to its original equilibrium state. Thus, the system is stabilized - wing 1 with wing-shaped element 6 in the fluid flow.

Привод 4 сообщает крылу 1 возвратно-поступательное движение, поэтому при перемене направления движения крыла 1, чтобы вектор силы T тяги сохранил свое направление, изменяют установочный угол γ крыловидного элемента 6 относительно крыла 1 на противоположный по знаку. При этом угол α атаки крыла 1 и сила P изменяется на противоположные, а вектор силы T тяги сохранит свое направление. The actuator 4 informs the wing 1 of the reciprocating movement, therefore, when the direction of movement of the wing 1 is changed so that the thrust force vector T retains its direction, the installation angle γ of the wing-shaped element 6 relative to the wing 1 is changed in opposite sign. In this case, the angle of attack α of wing 1 and the force P is reversed, and the vector of the thrust force T will retain its direction.

Таким образом заявляемый движитель обеспечивает возможность регулирования и управления углами α атаки крыла 1. Это позволяет получить потребные значения углов α атаки крыла 1 при различных режимах движения аппарата, что дает возможность сводить к минимуму потери энергии. Thus, the inventive propulsion device provides the ability to control and control the angles of attack α of the wing 1. This allows you to obtain the required values of the angles α of attack of the wing 1 at various modes of movement of the apparatus, which makes it possible to minimize energy loss.

Промышленная применимость
Из вышеизложенного видно, что заявляемый способ создания движущей силы имеет КПД выше 80%, в то время как у своевременных судовых движителей-винтов КПД составляет 55-60%. Использование заявляемого способа дает значительную экономию энергетических ресурсов.Industrial applicability
From the foregoing, it can be seen that the claimed method of creating a driving force has an efficiency above 80%, while for timely ship propellers-propellers, the efficiency is 55-60%. Using the proposed method gives significant savings in energy resources.

Заявляемый движитель может быть применен для судов любого типа, от маломерного флота до океанских лайнеров, т.к. обладает приемственностью к любой конструкции судна. Устройство можно оснащать как уже существующие суда с соответствующей модернизацией, так и проектируемые вновь. The inventive mover can be used for ships of any type, from small fleet to ocean liners, because possesses succession to any ship design. The device can be equipped with existing vessels with appropriate modernization, as well as newly designed ones.

Оно может заменять винт на судах, который на современном этапе уже недостаточно эффективен. It can replace the screw on ships, which at the present stage is no longer sufficiently effective.

Заявляемый движитель обладает более высокими качественными характеристиками, т. к. одним из главных его преимуществ является регулирование углов атаки крыла, это означает, что высокое значение КПД устройства реализуется на всех режимах, что приводит к существенному сокращению потребных энергетических ресурсов. The inventive propulsion device has higher quality characteristics, since one of its main advantages is the regulation of the angle of attack of the wing, which means that a high value of the efficiency of the device is realized in all modes, which leads to a significant reduction in the required energy resources.

Патентуемый способ создания движущей силы аппарата и движитель для его осуществления обладает следующими преимуществами:
- значительно более высоким КПД по сравнению с существующими движителями аппаратов в текучей среде;
- высокой маневренностью аппарата, снабженного заявляемым движителем, как при больших, так и при малых скоростях движения, т.к. при вертикальном положении крыло-движитель может использоваться как активный руль;
- заменой вращательного движения рабочего органа (например, винта) на поступательное, что позволяет отказаться от преобразования поступательного движения во вращательное в традиционных двигателях;
- улучшенными экологическими свойствами за счет уменьшения гидродинамического шума (т.к. потребная скорость движения крыла лишь в 1,4 раза больше скорости судна, а окружная скорость конца лопасти винта в 10-20 раз превышает скорость судна) и уменьшения возмущения водной среды, что благоприятно для флоры и фауны.A patented method of creating a vehicle driving force and a propulsion device for its implementation has the following advantages:
- significantly higher efficiency compared to existing propulsion devices in a fluid medium;
- high maneuverability of the apparatus equipped with the inventive propulsion, both at large and at low speeds, because in vertical position, the wing-mover can be used as an active steering wheel;
- replacing the rotational movement of the working body (for example, a screw) with translational, which allows you to abandon the conversion of translational motion into rotational in traditional engines;
- improved environmental properties due to the reduction of hydrodynamic noise (since the required wing speed is only 1.4 times the speed of the vessel, and the peripheral speed of the end of the rotor blade is 10-20 times higher than the speed of the vessel) and to reduce the disturbance of the aquatic environment, which favorable for flora and fauna.

Claims

1. Способ создания движущей силы аппарата снабженного по меньшей мере одним крылом в текучей среде, заключающийся в том, что крылу (1) одновременно придают возвратно-поступательное перемещение в направлении под углом к набегающему потоку текучей среды и угловое перемещение, отличающийся тем, что крыло (1) аппарата (2) перемещают под углом 50 - 130° к набегающему потоку текучей среды со скоростью по величине составляющей от 0,1 до 12 скорости движения самого аппарата (2) сообщаемого ему этим крылом (1) и с постоянным углом атаки. 1. A method of creating a driving force of an apparatus equipped with at least one wing in a fluid, which consists in the fact that the wing (1) is simultaneously provided with a reciprocating movement in the direction at an angle to the incoming fluid flow and angular movement, characterized in that the wing (1) apparatus (2) is moved at an angle of 50 - 130 ° to the incoming fluid flow with a velocity of 0.1 to 12 times the speed of the apparatus itself (2) communicated to it by this wing (1) and with a constant angle of attack.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что возвратно-поступательное перемещение крылу (1) придают в направлении перпендикулярном набегающему потоку текучей среды. 2. The method according to claim 1, characterized in that the reciprocating movement of the wing (1) is attached in a direction perpendicular to the oncoming fluid flow.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что крыло (1) перемещают со скоростью примерно равной скорости движения самого аппарата (2). 3. The method according to claim 1, characterized in that the wing (1) is moved at a speed approximately equal to the speed of movement of the apparatus itself (2).

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при наличии двух крыльев, им придают одновременно движение в противофазе. 4. The method according to p. 1, characterized in that in the presence of two wings, they are given simultaneous movement in antiphase.

5. Движитель аппарата, помещенного в поток текучей среды, содержащий по меньшей мере одно крыло (1), снабженное шарнирно связанным с ним приводом (4), жестко закрепленным на аппарате и сообщающим крылу (1) возвратно-поступательное движение относительно направления движения потока текучей среды, отличающийся тем, что крыло (1) снабжено устройством (5) управления его углом атаки, связанным с этим крылом (1). 5. The mover of the apparatus, placed in a fluid stream, containing at least one wing (1), equipped with a pivotally connected drive (4), rigidly mounted on the apparatus and communicating to the wing (1) reciprocating motion relative to the direction of movement of the fluid flow medium, characterized in that the wing (1) is equipped with a device (5) for controlling its angle of attack associated with this wing (1).

6. Движитель по п. 5, отличающийся тем, что устройство (5) управления углом атаки крыла (1) представляет собой по меньшей мере один крыловидный элемент (6), жестко связанный с самим крылом (1). 6. The mover according to claim 5, characterized in that the device (5) for controlling the angle of attack of the wing (1) is at least one wing-shaped element (6) rigidly connected to the wing itself (1).

7. Движитель по п.6, отличающийся тем, что крыловидный элемент (6) шарнирно связан с крылом (1) и снабжен собственным приводом (7) для управления его угловым положением. 7. The mover according to claim 6, characterized in that the wing-shaped element (6) is pivotally connected to the wing (1) and is equipped with its own drive (7) to control its angular position.