RU2214944C2 - Propulsor - Google Patents

Abstract

FIELD: devices for motion of bodies in air and aqua media. SUBSTANCE: proposed propulsor has body in form of truncated cone widening downward which is located in lower portion of body and disk forming circular clearance together with it; blades are perpendicular to plane of disk; propulsor is also provided with bush for connecting blades with drive. Body is provided with cover having hole for suction of medium; blades are rigidly connected with disk. Body may be connected with blades through cover. Angle between axis and generatrix of cone may be equal to 10 deg for air medium and 25 deg. for aqua medium. EFFECT: increased load-carrying capacity of flying vehicle due to increased draft per unit of blade surface. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для перемещения тел в воздушной или водной среде, в частности для создания аэродинамической подъемной силы (тяги), и может быть использовано для перемещения аппаратов тяжелее воздуха в воздушном пространстве, а также для перемещения судов в водной среде. The invention relates to devices for moving bodies in an air or water environment, in particular for creating aerodynamic lifting force (thrust), and can be used to move devices heavier than air in airspace, as well as to move ships in an aqueous medium.

Известны движители летательных аппаратов, представляющие собой воздушные винты с вертикальной осью (патент США 3002712, 244-17.23, 1961; патент США 3889902, 244-17.23, 1975), в частности воздушный винт, помещенный в цилиндрический корпус (патент США 3276723, 244-12.2, 1966; патент РФ 2001836, В 64 С 27/08, 1993). Для этих движителей величина тяги на единицу поверхности движителя (лопастей винта) относительно невелика, составляя порядка 0,02-0,05 кгс/см², что обусловливает значительные размеры движителя, необходимые для обеспечения требуемой грузоподъемности аппарата.Aircraft propellers are known, which are vertical axis propellers (US patent 3002712, 244-17.23, 1961; US patent 3889902, 244-17.23, 1975), in particular a propeller placed in a cylindrical housing (US patent 3276723, 244- 12.2, 1966; RF patent 2001836, B 64 C 27/08, 1993). For these propulsors, the thrust per unit surface area of the propulsion device (rotor blades) is relatively small, amounting to about 0.02-0.05 kgf / cm ² , which determines the significant dimensions of the propulsion device necessary to provide the required lifting capacity of the apparatus.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является движитель для перемещения в воздушной среде, содержащий усеченный конус, имеющий отверстие в верхней части и расширяющийся книзу, жестко соединенный с конусом диск, расположенный в нижней части конуса и образующий с конусом кольцевой зазор, и соосное конусу и диску рабочее колесо, содержащее радиальные лопатки и втулку для соединения с приводом, причем лопатки рабочего колеса выполнены с минимальным зазором относительно внутренней поверхности конуса, и их рабочие поверхности перпендикулярны плоскости вращения колеса (патент РФ 2153442, В 64 С 27/20, 2000). Этот движитель создает тяговое усилие при вращении рабочего колеса с лопатками внутри корпуса, образованного конусом и диском, и позволяет по сравнению, например, с винтом вертолета в несколько раз повысить величину тяги на единицу поверхности движения (лопаток). Так, в примере, приведенном в описании к патенту, движитель, содержащий 4 лопатки радиусом 4 м при окружной скорости 100 м/с, создает тягу 4800 кгс. Ширина лопатки по конструктивным соображениям должна быть равна 0,3-0,5 м (эта величина в примере не приведена). Поверхность лопаток составит соответственно 4,8-8,0 м², и величена тяги на единицу поверхности движителя - 0,1-0,06 кгс/см².Closest to the proposed technical essence is a propulsion device for moving in air, containing a truncated cone having an opening in the upper part and expanding downward, a disk rigidly connected to the cone, located in the lower part of the cone and forming an annular gap with the cone, and a coaxial cone and the impeller containing radial blades and a sleeve for connecting to the drive, and the impeller blades are made with a minimum clearance relative to the inner surface of the cone, and their working top the perpendicular to the plane of rotation of the wheel (RF patent 2153442, B 64 C 27/20, 2000). This mover creates traction when the impeller rotates with the blades inside the body formed by the cone and the disk, and allows, compared, for example, with a helicopter screw, to increase the thrust per unit of motion surface (blades) several times. So, in the example described in the description of the patent, the propulsion device containing 4 blades with a radius of 4 m at a peripheral speed of 100 m / s creates a thrust of 4800 kgf. The width of the blade for structural reasons should be equal to 0.3-0.5 m (this value is not shown in the example). The surface of the blades will be 4.8-8.0 m ² , respectively, and the thrust per unit surface of the mover is 0.1-0.06 kgf / cm ² .

Для создания аппаратов повышенной грузоподъемности предложен движитель для перемещения в воздушной и водной среде, отличающийся тем, что с целью достижения максимальной тяги движитель снабжен тяговой тарелкой, служащей для поворота радиального потока среды, создаваемого вращающимися относительно среды лопатками, из радиального направления в направление, близкое к осевому (причем угол между юбкой тарелки и осью ротора составляет 10-25 градусов). To create vehicles of increased carrying capacity, a propulsion device for moving in air and water is proposed, characterized in that in order to achieve maximum traction, the propulsion device is equipped with a traction plate used to rotate the radial flow of the medium created by the blades rotating relative to the medium from a radial direction in a direction close to axial (and the angle between the skirt of the plate and the axis of the rotor is 10-25 degrees).

Движитель состоит из ротора и статора. Статором является тяговая тарелка, выполненная в виде усеченного конуса с крышкой, имеющей в верхней части отверстие всаса, и расширяющейся к низу под углом 10-25 градусов. Ротор состоит из диска с приваренными под прямым углом радиальными лопатками. The mover consists of a rotor and a stator. The stator is a traction plate made in the form of a truncated cone with a cover having a suction hole in the upper part and expanding to the bottom at an angle of 10-25 degrees. The rotor consists of a disk with radial blades welded at right angles.

Лопатки ротора меньше радиуса диска на величину радиуса монтажного отверстия, имеющегося в центре диска. Лопатки могут быть и меньше вышеозначенной длины. Предусмотрено два варианта работы тарельчатого движителя. The rotor blades are less than the radius of the disk by the radius of the mounting hole available in the center of the disk. The blades may be shorter than the specified length. There are two options for the operation of a disk propeller.

1. Между крышкой конуса и лопатками ротора имеется минимальный зазор 0,1-0,5 мм. Конус жестко соединен с корпусом судна ротор соединен с приводным валом через монтажное отверстие. При вращении ротора, внутри конуса, создается тяговое усиление до 3 кгс/см². Расстояние между ротором и юбкой тяговой тарелки (боковой стенки корпуса) больше 10 мм. Окно всаса регулируется.1. Between the cone cover and the rotor blades there is a minimum clearance of 0.1-0.5 mm. The cone is rigidly connected to the hull of the vessel; the rotor is connected to the drive shaft through the mounting hole. When the rotor rotates inside the cone, traction is created up to 3 kgf / cm ² . The distance between the rotor and the skirt of the traction plate (side wall of the housing) is more than 10 mm. The suction window is adjustable.

2. Верхняя кромка лопаток ротора приварена к крышке конуса. Через монтажное отверстие в центре диска ротора осуществляется соединение конструкции с валом вращения. Движитель создает тяговое усилие до 3 кгс/см² при вращении всей конструкции в воздушной или в водной среде. Расстояние между боковой стенкой конуса и ротора больше 10 мм. Окно всаса регулируется.2. The upper edge of the rotor blades is welded to the cone cover. Through the mounting hole in the center of the rotor disk, the structure is connected to the rotation shaft. The mover creates a pulling force of up to 3 kgf / cm ² when the entire structure rotates in air or in an aqueous medium. The distance between the side wall of the cone and the rotor is more than 10 mm. The suction window is adjustable.

В первом случае движитель создает тяговое усилие при вращении ротора внутри статора. In the first case, the mover creates traction when the rotor rotates inside the stator.

Во втором случае движитель создает тяговое усилие при вращении всей конструкции в воздушной или водной среде. In the second case, the mover creates traction when the entire structure rotates in air or water.

Предварительные испытания в мягком режиме дали следующие результаты. Preliminary tests in soft mode gave the following results.

У "Миля" - 1 л.с. поднимает в воздух 2,2 кг. Mil has 1hp lifts 2.2 kg into the air.

У роторного, лопаточного движителя, снабженного тяговой тарелкой, - 1 л. с. поднимает в воздух 11 кг. A rotary blade propeller equipped with a traction plate has 1 liter. from. lifts 11 kg into the air.

Технический результат, который возникает при использовании предложенной конструкции, состоит в том, что, как было обнаружено при испытании образцов, она обеспечивает гораздо более высокую, чем известные величину тяги на единицу поверхности лопаток - до 3 кгс/см². Это создает условие для конструирования летательных аппаратов и судов большой грузоподъемности с компактным, легким, мощным движителем или несколькими движителями, которые в силу своей компактности, легко размещаются на корпусе летательного аппарата или судна, позволяет создать изделия перемещающиеся в воздухе, по воде, под водой, т.е. универсальные летательные аппараты воздух - вода - воздух. Угол между осью и образующей конуса составляет 10-25 градусов это обеспечивает безударное изменение направлении потока среды (от радиального до близкого к осевому). Лопатки, используемые в данной конструкции движителя, могут быть различной формы: например, радиальными или криволинейными. Поверхность лопаток в зависимости от требований может изготовляться по, например, технологии "сухого зеленого горошка" - многократно увеличивая поверхность рабочей части лопаток при прочих равных геометрических параметрах.The technical result that occurs when using the proposed design is that, as was found during the testing of samples, it provides much higher than the known thrust per unit surface of the blades - up to 3 kgf / cm ² . This creates the condition for the design of aircraft and heavy-duty vessels with a compact, light, powerful propulsion or several propulsion devices, which, due to their compactness, can easily be placed on the hull of an aircraft or vessel, allows you to create products moving in air, on water, under water, those. universal aircraft air - water - air. The angle between the axis and the generatrix of the cone is 10-25 degrees, this provides an unstressed change in the direction of the medium flow (from radial to close to axial). The blades used in this propulsion design can be of various shapes: for example, radial or curved. The surface of the blades, depending on the requirements, can be made, for example, using the technology of "dry green peas" - repeatedly increasing the surface of the working part of the blades with other equal geometrical parameters.

Сущность изобретения иллюстрируется фиг.1, 2, на которых дан схематический чертеж предлагаемого движителя в разрезе и плане. В соответствии с фиг.1, 2 предлагаемый движитель включает: тяговую тарелку (усеченный конус 1 с крышкой 2 и отверстием 3 в центре тяговой тарелки). Диск 4 с приваренными к нему лопатками 7, монтажным отверстием 3 является ротором движителя. Верхняя кромка лопаток 7 ротора имеет зазор 0,1-0,05 мм между крышкой тяговой тарелки. Через втулку 5 ротор соединяется с приводом 6. Вращаясь внутри конуса, ротор создает тяговое усилие. The invention is illustrated in figure 1, 2, which shows a schematic drawing of the proposed propulsion in the context and plan. In accordance with figure 1, 2, the proposed propulsion device includes: a traction plate (a truncated cone 1 with a cover 2 and a hole 3 in the center of the traction plate). The disk 4 with the blades 7 welded to it, the mounting hole 3 is the rotor of the mover. The upper edge of the rotor blades 7 has a gap of 0.1-0.05 mm between the cover of the traction plate. Through the sleeve 5, the rotor is connected to the drive 6. Rotating inside the cone, the rotor creates traction.

Верхняя кромка лопаток 7 приварена к внутренней поверхности крышки тяговой тарелки, жесткая конструкция соединена с приводом 6. Тяговое усилие создается при вращении всей конструкции в воздушной или водной среде. В зависимости от конкретных параметров создаваемого изделия, для которого предназначен движитель, число лопаток может быть различным, например от 4 до 20. The upper edge of the blades 7 is welded to the inner surface of the cover of the traction plate, the rigid structure is connected to the drive 6. Traction is created when the entire structure is rotated in air or water. Depending on the specific parameters of the product being created, for which the mover is intended, the number of blades can be different, for example, from 4 to 20.

Движитель работает следующим образом. При его вращении в воздушной или водной среде внутри конуса образуется пониженное давление (по сравнению с давлением окружающей среды). При этом величина давления уменьшается в направлении от оси вращения к периферии лопаток. Воздушная или водная среда всасывается в отверстие крышки 2 и, двигаясь ускоренно в межлопаточных каналах, приобретает радиальную скорость. Поток среды при этом приобретает направление, близкое к осевому, что и создает тягу. Благодаря небольшому углу между осью и образующей конуса (например, 10-25 градусов), изменение направления потока происходит безударно. The mover operates as follows. When it is rotated in air or water, a reduced pressure is formed inside the cone (compared to ambient pressure). In this case, the pressure decreases in the direction from the axis of rotation to the periphery of the blades. Air or water is absorbed into the opening of the cover 2 and, moving accelerated in the interscapular channels, acquires a radial speed. In this case, the medium flow acquires a direction close to axial, which creates thrust. Due to the small angle between the axis and the generatrix of the cone (for example, 10-25 degrees), the change in flow direction occurs without impact.

Изображенный на фиг.1, 2 движитель с лопатками радиусом 0,4 м и шириной 0,1 м, имеющими суммарную поверхность 0,16 м², с числом оборотов 100 с^-1 степени (окружная скорость 150 м/с) создает тягу величиной 3 кгс/см², что отвечает суммарному тяговому усилию 3•0,16•10⁴ = 4800 кг.The propulsion unit shown in Fig. 1, 2 with vanes with a radius of 0.4 m and a width of 0.1 m, having a total surface of 0.16 m ² , with a speed of 100 s ^-1 degrees (peripheral speed of 150 m / s) creates a thrust of magnitude 3 kgf / cm ² , which corresponds to the total traction force of 3 • 0.16 • 10 ⁴ = 4800 kg.

Claims (4)

1. Движитель для перемещения в воздушной или водной среде, содержащий корпус, выполненный в виде усеченного расширяющегося книзу конуса, расположенный в нижней части корпуса и образующий с ним кольцевой зазор диск, с перпендикулярными плоскости диска лопатками и втулкой для их соединения с приводом, отличающийся тем, что корпус имеет крышку с отверстием для всасывания среды, причем лопатки жестко соединены с диском. 1. Mover for movement in air or water, comprising a housing made in the form of a truncated cone expanding downward, located in the lower part of the housing and forming an annular disk gap with it, with vanes perpendicular to the plane of the disk and a sleeve for connecting them to the drive, characterized in that the housing has a cover with an opening for suction of the medium, and the blades are rigidly connected to the disk. 2. Движитель по п. 1, отличающийся тем, что корпус соединен через крышку с лопатками. 2. The mover under item 1, characterized in that the housing is connected through a cover with blades. 3. Движитель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что угол между осью и образующей конуса составляет 10^o предпочтительно для воздушной среды.3. The mover under item 1 or 2, characterized in that the angle between the axis and the generatrix of the cone is 10 ^o preferably for air. 4. Движитель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что угол между осью и образующей конуса составляет 25^o предпочтительно для водной среды.4. The mover under item 1 or 2, characterized in that the angle between the axis and the generatrix of the cone is 25 ^o preferably for an aqueous medium.

Images