RU2326787C2 - Method of controlling wing placed in fluid medium at its interaction with said medium and device to of its realisation - Google Patents
Method of controlling wing placed in fluid medium at its interaction with said medium and device to of its realisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2326787C2 RU2326787C2 RU2005134570/11A RU2005134570A RU2326787C2 RU 2326787 C2 RU2326787 C2 RU 2326787C2 RU 2005134570/11 A RU2005134570/11 A RU 2005134570/11A RU 2005134570 A RU2005134570 A RU 2005134570A RU 2326787 C2 RU2326787 C2 RU 2326787C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wing
- attack
- angle
- drive
- axis
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
- Wind Motors (AREA)
- Toys (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к областям энергетического машиностроения, авиастроения, судостроения, в частности к способам и устройствам, в которых используются помещенные в текучую среду и перемещающиеся в этой текучей среде рабочие органы (крылья, пропеллеры, гребные винты, турбинные колеса и т.п.) различных аэро- или гидродинамических устройств, в условиях аэро- или гидродинамического взаимодействия этих рабочих органов с текучей средой.The invention relates to the fields of power engineering, aircraft manufacturing, shipbuilding, in particular to methods and devices that use working bodies placed in a fluid and moving in this fluid (wings, propellers, propellers, turbine wheels, etc.) of various aerodynamic or hydrodynamic devices, under the conditions of aerodynamic or hydrodynamic interaction of these working bodies with a fluid medium.
Изобретение может найти широкое применение в энергетике ветроэлектростанции или гидроэлектростанции, в авиации - движители летательных аппаратов (самолеты, вертолеты, автожиры, махолеты и т.п.) или активные элементы управления полетом летательных аппаратов, в водном транспорте - движители или активные элементы управления движением подводных и надводных судов всех типов, а также судов на "воздушной подушке", в промышленной аэро- или гидродинамике - вентиляторы, нагнетатели, компрессоры, насосы, в индустрии товаров для спорта, отдыха, развлечений, и т.д.The invention can be widely used in the energy sector of a wind power station or hydroelectric power station, in aviation - aircraft propulsion devices (airplanes, helicopters, gyros, gyroplanes, etc.) or active flight control elements of aircraft, in water transport - propulsion devices or active underwater movement controls and surface ships of all types, as well as air-cushion ships, in industrial aerodynamics or hydrodynamics - fans, superchargers, compressors, pumps, in the industry of goods for sports, recreation, entertainment opinions, etc.
ТерминологияTerminology
Текучая среда - физическое вещество (газ, жидкость, суспензия, металл и т.п.), обладающее свойством текучести.Fluid - a physical substance (gas, liquid, suspension, metal, etc.) that has the property of fluidity.
Крыло - рабочий орган, т.е. основной элемент конструкции аэро- или гидродинамических устройств, на котором в процессе взаимодействия с текучей средой первично возникает полезная сила, называемая подъемной силой.The wing is a working body, i.e. the main structural element of aerodynamic or hydrodynamic devices, on which in the process of interaction with the fluid, a useful force, called lifting force, primarily arises.
Рабочая траектория крыла - часть траектории крыла, когда на крыле в результате взаимодействия с потоком возникает подъемная сила.The working trajectory of the wing is part of the trajectory of the wing, when a lifting force arises on the wing as a result of interaction with the flow.
В известном движителе для создания движущей силы аппарата в текучей среде крыло шарнирно связано с приводом, жестко закрепленным на аппарате и сообщающим крылу возвратно-поступательное движение перпендикулярно потоку текучей среды. Крыло движителя снабжено устройством управления углом атаки, выполненным в виде связанного с этим крылом крыловидного элемента, имеющим собственный привод для управления его угловым положением относительно крыла. Это дает возможность обеспечить требуемые углы атаки крыла, при его работе в качестве движителя, на любых режимах движения аппарата, поскольку, при изменении величины установочного угла крыловидного элемента, изменяется положение системы - крыло с крыловидным элементом в потоке текучей среды. Однако не раскрыто, как управлять собственным приводом крыловидного элемента, а именно изменять величину установочного угла крыловидного элемента. Очевидно, что управление производится при остановленном крыле, а регулировка величины установочного угла крыловидного элемента влияет только на частоту колебательного процесса и не позволяет установить угол атаки крыла во время его поступательного движения. Таким образом, при наличии одного крыловидного элемента с одним собственным приводом не обеспечивается установка требуемого угла атаки крыла на марше и не обеспечивается оптимальное соотношение скорости перемещения крыла к скорости потока текучей среды на рабочей траектории.In the known propulsion system, to create a driving force of the apparatus in a fluid medium, the wing is pivotally coupled to a drive rigidly mounted on the apparatus and imparting to the wing a reciprocating motion perpendicular to the fluid flow. The mover’s wing is equipped with an angle of attack control device made in the form of a wing-shaped element connected to this wing, having its own drive to control its angular position relative to the wing. This makes it possible to provide the required angles of attack of the wing, when it operates as a mover, in any modes of movement of the apparatus, since when the installation angle of the wing-shaped element changes, the position of the system changes - the wing with the wing-shaped element in the fluid flow. However, it is not disclosed how to control its own drive of the pterygoid element, namely, to change the installation angle of the pterygoid element. Obviously, the control is performed with the wing stopped, and the adjustment of the installation angle of the pterygoid element affects only the frequency of the oscillatory process and does not allow to establish the angle of attack of the wing during its translational movement. Thus, in the presence of one wing-shaped element with one own drive, the required angle of attack of the wing on the march is not ensured and the optimal ratio of the speed of movement of the wing to the flow rate of the fluid on the working path is not provided.
Известны различные способы взаимодействия крыла и текучей среды, в которых реализуется безотрывное обтекание крыла текучей средой, например "Способ преобразования кинетической энергии текучей среды в возвратно-поступательное перемещение крыла и установка для его осуществления" (см. патент РФ №2141058 С1). Способ заключается в том, что при помещении крыла в текучую среду и при его взаимодействии с этой средой крыло устанавливают под углом атаки, достаточным для указанного взаимодействия. При перемещении крыла угол атаки выдерживают постоянным путем изменения угла между хордой крыла и потоком текучей среды. При достижении оптимального соотношения скорости перемещения крыла и скорости потока угол между хордой крыла и направлением движения потока выдерживают постоянным.There are various methods for the interaction of a wing and a fluid in which a continuous flow of fluid around a wing is realized, for example, “A method for converting the kinetic energy of a fluid into reciprocating movement of a wing and an apparatus for its implementation” (see RF patent No. 21411058 C1). The method consists in the fact that when the wing is placed in a fluid and when it interacts with this medium, the wing is set at an angle of attack sufficient for the specified interaction. When moving the wing, the angle of attack is maintained constant by changing the angle between the wing chord and the fluid flow. Upon reaching the optimum ratio of the speed of movement of the wing and the speed of flow, the angle between the chord of the wing and the direction of flow is kept constant.
Однако этот способ не позволяет получить наилучшую эффективность взаимодействия крыла с текучей средой, т.к. наличие участков разгона и торможения не позволяет получить постоянную скорость перемещения крыла, а достигнутый постоянный угол атаки нельзя считать выгодным для всей траектории.However, this method does not allow to obtain the best efficiency of the interaction of the wing with the fluid, because the presence of acceleration and braking sections does not allow to obtain a constant speed of movement of the wing, and the achieved constant angle of attack cannot be considered beneficial for the entire trajectory.
Из патента РФ №2141058 С1 известно также устройство для управления крылом, помещенным в текучую среду, при его взаимодействии с этой средой, оно содержит неподвижную опору, подвижно связанную с ней балку-каретку, шарнирно установленное на ней, по меньшей мере, одно крыло, привод. Устройством установки угла атаки выполнено в виде крыловидного элемента с собственным приводом для управления его угловым положением относительно крыла. Это позволяет получать большие углы атаки, что обеспечивает значительное повышение эффективности преобразования кинетической энергии текучей среды в возвратно-поступательное перемещение крыла. Однако устройство установки угла атаки крыла позволяет получить максимальный угол атаки, и при этом не допустив срыва потока, только при достижении наилучшего соотношения скоростей крыла и текучей среды, что, если и достигается, то кратковременно и это не обеспечивает значительного повышения эффективности на всей рабочей траектории крыла.A device for controlling a wing placed in a fluid medium when interacting with this medium is also known from the RF patent No. 21411058 C1, it comprises a fixed support, a carriage beam movably connected to it, pivotally mounted on it at least one wing, drive unit. The device for setting the angle of attack is made in the form of a wing-shaped element with its own drive to control its angular position relative to the wing. This allows to obtain large angles of attack, which provides a significant increase in the efficiency of the conversion of the kinetic energy of the fluid into the reciprocating movement of the wing. However, the device for setting the angle of attack of the wing allows you to get the maximum angle of attack, and without allowing the flow to stall, only when the best ratio of the speed of the wing and the fluid is achieved, which, if achieved, is short-term and this does not provide a significant increase in efficiency along the entire working path wings.
Технический результат изобретения заключается в автоматизации процесса взаимодействия крыла с текучей средой, получении в каждой точке рабочей траектории угла атаки крыла максимально возможным, при котором обеспечивается безотрывное обтекание крыла текучей средой, в обеспечении возможности контролирования углового положения крыла на всей траектории, что обеспечивает повышение скорости движения крыла и аэрогидродинамической силы на нем.The technical result of the invention is to automate the process of interaction of the wing with the fluid, obtaining at each point of the working path of the wing angle of attack the maximum possible, which ensures continuous flow of the wing around the wing of the fluid, providing the ability to control the angular position of the wing throughout the path, which increases the speed wing and aerohydrodynamic force on it.
Указанный технический результат достигается тем, что при реализации способа управления крылом, помещенным в текучую среду, при его взаимодействии с этой средой, заключающегося в том, что крыло устанавливают под углом атаки, достаточным для указанного взаимодействия, часть крыла отделяют стабилизатором при не шарнирной его установке относительно оси вращения крыла с углом атаки, опережающим угол атаки крыла при движении, и поворачивают крыло до тех пор, пока на этой части крыла не наступает срыв потока текучей среды, после чего уменьшают угол атаки крыла.The specified technical result is achieved by the fact that when implementing the method of controlling a wing placed in a fluid during its interaction with this medium, namely, that the wing is set at an angle of attack sufficient for the specified interaction, part of the wing is separated by a stabilizer when it is not articulated relative to the axis of rotation of the wing with an angle of attack ahead of the angle of attack of the wing during movement, and turn the wing until a stall of fluid flow occurs on this part of the wing, and then reduce Wing attack goal.
Вышеуказанный технический результат также достигают тем, что устройство для управления крылом, помещенным в текучую среду, при его взаимодействии с этой средой, содержащее неподвижную опору, подвижно связанную с ней балку-каретку, шарнирно установленное на ней, по меньшей мере, одно крыло, привод, выполнено с пластиной, шарнирно установленной на каретке и имеющей кинематическую связь с крылом, также шарнирно установленным на каретке, а привод выполнен с возможностью получения энергии от ее источника и соединен с пластиной, по меньшей мере, одна часть крыла отделена стабилизатором при не шарнирной установке относительно оси вращения крыла таким образом, что при движении угол атаки ее всегда опережает угол атаки крыла, крыло и часть крыла снабжены датчиками динамической силы, которые включены в электрическую цепь привода посредством усилителя.The above technical result is also achieved in that the device for controlling a wing placed in a fluid medium during its interaction with this medium, comprising a fixed support, movably connected beam-carriage, pivotally mounted on it at least one wing, a drive made with a plate pivotally mounted on the carriage and having a kinematic connection with the wing also pivotally mounted on the carriage, and the drive is configured to receive energy from its source and is connected to the plate at least , one part of the wing is separated by a stabilizer with a non-articulated installation relative to the axis of rotation of the wing so that when moving the angle of attack is always ahead of the angle of attack of the wing, the wing and part of the wing are equipped with dynamic force sensors that are included in the electric circuit of the drive by means of an amplifier.
В таком устройстве целесообразно управлять приводом запрограммированными сигналами включенного в его электрическую цепь программного устройства.In such a device, it is advisable to control the drive with the programmed signals of the software device included in its electrical circuit.
В таком устройстве помимо части крыла, отделенной стабилизатором и повернутой относительно оси вращения крыла, еще одна часть крыла может быть отделена стабилизатором и может быть повернута относительно оси вращения крыла в обратную сторону.In such a device, in addition to the part of the wing separated by the stabilizer and rotated relative to the axis of rotation of the wing, another part of the wing can be separated by the stabilizer and can be rotated relative to the axis of rotation of the wing in the opposite direction.
Сущность изобретения поясняется сопроводительными чертежами.The invention is illustrated by the accompanying drawings.
На фиг.1 изображено крыло при взаимодействии с текучей средой и векторы скоростей крыла.Figure 1 shows the wing in interaction with the fluid and the velocity vectors of the wing.
На фиг.2, 3 предоставлены чертежи устройства по патентуемому изобретению.Figure 2, 3 provides drawings of the device according to the patented invention.
На фиг.4 предоставлена блок-схема управления приводом пластины по патентуемому изобретению.Figure 4 provides a block diagram of the control drive plate according to the patented invention.
Способ управления крылом, помещенным в текучую среду, при его взаимодействии с этой средой осуществляется следующим образом.The method of controlling a wing placed in a fluid, in its interaction with this medium is as follows.
В текучую среду (фиг.1) помещают крыло, которое перемещают в текучей среде для взаимодействия с ней и при управлении поворачивают вокруг его продольной оси. Перемещают крыло, в одном случае, от динамических сил, возникающих при взаимодействии с текучей средой (когда крыло применяют для преобразования энергии потока текучей среды в полезную энергию), в другом случае, за счет привода, получающего энергию от внешнего источника (когда крыло применяют для создания движущей силы). Поворачивают крыло вокруг своей продольной оси за счет динамической силы, возникающей при взаимодействии с текучей средой, и за счет привода, получающего энергию от внешнего источника, тем самым изменяют величину угла установки крыла и получают требуемый угол атаки.A wing is placed in the fluid (FIG. 1), which is moved in the fluid to interact with it and, when controlled, is rotated around its longitudinal axis. The wing is moved, in one case, from the dynamic forces arising from the interaction with the fluid (when the wing is used to convert the energy of the fluid flow into useful energy), in the other case, due to the drive receiving energy from an external source (when the wing is used to creating a driving force). The wing is rotated around its longitudinal axis due to the dynamic force arising from the interaction with the fluid, and due to the drive receiving energy from an external source, thereby changing the angle of installation of the wing and obtain the desired angle of attack.
Крыло устанавливают под стартовым углом атаки, величина которого достаточна для начала взаимодействия крыла с текучей средой, в результате чего на крыле возникает аэрогидродинамическая сила, и оно перемещается. При перемещении крыла с нарастающей скоростью его поворачивают, меняют угол установки крыла, при этом увеличивают угол атаки крыла и контролируют скорость нарастания турбулизации потока текучей среды, присоединенного к крылу, не допуская срыва присоединенного к крылу потока текучей среды за счет уменьшения угла атаки крыла путем изменения угла установки крыла, далее вновь увеличивают угол атаки крыла, это обеспечивает безотрывное обтекание крыла текучей средой. В результате этого при любом изменении скорости перемещения крыла угол атаки выдерживается максимально возможным при безотрывном обтекании крыла текучей средой, контролируется угловое положение крыла на всей траектории, что обеспечивает повышение скорости движения крыла и аэрогидродинамической силы.The wing is set at the starting angle of attack, the value of which is sufficient to start the interaction of the wing with the fluid, as a result of which an aerohydrodynamic force arises on the wing, and it moves. When the wing moves at an increasing speed, it is rotated, the angle of the wing is changed, the angle of attack of the wing is increased, and the rate of increase in turbulization of the fluid flow attached to the wing is controlled, preventing the flow of fluid attached to the wing from disruption by reducing the angle of attack of the wing by changing angle of installation of the wing, then again increase the angle of attack of the wing, this ensures an uninterrupted flow of fluid around the wing. As a result of this, with any change in the speed of movement of the wing, the angle of attack is maintained as high as possible during continuous flow of fluid around the wing, the angular position of the wing along the entire trajectory is controlled, which ensures an increase in the speed of the wing and aero-hydrodynamic force.
Устройство (см. фиг.2 и 3), осуществляющее заявленный способ управления крылом, помещенным в текучую среду, при его взаимодействии с этой средой, содержит неподвижную опору 1 с подвижно смонтированной на ней балкой-кареткой 2, на которой шарнирно установлено, по меньшей мере, одно крыло 3, снабженное датчиком 4 динамической силы, преобразующим значение динамической силы на нем в электрический сигнал (например, тензодатчик, установленный в месте крепления крыла к собственной оси). По меньшей мере, одна часть 5 крыла 3 отделена стабилизатором 6 при не шарнирной установке относительно оси вращения крыла таким образом, что при взаимодействии с текучей средой, при любом угле атаки, угол атаки ее всегда больше угла атаки всего крыла 3 за счет шарнирного поворота части 5 крыла от динамической силы, при этом ось вращения части 5 крыла смещена от центра действия ближе к передней кромке. Часть крыла 5 снабжена датчиком 7 динамической силы, преобразующим значение динамической силы на ней в электрический сигнал. Крыло 3 может содержать отделенную стабилизатором 6 и повернутую относительно оси вращения крыла часть 8, снабженную датчиком 9 динамической силы, преобразующим значение динамической силы на ней в электрический сигнал, при этом часть 5 повернута относительно оси вращения крыла в другую сторону, часть крыла 5 и часть 8 установлены жестко. На балке-каретке 2 установлена шарнирно на собственной оси, сориентированной вдоль потока текучей среды, пластина 10, имеющая кинематическую связь с осью крыла 3, при отклонении пластины 10 крыло 3 поворачивается. Для изменения своей аэрогидродинамической характеристики (например, для изменения площади взаимодействия с текучей средой) пластина 10 снабжена собственным приводом 11, получающим энергию от внешнего источника. Датчики 4, 7 и 9 динамической силы и привод 11 объединены в единую электрическую цепь, в состав которой входят источник питания и блок управления.A device (see FIGS. 2 and 3) that implements the claimed method of controlling a wing placed in a fluid medium when it interacts with this medium comprises a fixed support 1 with a beam-
Заявляемая установка работает следующим образом. В текучую среду помещают крыло 3 и пластину 10, а неподвижную опору 1 закрепляют таким образом, чтобы крыло 3 перемещалось поперек потока текучей среды. Крыло 3 устанавливают под стартовым углом атаки к потоку текучей среды, оно, пластина 10 и каретка 2 перемещаются. При перемещении пластины 10 на ней появляется динамическая сила и пластина 10 отклоняется, изменяется угловое положение крыла 3 в сторону увеличения угла атаки, при этом на части 5 раньше, чем на крыле 3, возникает эффект отрыва присоединенного к ней потока текучей среды, динамическая сила на ней скачком изменяется, полученное значение сигнала датчика 7 динамической силы, установленного на ней, запоминается. Привод 11 изменяет аэрогидродинамическую характеристику пластины 10 таким образом, чтобы при изменении углового положения крыла 3 датчик 4 динамической силы, установленный на крыле 3, показывал наибольшее значение, а датчик 7 динамической силы, установленный на части 5, показывал достигнутое значение. Стабилизаторы 6 не допускают перемешивания потоков текучей среды, присоединенных к крылу 3 и к части 5. При достижении крайнего положения крыло 3 получает противоположный стартовый угол атаки и движется в обратную сторону. При применении данного устройства для управления крылом 3 в режиме постоянной нагрузки и постоянной скорости текучей среды возможно управление приводом 11 запрограммированными сигналами включенного в его электрическую цепь программного устройства. При установке на крыле 3 части 8 привод 11 управляется сигналами датчиков 4 и 7 при движении крыла 3 в одну сторону или сигналами датчиков 4 и 9 при движении крыла 3 в другую сторону. В результате этого при любом изменении скорости перемещения крыла угол атаки - максимально возможный, и при этом не допускается срыв присоединенного к крылу потока текучей среды.The inventive installation operates as follows. The wing 3 and the
В процессе перемещения крыла автоматически в зависимости от характеристик элементов электрической цепи (привод, датчики и блок управления) на всей траектории выдерживается максимально выгодный угол атаки крыла от стартовых значений до значений, которые выше критических величин при стационарных режимах обтекания в известных подобных технических устройствах, что обеспечивает получение максимальной скорости движения крыла и аэрогидродинамической силы на нем.In the process of moving the wing, depending on the characteristics of the elements of the electric circuit (drive, sensors and control unit), the maximum advantageous angle of attack of the wing is maintained from the start values to values that are higher than critical values under steady-state flow conditions in known similar technical devices over the entire trajectory, which provides maximum wing speed and aero-hydrodynamic force on it.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005134570/11A RU2326787C2 (en) | 2005-11-09 | 2005-11-09 | Method of controlling wing placed in fluid medium at its interaction with said medium and device to of its realisation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005134570/11A RU2326787C2 (en) | 2005-11-09 | 2005-11-09 | Method of controlling wing placed in fluid medium at its interaction with said medium and device to of its realisation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005134570A RU2005134570A (en) | 2007-05-20 |
RU2326787C2 true RU2326787C2 (en) | 2008-06-20 |
Family
ID=38163792
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005134570/11A RU2326787C2 (en) | 2005-11-09 | 2005-11-09 | Method of controlling wing placed in fluid medium at its interaction with said medium and device to of its realisation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2326787C2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2361776C1 (en) | 2008-03-14 | 2009-07-20 | Сергей Федорович Бокарев | Method of controlling airflow about wing to improve basic aerodynamic characteristics, and aircraft to this end |
-
2005
- 2005-11-09 RU RU2005134570/11A patent/RU2326787C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005134570A (en) | 2007-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6877692B2 (en) | Oscillating foil propulsion system | |
EP2307671B1 (en) | Cycloidal rotor with non-circular blade orbit | |
CN102791578B (en) | Air vehicle flight mechanism and control method | |
KR102108601B1 (en) | Submersible power plant having multiple turbines | |
US8302901B2 (en) | Craft having a rotatable fluid propulsion device | |
JP5095757B2 (en) | Airfoil with automatic pitch control function | |
CN103395493A (en) | Piezoelectric ceramic flapping-wing-type robot | |
US6984109B2 (en) | Rotor blade pitch control assembly | |
CN110171568A (en) | One kind can hover flapping wing aircraft | |
KR20150130936A (en) | Oscillating foil propulsion system and method for controlling a motion of an oscillating movable foil | |
JP4638163B2 (en) | Windmill equipment | |
CN103534169B (en) | The method of work of flapping wing device and flapping wing device | |
US20040191063A1 (en) | Multi-modal forced vortex device | |
Choi et al. | Design and construction of a small ducted fan engine for nonlinear control experiments | |
RU2326787C2 (en) | Method of controlling wing placed in fluid medium at its interaction with said medium and device to of its realisation | |
WO2008099192A1 (en) | Thrust vectoring in aerial vehicles | |
CN102167159A (en) | Bevel gear train flapping-wing aircraft | |
RU2680678C1 (en) | Underwater glider motion control system | |
RU2603707C1 (en) | Helicopter rotor blade with deflecting rear edge | |
CN110733634A (en) | posture adjustment system for enhancing reaction force and equipment thereof | |
CN111959734B (en) | Vector control device based on water jet propeller | |
CN108327844A (en) | Flange plate type auxiliary propulsion ship | |
CN117365874A (en) | Gyro assembly, fan blade, impeller and wind generating set | |
US6926566B2 (en) | Method and apparatus for synchronous impeller pitch vehicle control | |
RU2662591C1 (en) | Helicopter rotor blade |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091110 |