RU2751268C1 - Propulsion unit based on instantaneously rotating propeller plate (blade) - Google Patents
Propulsion unit based on instantaneously rotating propeller plate (blade) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2751268C1 RU2751268C1 RU2020123003A RU2020123003A RU2751268C1 RU 2751268 C1 RU2751268 C1 RU 2751268C1 RU 2020123003 A RU2020123003 A RU 2020123003A RU 2020123003 A RU2020123003 A RU 2020123003A RU 2751268 C1 RU2751268 C1 RU 2751268C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- propeller
- movement
- force
- gear
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
- B63H1/02—Propulsive elements directly acting on water of rotary type
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Toys (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к движителям, предназначенным для создания силы тяги в текучих средах.The invention relates to propellers designed to create a thrust force in fluids.
Для краткости в тексте выражение: «Движитель на основе мгновенно вращательной гребной пластины (лопасти)» можно заменять на: «Движитель на основе гребной (ых) пластине (ах). Слово пластина может заменяться словом лопасть.For brevity, in the text, the expression: "Propulsion based on an instantaneously rotating propeller plate (blade)" can be replaced by: "Propeller based on the propeller (s) plate (s). The word plate can be replaced by the word blade.
В тексте выражения: «сложное движение» или «двойное вращение» означают, вращение относительно двух параллельных осей вызывая, мгновенно вращательное движение.In the text of the expression: "complex movement" or "double rotation" means rotation about two parallel axes causing, instantly rotational movement.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY
Средства, предназначенные для движения, посредством отталкивания от текучей среды хорошо известны, к их числу относятся, в частности воздушный винт, водяной винт, гребное колесо, маховое крыло и весла.Means for propelling by repulsion from a fluid are well known and include, in particular, a propeller, a water propeller, a paddle wheel, a flywheel and oars.
Из уровня техники известен движитель, представляющий собой клапанную решётку, обладающий: решётчатым каркасом, способным совершать возвратно-поступательные (колебательные) движения перпендикулярно своей поверхности за счёт собственного привода; клапанами, расположенными в проёмах решётчатого каркаса, способными одновременно открывать и закрывать проёмы решётчатого каркаса, изменяя его площадь наибольшего поперечного сечения; вырабатывает движущую силу за счёт сил реакции среды в процессе собственных управляемых перемещений и трансформаций, с последующей передачей этой силы объекту движения посредством собственного корпуса. Источник информации: (RU 60479 U1, B64C 33/00, 27.01.2007, описание стр. 3, строки 5-23, фиг. 1-4, 5). From the prior art, a mover is known, which is a valve lattice, which has: a lattice frame capable of reciprocating (oscillatory) movements perpendicular to its surface due to its own drive; valves located in the openings of the lattice frame, capable of simultaneously opening and closing the openings of the lattice frame, changing its largest cross-sectional area; generates a driving force due to the reaction forces of the environment in the process of its own controlled movements and transformations, with the subsequent transfer of this force to the object of motion through its own body. Source of information: (RU 60479 U1, B64C 33/00, 27.01.2007, description p. 3, lines 5-23, fig. 1-4, 5).
Известно описание ещё одного реактивного движителя: «Активная клапанная решетка». Этот движитель содержит решетчатый каркас, способный совершать возвратно поступательные (колебательные) движения и активные клапана, установленные в проёмах решетчатого каркаса. Благодаря наличию датчиков положения каркаса и клапанов, а также наличию блока управления приводами каркаса и клапанов достигается согласованная работа всего механизма, в результате которой вырабатывается направленная сила тяги. Источник информации: (RU 2452661 C2, описание стр. 4, строки 30 — 55, стр.5, строки 1 — 55, фиг. 9, фиг. 10.) The description of another jet propulsion device is known: "Active valve cascade". This propeller contains a lattice frame capable of reciprocating (oscillatory) movements and active valves installed in the openings of the lattice frame. Thanks to the presence of position sensors of the frame and valves, as well as the presence of a control unit for the drives of the frame and valves, the coordinated operation of the entire mechanism is achieved, as a result of which a directed traction force is generated. Source of information: (RU 2452661 C2, description page 4, lines 30 - 55,
Заявленное изобретение отличается от выше указанных тем, что в заявленном движителе отсутствует клапанная решетка, которая в выше указанных изобретениях совершает возвратно поступательное (колебательное) движение. А также отсутствие клапанов, которые установлены в проёмах решетчатого каркаса, роль которых заключается в изменении свойства решетчатого каркаса, а именно, изменять площадь проходного сечения и, следовательно, коэффициент лобового сопротивления решетчатого каркаса. The claimed invention differs from the above in that the claimed propeller does not have a valve cascade, which, in the above-mentioned inventions, makes a reciprocating (oscillatory) motion. And also the absence of valves, which are installed in the openings of the lattice frame, the role of which is to change the properties of the lattice frame, namely, to change the flow area and, consequently, the drag coefficient of the lattice frame.
В заявленном движителе содержится гребная пластина, которая благодаря механизму зубчатой передачи совершает мгновенно вращательное движение с изменением своей площади Миделя в зависимости от направления своего движения. Благодаря чему гребная пластина создаёт разные по величине и направлению силы реакции среды, общая составляющая которых оказывается односторонне направленной, в результате чего и вырабатывается направленная движущая сила. The claimed propulsion device contains a rowing plate, which, thanks to the gear mechanism, instantly rotates with a change in its Midel area depending on the direction of its movement. Due to this, the rowing plate creates different in magnitude and direction of the reaction forces of the medium, the total component of which turns out to be unilaterally directed, as a result of which a directed driving force is generated.
Так же из уровня техники известен крыльчатый движитель, который состоит из нескольких вертикальных лопастей, расположенных на равных расстояниях по окружности вращающегося диска. Диск этот установлен заподлицо с обшивкой судна в округлом отверстии в днище судна. За пределы корпуса судна выступают только лопасти движителя, создающие силу упора, а все вспомогательные части, приводящие в движение диск с лопастями и связывающие его с корпусом судна, находятся внутри корпуса. Also known from the prior art is a vane propeller, which consists of several vertical blades located at equal distances around the circumference of the rotating disk. This disk is installed flush with the hull of the ship in a round hole in the bottom of the ship. Only the propeller blades protrude beyond the hull of the vessel, creating an abutment force, and all auxiliary parts that drive the disk with blades and connect it to the hull are located inside the hull.
Лопасти крыльчатого движителя при вращении диска совершают два движения одновременно: вращаются вместе с диском вокруг его оси, и каждая лопасть поворачивается на некоторый угол относительно своей вертикальной оси то в одну, то в другую сторону, не делая полного поворота. Так как лопасть перемещается в воде всё время одной и той же кромкой вперёд, для создания большей силы упора и большей обтекаемости ее делают в форме авиационного крыла. Именно поэтому движитель и называют крыльчатым. The blades of the vane propeller, when the disk rotates, make two movements simultaneously: they rotate together with the disk around its axis, and each blade rotates at a certain angle relative to its vertical axis in one direction or the other, without making a full turn. Since the blade moves in the water all the time with the same edge forward, to create more thrust force and greater streamlining, it is made in the form of an aircraft wing. That is why the propeller is called vane.
Чтобы лопасти перемещались в воде все время одной и той же кромкой вперёд, все лопасти крыльчатого движителя соединены тягой с одной точкой, так называемой точкой управления. Каждая лопасть всегда расположена перпендикулярно к линии, соединяющей точку управления и ось лопасти. При вращении диска движителя лопасть движется в воде под каким-то углом к касательной к данной точке окружности диска, и на нее будет давить вода с силой, которую по правилам параллелограмма сил можно разложить на две составляющих силы: 1. силу упора лопасти, направленную наружу от центра диска; 2. силу лобового сопротивления лопасти. Направление отбрасываемой движителем струи воды противоположно силе упора. В противоположной точке от центра вращения диска, создастся аналогичное положение, только угол атаки лопасти будет отрицательным, и поэтому сила упора будет направлена к центру движителя и будет складываться с силой упора первой лопасти, создавая полный упор движителя, двигающий судно. В точках, лежащих от описанных на ± 90º, плоскости лопасти будут расположены параллельно касательной к окружности диска и не создадут силы упора. ( Источник информации: http://the-mostly.ru/misc/voith_schneider_propeller.html ). In order for the blades to move in the water all the time with the same edge forward, all the blades of the impeller are connected by a thrust to one point, the so-called control point. Each blade is always perpendicular to the line between the steering point and the blade axis. When the propeller disk rotates, the blade moves in the water at some angle to the tangent to a given point of the disk circumference, and water will press on it with a force that, according to the rules of the parallelogram of forces, can be decomposed into two components of the force: 1.the force of the blade stop directed outward from the center of the disc; 2. the drag force of the blade. The direction of the water jet thrown by the propeller is opposite to the thrust force. At the opposite point from the center of rotation of the disk, a similar position will be created, only the angle of attack of the blade will be negative, and therefore the thrust force will be directed to the center of the propeller and will add up with the thrust force of the first blade, creating a full thrust of the propeller that propels the vessel. At the points lying ± 90º from the described ones, the blade planes will be parallel to the tangent to the disk circumference and will not create an abutment force. (Information source: http://the-mostly.ru/misc/voith_schneider_propeller.html).
Общим между заявленным изобретением и крыльчатым движителем является то, что гребные пластины и лопасти в виде крыла, совершают вращательное движение относительно центра диска, на котором они закреплены. Common between the claimed invention and the propeller is that the paddle plates and blades in the form of a wing, make a rotational movement relative to the center of the disk, on which they are fixed.
Однако, вращательное движение относительно собственных осей вращения гребной пластины и крыльчатой лопатки, являются различными. Гребная пластина совершает полный оборот вокруг своей оси, в то время как крыльчатая лопатка совершает только поворотные движения на некоторый угол, не совершая полный оборот вокруг своей оси вращения. However, the rotational motion about the proper axes of rotation of the propeller plate and the vane blade are different. The paddle plate makes a full revolution around its axis, while the vane blade makes only rotary movements at a certain angle, without making a full revolution around its axis of rotation.
Гребная пластина совершает двойное вращательное движение: вращение вокруг центра диска, на котором крепится пластина на своей оси расположенной на некотором расстоянии от центра диска; и вращение вокруг этой собственной оси вращения. Так как две оси, вокруг которых происходит вращение гребной пластины, параллельны, такое движение называется сложным или мгновенно вращательным движением. Совершая такое мгновенно вращательное движение, гребная пластина поворачивается таким образом, что поочерёдно меняет свою рабочую поверхность, которая отталкивает внешнюю среду. У предъявленного движителя рабочими являются обе поверхности гребной пластины, а также в процессе вращения меняется и передняя кромка (ребро), которым пластина движется вперёд, в то время как, крыльчатые лопасти перемещаются всё время одной и той же кромкой вперёд, что так же является отличительной особенностью этих движителей. The paddle plate performs a double rotational movement: rotation around the center of the disk, on which the plate is attached on its axis located at some distance from the center of the disk; and rotation about this own axis of rotation. Since the two axes around which the paddle plate rotates are parallel, this movement is called a complex or instantaneous rotational movement. Making such an instantaneous rotational movement, the rowing plate rotates in such a way that it alternately changes its working surface, which repels the external environment. For the presented mover, both surfaces of the rowing plate are working, and also in the process of rotation, the leading edge (rib) by which the plate moves forward changes, while the vane blades move all the time with the same edge forward, which is also a distinctive feature of these movers.
Ещё одной отличительной особенностью предъявленного движителя и крыльчатого движителя является, способ выработки движущей силы. В движителе на основе гребной пластины в результате отталкивания окружающей среды поверхностью пластины, возникает сила реакции среды равная по величине, но противоположная по направлению вырабатываемой движущей силе. Крыльчатый движитель вырабатывает движущую силу за счёт гидро (аэро) динамической силы, возникающей на крыле. Лопасть, имеющую форму крыла, на которую во время движения происходит набегание текучей среды под определённым углом (угол атаки) создаёт полную гидро (аэро) динамическую силу, которая состоит из двух сил, сила лобового сопротивления, направленная по потоку прямо против движения и сила упора, всегда перпендикулярна набегающему потоку. Эта сила упора и создаёт движущую силу крыльчатого движителя. Another distinctive feature of the presented propeller and vane propeller is the way of generating the driving force. In a propeller based on a propeller plate, as a result of the repulsion of the environment by the surface of the plate, a reaction force of the medium arises that is equal in magnitude, but opposite in the direction of the generated driving force. The vane propeller generates a driving force due to the hydro (aero) dynamic force arising on the wing. A blade in the shape of a wing, on which, during movement, a fluid medium runs at a certain angle (angle of attack) creates a full hydro (aero) dynamic force, which consists of two forces, a drag force directed downstream directly against the movement and an abutment force , is always perpendicular to the incoming flow. This thrust force also creates the driving force of the vane propeller.
Наиболее близким аналогом движителя на основе гребной пластины является гребное колесо. Гребные колёса применяются в судоходстве, как правило, они размещаются по бортам судна или на корме, имеют горизонтальную ось вращения, перпендикулярную направлению движения. Конструкция гребного колеса представляет собой большое колесо, снабженное лопастями (плицами), которые погружаются в воду. По устройству лопастей, гребные колёса разделяются на колёса с постоянными, переставными и поворотными лопастями. Постоянные лопасти укрепляются неподвижно к спицам колеса в положении, соответствующем углу входа 37-45°. Эти колёса работают со значительными ударами и сравнительно низким коэффициентом полезного действия. Скольжение их на тихой воде 20-30%, но конструкция проще, они легче, дешевле, требуют меньшего ремонта. The closest analogue of a propeller based on a paddle plate is a paddle wheel. Paddle wheels are used in shipping, as a rule, they are placed on the sides of the vessel or at the stern, have a horizontal axis of rotation perpendicular to the direction of movement. The design of the paddle wheel is a large wheel equipped with blades (plates) that are immersed in water. According to the arrangement of the blades, the paddle wheels are divided into wheels with permanent, adjustable and rotary blades. The fixed blades are fixed motionlessly to the spokes of the wheel in a position corresponding to an entry angle of 37-45 °. These wheels work with significant shock and relatively low efficiency. Their sliding in calm water is 20-30%, but the design is simpler, they are lighter, cheaper, and require less repair.
Преимуществом колёс с переставными лопастями, особенно важным для грузовых пароходов, является возможность переставлять лопасти в зависимости от углубления судна. The advantage of wheels with adjustable blades, especially important for cargo steamers, is the ability to rearrange the blades depending on the deepening of the vessel.
Наконец, колёса с поворотными лопастями, лопасти (плицы) укреплены на спицах с помощью шарнирных соединений и связаны специальными тягами от эксцентрика, эти лопасти поворачиваются на своих осях, принимая при входе и выходе из воды определённое положение. Finally, the wheels with swivel blades, the blades (plates) are fixed on the spokes by means of hinged joints and are connected with special rods from the eccentric, these blades rotate on their axes, taking a certain position when entering and leaving the water.
По своей форме лопасти колеса бывают или плоские прямоугольные, или же слегка вогнутые по радиусу, равному радиусу колеса. Последняя форма лопастей дает более плавную работу. By their shape, the blades of the wheels are either flat rectangular, or slightly concave along a radius equal to the radius of the wheel. The latter shape of the blades gives a smoother operation.
Принцип действия гребного колеса подобно действию весел: лопасти при вращении колеса отбрасывают воду, реакция которой, передаваясь через колесо корпусу судна, служит для него движущей силой. Вследствие подвижности воды, судно не может двигаться с той же скоростью, с какой движутся в ней лопасти колеса, и потому оно, как и гребной винт, работает со скольжением. Окружность колеса, на которой при его вращении скорость равна скорости судна, носит название катящегося круга; необходимо, чтобы все лопасти располагались вне этого круга, ибо части их, входящие внутрь его, двигаясь медленнее, чем судно, будут только тормозить последнее. Кроме того, для экономичной и плавной работы колеса важно, чтобы лопасти входили и выходили из воды без ударов, что зависит: 1) от правильно выбранного угла входа и выхода и 2) от формы самой лопасти. Чем больше диаметр колеса, тем лучше оно будет работать. Для одного и того же колеса угол входа и выхода изменяется в зависимости от наибольшего углубления кромок колеса под ватерлинией. The principle of operation of the paddle wheel is similar to the action of oars: when the wheel rotates, the blades throw water, the reaction of which, transmitted through the wheel to the ship's hull, serves as a driving force for it. Due to the mobility of water, the ship cannot move at the same speed as the blades of the wheel move in it, and therefore, like the propeller, it works with sliding. The circumference of the wheel, on which, when it rotates, the speed is equal to the speed of the ship, is called a rolling circle; it is necessary that all the blades are located outside this circle, for their parts entering into it, moving slower than the ship, will only slow down the latter. In addition, for economical and smooth operation of the wheel, it is important that the blades enter and exit the water without impacts, which depends on: 1) the correct entry and exit angle and 2) the shape of the blade itself. The larger the diameter of the wheel, the better it will perform. For the same wheel, the angle of entry and exit changes depending on the largest depression of the edges of the wheel under the waterline.
Главным недостатком гребного колеса, как судового движителя, является его непригодность на волнении, когда скольжение достигает 60% всей скорости, развиваемой колесом. Это и служит причиной малого распространения колесного движения для морских судов; но для рек, и особенно мелководных, гребные колеса до сих пор представляют большие преимущества перед гребным винтом. The main disadvantage of the paddle wheel as a ship's propulsion unit is its unsuitability in rough seas, when slip reaches 60% of the entire speed developed by the wheel. This is the reason for the small spread of wheeled traffic for sea vessels; but for rivers, and especially shallow water, paddlewheels still represent great advantages over the propeller.
(Источник информации: ttps://ru.wikisource.org/wiki/ВЭ/ВТ/Колесо_гребное )(Information source: ttps: //ru.wikisource.org/wiki/VE/VT/Rowing wheel)
Также к недостаткам гребного колеса относится такая его особенность, что его работа возможна только при наличии двух текучих сред разной плотности, например, вода и воздух. Лопасти гребного колеса движутся в двух средах, но в противоположных направлениях. На ту часть гребного колеса, что толкает текучею среду большей плотности, например, воду, действует сила реакции среды большая по величине, чем та сила реакции среды, которая возникает при движении лопасти колеса в среде с меньшей плотностью, в воздухе. Суммарные силы реакции двух сред действующие на движущиеся лопасти колеса противоположны по направлению. Так как силы реакции двух сред не равны по величине, суммарная сила реакции совпадает по направлению с силой реакции более плотной среды. Эта сила и создаёт движущую силу равную по величине, но противоположную по направлению к суммарной силе реакции двух сред. Если гребное колесо полностью поместить в одну из сред (в среду с однородной плотностью), то из-за одинаковых величин, но разных по направлению, вырабатываемых сил реакции среды возникающих при движении лопастей гребного колеса, суммарная сила реакции среды будет равна нулю, и движущая сила вырабатываться не будет. Also, the disadvantages of the paddle wheel include such a feature that its operation is possible only in the presence of two fluids of different densities, for example, water and air. Paddle wheel blades move in two environments, but in opposite directions. The part of the paddle wheel that pushes a fluid of higher density, for example, water, is affected by a reaction force of the medium that is greater in magnitude than the reaction force of the medium that arises when the wheel blade moves in a medium with a lower density, in air. The total reaction forces of the two media acting on the moving blades of the wheel are opposite in direction. Since the reaction forces of the two media are not equal in magnitude, the total reaction force coincides in direction with the reaction force of a denser medium. This force creates a driving force equal in magnitude, but opposite in the direction to the total force of the reaction of the two media. If the paddle wheel is completely placed in one of the media (in an environment with a uniform density), then due to the same values, but different in direction, generated by the reaction forces of the environment arising from the motion of the paddle wheel blades, the total reaction force of the medium will be zero, and the driving force power will not be generated.
Общими свойствами гребного колеса и движителя на основе гребной пластины являются: The general properties of a paddle wheel and a propeller based on a paddle plate are:
1) Оба движителя являются реактивными и работают на основе отталкивания (отбрасывания) окружающей текучей среды, вследствие чего возникает сила реакция среды, которая создаёт движущую силу. 1) Both propellers are reactive and operate on the basis of repulsion (rejection) of the surrounding fluid, as a result of which a reaction force of the medium arises, which creates a driving force.
2) То, что движение по окружности гребных пластин заявленного движителя и лопастей гребного колеса осуществляется вокруг центра вращения, от которого они удалены на некоторое расстояние. 2) The fact that the movement around the circumference of the paddle plates of the declared propeller and paddle wheel blades is carried out around the center of rotation, from which they are removed at a certain distance.
Отличиями между движителем на основе гребной пластины с двойным вращением и гребного колеса, являются следующие их свойства: The differences between a propeller based on a paddle plate with double rotation and a paddle wheel are the following properties:
Пластины гребного колеса либо неподвижно закреплены на гребном колесе, либо закреплены таким образом, что способны совершать колебательные движения вокруг своей оси вращения, поворачиваясь на некоторый угол не совершая полный оборот. В отличие от предъявленного движителя, у которого гребная пластина совершает полный оборот вокруг собственной оси вращения. The paddle wheel plates are either fixedly fixed on the paddle wheel, or fixed in such a way that they are capable of oscillating movements around their axis of rotation, turning through a certain angle without completing a full revolution. In contrast to the presented propeller, in which the propeller plate makes a full revolution around its own axis of rotation.
Предъявленный движитель содержит синхронизированный зеркально-симметричный механизм зубчатой передачи, обеспечивающий мгновенно вращательное движение гребной пластине. Конструкция гребного колеса не содержат механизм сложного вращения лопастей вокруг двух параллельных осей. The presented propeller contains a synchronized mirror-symmetric gear mechanism that provides instant rotary motion to the rowing plate. The paddle wheel design does not contain a mechanism for the complex rotation of the blades around two parallel axes.
Движитель на основе гребных пластин способен работать в однородной среде, в то время, как гребное колесо работает только при наличии двух текучих сред с разной плотностью. A propeller based propeller plate is capable of operating in a homogeneous environment, while a paddle wheel operates only in the presence of two fluids with different densities.
Движитель на основе гребных пластин способен вырабатывать силу тяги, располагаясь в любом направлении пространства, даже в направлении действия силы тяжести. A propulsion unit based on rowing plates is capable of generating a thrust force positioned in any direction of space, even in the direction of gravity.
ПОДРОБНОЕ РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DISCLOSURE OF THE INVENTION
Для определенности терминам и выражения, используемым в настоящем тексте придают следующее значение и объем.For definiteness, the terms and expressions used in this text are given the following meaning and scope.
Реактивным называют движитель, у которого создаваемое ими упорное давление получается в результате реакции масс текущей среды, отбрасываемой в сторону, противоположную вырабатываемой движущей силе. A propulsion device is called reactive, in which the stubborn pressure created by them is obtained as a result of the reaction of the masses of the flowing medium, thrown in the direction opposite to the generated driving force.
Привод, энергосиловое устройство, приводящее в движение машину или механизм. Привод состоит из источника энергии, передаточного механизма и аппаратуры управления. Источником энергии служит двигатель или устройство, отдающую заранее накопленную механическую энергию. (БСЭ). Drive, power-generating device that drives a machine or mechanism. The drive consists of an energy source, a transmission mechanism and control equipment. The source of energy is a motor or a device that gives off previously accumulated mechanical energy. (TSB).
Механизм, система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел. Твёрдое тело, входящее в состав механизм, называется звеном. Соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение, называется кинематической парой. (БСЭ). A mechanism, a system of bodies designed to transform the movement of one or more bodies into the required movements of other bodies. The solid body that is part of the mechanism is called a link. The connection of two touching links, allowing their relative movement, is called a kinematic pair. (TSB).
Зубчатой передачей называется механизм, служащий для передачи вращательного движения с одного вала на другой и изменения частоты вращения посредством зубчатых колес. A gear transmission is a mechanism used to transfer rotary motion from one shaft to another and change the rotational speed by means of gear wheels.
Зубчатое колесо, сидящее на передающем вращение валу, называется ведущим, а на получающем вращение - ведомым. A gear wheel sitting on a shaft transmitting rotation is called a leading one, and on a receiving shaft it is called a slave.
Основные параметры зубчатых колес:The main parameters of the gears:
Начальная окружность - каждая из взаимокасающихся концентрических окружностей зубчатых колес передачи, принадлежащая начальной поверхности данного зубчатого колеса.A start circle is each of the intertangling concentric circles of the gears of a transmission belonging to the start surface of a given gear.
Делительными окружностями пары зубчатых колес называются соприкасающиеся окружности, катящиеся одна по другой без скольжения. Эти окружности, находясь в зацеплении (в передаче), являются сопряженными. The pitch circles of a pair of gears are called touching circles that roll on one another without sliding. These circles, being in engagement (in transmission), are conjugate.
Диаметр делительной окружности можно выразить через модуль и число зубьев. Диаметр делительной окружности равен произведению модуля и числа зубьев зубчатого колеса.The pitch circle diameter can be expressed in terms of module and number of teeth. The pitch circle diameter is equal to the product of the modulus and the number of teeth of the gear wheel.
Пара шестерен преобразует скорость вращения вала обратно пропорционально соотношению числа зубцов. Это соотношение называют передаточным числом. A pair of gears converts the speed of rotation of the shaft in inverse proportion to the ratio of the number of teeth. This ratio is called the gear ratio.
Тело, участвовавшее в двух вращениях относительно параллельных осей, будет совершать мгновенно вращательное движение.A body participating in two rotations about parallel axes will instantly rotate.
Лобовое сопротивление это, сила, с которой среда действует на движущееся в ней тело; направлена всегда в сторону, противоположную скорости движения тела.Frontal resistance is the force with which the environment acts on a body moving in it; always directed in the direction opposite to the speed of movement of the body.
Сила лобового сопротивления зависит от плотности (вязкости) текучей среды, площади поперечного сечения движущегося тела (Мидель) и квадрата его скорости.The drag force depends on the density (viscosity) of the fluid, the cross-sectional area of the moving body (Middel) and the square of its velocity.
Мидель (от голл. middel, буквально - средний), для движущегося в воде или воздухе тела (например, торпеды, корпуса судна, фюзеляжа самолёта, ракеты и др.) - наибольшее по площади сечение этого тела плоскостью, перпендикулярной направлению движения. Middel (from the Dutch middel, literally - middle), for a body moving in water or air (for example, a torpedo, a ship's hull, an aircraft fuselage, a rocket, etc.) - the largest cross-section of this body by a plane perpendicular to the direction of movement.
Под площадью Миделя понимают ещё площадь проекции тела на плоскость, перпендикулярную направлению его движения. К площади Миделя обычно относят действующую на тело силу сопротивления.
Остальные термины и выражения используются в значении, которое известно специалистам в данной области.Midel's area is also understood as the area of projection of the body onto a plane perpendicular to the direction of its movement. The area of Midel usually refers to the resistance force acting on the body.
The rest of the terms and expressions are used in the meaning that is known to specialists in this field.
Задача настоящего изобретения состоит в создании движителя, у которого гребная пластина, изменяя величину своей силы лобового сопротивления движению, в зависимости от направления своего движения в текучей среде, вызывает различные по величине и направлению силы реакции среды. Суммарная составляющая этих сил оказывается определённо направленной, эта суммарная сила в свою очередь создаёт общую, направленную силу тяги такого движителя. The objective of the present invention is to create a propulsion device, in which the propeller plate, by changing the magnitude of its frontal resistance to motion, depending on the direction of its movement in the fluid, causes the reaction forces of the medium that are different in magnitude and direction. The total component of these forces turns out to be definitely directed, this total force, in turn, creates a general, directed thrust force of such a propeller.
Поставленная задача решена благодаря тому, что в процессе согласованной работы зеркально-симметричного механизма зубчатой передачи гребной пластины, происходит сложное, мгновенно вращательное движение гребной пластины в текучей среде. Осью симметрии зеркально-симметричного механизма зубчатой передачи является середина гребной пластины. Два конца гребной пластины крепятся к двум механизмам зубчатой передачи, зеркально-симметрично расположенным на разных концах пластины. Благодаря наличию элементов синхронизации происходит согласованная, синхронная работа этих механизмов, и движение гребной пластины происходит без перегиба и перекоса. Механизм зубчатой передачи обеспечивает движение гребной пластины таким образом, что: The problem is solved due to the fact that in the process of coordinated operation of the mirror-symmetric gear mechanism of the rowing plate, a complex, instantaneous rotational movement of the rowing plate occurs in a fluid medium. The axis of symmetry of the mirror-symmetric gear mechanism is the middle of the rowing plate. The two ends of the paddle plate are attached to two gear mechanisms mirror-symmetrically positioned at opposite ends of the paddle. Due to the presence of synchronization elements, a coordinated, synchronous operation of these mechanisms occurs, and the movement of the rowing plate occurs without bending and skewing. The gear mechanism provides the movement of the paddle plate in such a way that:
а) в некоторых своих положениях пластина движется своим тонким ребром вперёд и её площадь Миделя минимальна, следовательно, минимальна и сила лобового сопротивления, что не приводит к возникновению значительной силы реакции среды уменьшающую силу тяги движителя в таких местах;a) in some of its positions, the plate moves with its thin edge forward and its Midel area is minimal, therefore, the drag force is also minimal, which does not lead to the emergence of a significant reaction force of the medium, which reduces the thrust force of the propeller in such places;
б) в некоторых других своих положениях пластина движется всей своей широкой поверхностью вперёд, в этом случае площадь Миделя пластины оказывается максимально возможной, следовательно, максимальна и сила лобового сопротивления, которая вызывает значительную силу реакции среды, являющейся в свою очередь причиной возникновения значительной силы тяги;b) in some of its other positions, the plate moves with its entire wide surface forward, in this case, the Midel area of the plate turns out to be the maximum possible, therefore, the frontal resistance force is also maximum, which causes a significant reaction force of the medium, which, in turn, is the cause of the appearance of a significant traction force;
в) при движении в промежуточных от указанных положений, пластина располагается под некоторым углом к направлению своего движения, и её площадь Миделя принимает промежуточные значения от минимума до максимума, следовательно, и силы реакции среды от движения в таких местах принимают разные по направлению и по величине значения;c) when moving in intermediate positions from the indicated positions, the plate is located at a certain angle to the direction of its movement, and its Midel area takes intermediate values from minimum to maximum, therefore, the reaction forces of the medium from the movement in such places take different in direction and magnitude values;
г) для каждого своего углового положения относительно центра вращения диска, на котором крепится ось вращения самой пластины, площадь Миделя оказывается одинаковой, одинаковой оказывается и сила лобового сопротивления движению, следовательно, и сила реакции среды для каждого своего положения оказывается постоянной по величине и направлению, но суммарный вектор всех этих сил, усредненный по времени, оказывается односторонне направленным, что и является причиной возникновения направленной силы тяги. d) for each of its angular positions relative to the center of rotation of the disk, on which the axis of rotation of the plate itself is attached, the Midel area turns out to be the same, the force of frontal resistance to motion is also the same, therefore, the reaction force of the medium for each of its positions turns out to be constant in magnitude and direction, but the total vector of all these forces, averaged over time, turns out to be unilaterally directed, which is the reason for the emergence of a directed thrust force.
Ключевыми признаками движителя на основе мгновенно вращательной гребной пластины, согласно изобретению, являются:The key features of a propulsion device based on an instantaneously rotating propeller plate, according to the invention, are:
(а) наличие зеркально-симметричного механизма зубчатой передачи, реализующего сложное движение пластины вокруг двух параллельных осей;(a) the presence of a mirror-symmetric gear mechanism that implements the complex movement of the plate around two parallel axes;
(б) наличие гребной пластины с мгновенно вращательным движением;(b) the presence of a rowing plate with instant rotational motion;
(в) наличие синхронизатора, обеспечивающего синхронную, согласованную работу зеркально-симметричного механизма зубчатой передачи, приводящего в движение гребную пластину без изгибов и изломов.(c) the presence of a synchronizer that ensures synchronous, coordinated operation of the mirror-symmetric gear mechanism that sets the propeller plate in motion without bends or kinks.
(г) наличие нескольких источников механической энергии (двигателей) для равномерного распределения вырабатываемой ими механической энергии по площади всего движителя и для повышения надёжности при возникновении поломок, двигатели вырабатывают вращательное движение для осей синхронизации; (d) the presence of several sources of mechanical energy (motors) to evenly distribute the mechanical energy they generate over the area of the entire propeller and to increase reliability in the event of breakdowns, the motors generate rotary motion for the synchronization axes;
(д) блок управления двигателями, для регулировки частоты вращения осей синхронизации, что влияет на величину вырабатываемой силы тяги;(e) an engine control unit for adjusting the speed of the synchronization axes, which affects the magnitude of the generated traction force;
Движитель содержит корпус, на котором крепятся двигатели, вырабатывающие механическую энергию в виде вращения, двигатели вращают оси синхронизатора; оси синхронизатора своими концами устанавливается в корпус с возможностью их вращения; на корпусе также закреплены неподвижные оси вращения зубчатых дисков, на которых установлены механизмы зубчатых передач с гребными пластинами. Корпус движителя служит для соединения его с объектом, приводимым в движение, и передачи ему силы тяги.The propulsion device contains a housing on which motors are mounted that generate mechanical energy in the form of rotation, the motors rotate the synchronizer axes; the axes of the synchronizer are installed with their ends into the housing with the possibility of their rotation; fixed axes of rotation of toothed disks are also fixed on the body, on which gear mechanisms with rowing plates are installed. The body of the propeller serves to connect it with the object being set in motion, and to transfer the thrust force to it.
Около концов осей синхронизатора установлены приводные шестерни, которые входят в зацепление с зубчатыми дисками. Приводные шестерни передают вращение от осей синхронизатора к зубчатым дискам. Зубчатые диски располагаются с двух сторон от гребной пластины симметрично относительно её середины. В этом случае, вращение зубчатых дисков, расположенных на разных концах движителя происходит синхронно, они поворачиваются одновременно на одинаковый угол и с одинаковой угловой скоростью. Зубчатые диски вращаются на закреплённых к корпусу осях за счёт приводных шестерёнок. На зубчатых дисках установлен механизм зубчатой передачи, предназначенный для вращения гребной пластины. Механизм зубчатой передачи состоит из трёх шестерёнок с одинаковым модулем. Две шестерни имеют одинаковое количество зубьев, а третья шестерня имеет в два раза больше зубьев. Таким образом, две шестерни имеют, относительно третей шестерни, малый диаметр, а третья имеет диаметр в два раза больше. Все три шестерни располагаются на одной прямой. Так как, две шестерни устанавливаются на вращающийся зубчатый диск, то их оси вращения будут располагаться вдоль одного радиуса. Первая малая шестерня жёстко крепится, без возможности вращения, в центре зубчатого диска. Она крепится на неподвижном валу, на котором вращается зубчатый диск. Вторая малая шестерня устанавливается на ось своего вращения, которая закреплена на зубчатом диске, таким образом, чтобы обе малые шестерни создавали сопряженную пару. Третья (большая) шестерня крепится на своей оси вращения расположенной на том же радиусе, на котором находится вторая малая шестерня. Большая шестерня входит в зацепление, со второй малой шестернёй образуя сопряженную пару. К большой шестерне крепится один конец гребной пластины. Гребная пластина представляет собой тонкую пластину, у которой длина значительно больше ширины. Для одной гребной пластины необходимо наличие двух механизмов зубчатой передачи, которые расположены по двум краям пластины симметрично её середины. Работа механизма зубчатой передачи происходит следующим образом. При вращении зубчатого диска с угловой скоростью ω относительно своей оси вращения, вместе с ним вращаются и оси шестерёнок механизма зубчатой передачи. Вторая малая шестерня, входя в зацепление с первой неподвижной шестернёй, вращается вокруг своей оси с той же угловой скоростью ω, что и зубчатый диск. При полном обороте зубчатого диска вторая малая шестерня тоже совершает один полный оборот вокруг своей оси. Так как вторая малая и третья большая шестерни являются сопряжённой парой, то при вращении малой будет вращаться и большая шестерня. За счёт того, что диаметр большой шестерни в два раза больше чем малой, то и её угловая скорость будет в два раза меньше. За один полный оборот зубчатого диска большая шестерня повернётся на 180 градусов, совершив пол оборота вокруг своей оси. Один полный оборот вокруг своей оси большая шестерня совершит за два оборота зубчатого колеса. Два механизма зубчатой передачи находящихся на двух концах гребной пластины придают ей сложно вращательное движение относительно двух параллельных осей, оси зубчатого диска и оси большой шестерни, такое движение называется мгновенно вращательным. Drive gears are installed near the ends of the synchronizer axles, which mesh with toothed discs. Drive gears transfer rotation from the axles of the synchronizer to the toothed discs. The toothed discs are located on both sides of the paddle plate symmetrically relative to its middle. In this case, the rotation of the toothed discs located at different ends of the propeller occurs synchronously, they rotate simultaneously at the same angle and with the same angular velocity. The toothed discs rotate on axles fixed to the housing due to the drive gears. On the toothed discs, a gear mechanism is installed, designed to rotate the paddle plate. The gear mechanism consists of three gears with the same module. Two gears have the same number of teeth, and the third gear has twice as many teeth. Thus, two gears have, relative to the third gear, a small diameter, and the third has a diameter twice as large. All three gears are in a straight line. Since two gears are mounted on a rotating toothed disk, their axes of rotation will be located along the same radius. The first small gear is rigidly mounted, without the possibility of rotation, in the center of the toothed disk. It is mounted on a stationary shaft on which a toothed disk rotates. The second small gear is mounted on its rotational axis, which is fixed on the toothed disk, so that both small gears form a mating pair. The third (large) gear is attached to its axis of rotation located at the same radius on which the second small gear is located. The large gear engages, forming a mating pair with the second small gear. Attached to the large gear is one end of the paddle plate. A paddle plate is a thin plate with a length much greater than its width. For one rowing plate, two gear mechanisms are required, which are located along the two edges of the plate symmetrically to its middle. The operation of the gear mechanism is as follows. When the toothed disk rotates with an angular velocity ω relative to its axis of rotation, the axes of the gears of the gear mechanism rotate with it. The second small gear, engaging with the first stationary gear, rotates around its axis with the same angular velocity ω as the toothed disk. With a complete revolution of the toothed disk, the second small gear also makes one full revolution around its axis. Since the second small and third large gears are a mating pair, then when the small gear rotates, the large gear will also rotate. Due to the fact that the diameter of the large gear is twice as large as the small one, its angular velocity will also be two times less. In one full revolution of the toothed disk, the large gear will rotate 180 degrees, making half a revolution around its axis. The large gear will make one full revolution around its axis in two revolutions of the gear wheel. Two gear mechanisms located at the two ends of the paddle plate give it a complex rotational movement about two parallel axes, the axis of the toothed disk and the axis of the large gear, such a movement is called instant rotational.
Благодаря синхронизатору, в который входят оси синхронизации с двумя приводными шестернями, расположенными на концах каждой оси, происходит синхронизация вращений зубчатых дисков. Приводные шестерни вращают зубчатые диски, которые симметрично расположены относительно центра пластины. В связи с чем, механизмы зубчатых передач одной гребной пластины, находящихся на двух её концах, совершают синхронные вращения, благодаря чему оба конца гребной пластины совершают одинаковые движения в пространстве, не допуская перекосов и перегибов пластины. Такой привод гребных пластин называется зеркально-симметричным механизмом зубчатой передачи.Thanks to the synchronizer, which includes the synchronization axes with two drive gears located at the ends of each axle, the rotations of the toothed discs are synchronized. Drive gears rotate toothed discs that are symmetrically positioned about the center of the plate. In this connection, the gear mechanisms of one rowing plate, located at its two ends, perform synchronous rotations, due to which both ends of the rowing plate perform the same movements in space, avoiding distortions and bends of the plate. This type of paddle plate drive is called a mirror-symmetric gear mechanism.
Создание направленной движущей силы движителем на основе мгновенно вращательной гребной пластины происходит следующим образом. Движение гребной пластины в текучей среде при разных направлениях происходит с различной по величине площадью Миделя пластины, причём для каждого конкретного направления движения пластины её площадь Миделя оказывается постоянной. Так как площадь Миделя пластины при её движении изменяется в пределах от минимальных до максимальных значений возможных для данной пластины, то для одних направлений движения пластины площадь Миделя оказывается большей, чем для других направлений. Следовательно, разной будет и сила лобового сопротивления для этих направлений, в результате чего при движении гребной пластины в текучей среде возникают силы реакции среды разные по величине и по направлению, но постоянные для одних и тех же направлений движений (положений) пластины. Равнодействующая этих сил реакции среды, усредненная по времени, оказывается направленной в определённую сторону.The creation of a directed driving force by a mover based on an instantaneously rotating propeller plate is as follows. The movement of the rowing plate in a fluid medium in different directions occurs with a different size of the Midel area of the plate, and for each specific direction of movement of the plate, its Midel area turns out to be constant. Since the Midel area of the plate during its movement varies from the minimum to the maximum values possible for a given plate, then for some directions of the plate movement, the Midel area turns out to be larger than for other directions. Consequently, the drag force for these directions will also be different, as a result of which, when the propeller plate moves in a fluid medium, the reaction forces of the medium are different in magnitude and direction, but constant for the same directions of movement (positions) of the plate. The resultant of these forces of the reaction of the medium, averaged over time, turns out to be directed in a certain direction.
Движитель снабжен блоком управления двигателями, при помощи которого осуществляется регулировка их частоты вращения. Изменяя частоту вращения двигателей можно изменять развиваемую движителем силу тяги.The propulsion unit is equipped with an engine control unit, with the help of which the engine speed is adjusted. By changing the rotational speed of the engines, it is possible to change the thrust force developed by the propeller.
Движитель имеет корпус, посредством которого, вырабатываемая им сила тяги передается объекту, приводимому в движение.The propeller has a body through which the thrust force generated by it is transmitted to the object being set in motion.
Для уменьшения силы лобового сопротивления пластины во время её движения по направлению противоположному направлению вырабатываемой силы тяги, как сама пластина, так и её рёбра могут иметь различную форму и толщину, что позволит уменьшить силу сопротивления движению пластины в этот момент.To reduce the force of the frontal resistance of the plate during its movement in the direction opposite to the direction of the generated traction force, both the plate itself and its edges can have different shapes and thicknesses, which will reduce the force of resistance to the movement of the plate at this moment.
Движитель найдет широкое применение при производстве транспортных средств наземного, воздушного, водного, подводного и смешанного классов.The propulsion unit will find wide application in the production of vehicles of land, air, water, underwater and mixed classes.
Альтернативное применение представленного изобретения.Alternative use of the present invention.
Подобно тому как, воздушный винт может применяться и в качестве движителя, например, воздушный винт у самолётов и вертолётов, и в качестве источника механической энергии, например, воздушный винт у ветрогенераторов, так и конструкция представленного изобретения на основе мгновенно вращательной пластины может использоваться не только в качестве движителя, но и в качестве источника механической энергии. Just as a propeller can be used both as a propeller, for example, a propeller in airplanes and helicopters, and as a source of mechanical energy, for example, a propeller in wind generators, so the design of the presented invention based on an instantaneously rotating plate can be used not only as a mover, but also as a source of mechanical energy.
Представленный движитель имеет такое свойство, что все его лопасти (пластины) во время своего движения меняют величину своей площади Миделя, но эти значения площади Миделя оказываются постоянными для каждого своего конкретного направления движения лопасти. При движении пластины (лопасти) в направлении, совпадающем, с направлением движения текучей среды площадь Миделя пластины всегда имеет своё максимальное значение, при движении пластины против движения текучей среды площадь Миделя пластины всегда имеет своё минимальное значение. Так как площадь Миделя для разных направлений движения пластины оказывается разной, разной будет и сила давления потока на пластины для этих направлений, но постоянной для одних и тех же положений пластины относительно направления потока этой среды. Равнодействующая этих сил давления среды на лопасти (пластины), усредненная по времени, оказывается направленной по ходу движения текучей среды, вызывая вращение лопастей в определённом направлении. The presented mover has such a property that all its blades (plates) during their movement change the value of their Midel area, but these values of the Midel area turn out to be constant for each of its specific directions of blade movement. When the plate (blade) moves in the direction coinciding with the direction of movement of the fluid, the Midel area of the plate always has its maximum value; when the plate moves against the movement of the fluid, the Midel area of the plate always has its minimum value. Since the Midel area is different for different directions of motion of the plate, the force of pressure of the flow on the plates for these directions will also be different, but constant for the same positions of the plate relative to the direction of flow of this medium. The resultant of these forces of pressure of the medium on the blades (plates), averaged over time, turns out to be directed in the direction of motion of the fluid, causing the blades to rotate in a certain direction.
В ситуации, когда конструкция представленного движителя неподвижно закреплена в потоке текучей среды, на лопасти движителя действуют силы давления потока среды, это давление приводит в движение лопасти (гребные пластины) движителя. Эти лопасти на своих концах имеют шестерни, которые входят в состав зеркально-симметричного механизма зубчатой передачи, благодаря чему, движение лопасти преобразуется во вращательное движение зубчатых дисков, которые в свою очередь сопряжены с приводными шестернями. Приводные шестерни расположены на осях синхронизации, вращение приводных шестерёнок приводит к вращению осей синхронизации. Таким образом, движение лопастей, вызванное действием на них сил энергии потока окружающей среды, преобразуется во вращение (вращательное движение) осей синхронизации движителя, т. е. происходит трансформация кинетической энергии текучей среды в механическую энергию осей синхронизации. К осям синхронизации подсоединяются потребители механической энергии. In a situation where the design of the presented propeller is motionlessly fixed in the fluid flow, the pressure forces of the medium flow act on the propeller blades, this pressure drives the propeller blades (propeller plates). These blades have gears at their ends, which are part of the mirror-symmetric gear mechanism, due to which the movement of the blade is converted into the rotational movement of the gear disks, which in turn are mated with the drive gears. The drive gears are located on the synchronization axes, the rotation of the drive gears results in the rotation of the synchronization axes. Thus, the movement of the blades, caused by the action of the forces of the energy of the flow of the environment on them, is converted into rotation (rotational motion) of the synchronization axes of the mover, i.e., the kinetic energy of the fluid is transformed into mechanical energy of the synchronization axes. Consumers of mechanical energy are connected to the synchronization axes.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
Сущность вышеописанного изобретения наглядно иллюстрируется фигурами чертежей 1-7 на примере конкретных форм воплощения.The essence of the above-described invention is clearly illustrated by the figures of drawings 1-7 using the example of specific forms of embodiment.
На фиг.1 изображен диск 1 (зубчатый диск), который вращается вокруг своего центра О с угловой скоростью ω1 и гребная пластина 2, которая вращается относительно своей оси В, с угловой скоростью ω2. Угловые скорости ω1 и ω2 противоположно направлены, причём ω2 = ½ ω1. Figure 1 shows a disk 1 (toothed disk), which rotates around its center O with an angular velocity ω1 and a
На фиг. 2 изображены этапы положений гребной пластины 2 во время первого оборота диска 1.FIG. 2 shows the stages of the positions of the
Фиг. 3 показывает положение пластины 2 во время второго оборота диска 1.FIG. 3 shows the position of the
Фиг. 4 изображает фронтальный вид отдельного элемента зеркально-симметричного механизма зубчатой передачи движителя.FIG. 4 is a frontal view of a separate element of the mirror-symmetric mechanism of the propeller gear train.
На фиг.5 изображен вид с верху отдельного элемента зеркально-симметричного механизма зубчатой передачи движителя. Figure 5 shows a top view of a separate element of the mirror-symmetric gear mechanism of the propeller.
Фиг.6 изображает фронтальный вид многоэлементной конструкции зеркально-симметричного механизма движителя. 6 is a frontal view of a multi-element structure of a mirror-symmetric propulsion mechanism.
Фиг.7 изображает вид с верху многоэлементной конструкции зеркально-симметричного механизма движителя. 7 is a top view of a multi-piece structure of a mirror-symmetrical propulsion mechanism.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯCARRYING OUT THE INVENTION
Нижеследующие примеры даются только для иллюстрации общей концепции изобретения. Ничто в настоящем разделе описания не должно быть истолковано как ограничение объема притязаний.The following examples are given only to illustrate the general concept of the invention. Nothing in this section of the description should be construed as limiting the scope of the claims.
При вращении диска 1 (фиг.1) вокруг своего центра О, с угловой скоростью ω1. Вместе с диском 1 вращается, и гребная пластина 2 собственная ось вращения В которой крепится на диске 1. Гребная пластина 2 совершает сложное вращение относительно двух параллельных осей О и В. Одно вращение гребная пластина 2 совершает вместе с диском 1 вокруг центра О, второе вращение пластина 2 совершает вокруг собственной оси В. Вращения пластины 2 вокруг оси О и оси В противоположно направлены, а угловая скорость ω1 в два раза больше чем ω2 в связи с чем, за один полный оборот диска 1 вокруг оси О, пластина 2 совершает только половину оборота вокруг своей оси В. Полный оборот пластина 2 вокруг своей оси В совершает за 720° поворота диска 1 (за два полных оборота диска 1). При вращении диска 1 закреплённая на нём гребная пластина 2 занимает определённые положения, фиг. 2 показывает положение пластины 2 при повороте на 45°, 90° и так далее с шагом в 45° до полного своего оборота при 360°. Положение поверхностей I и II гребной пластины 2 изменяется в зависимости от угла поворота диска 1. When the disk 1 (Fig. 1) rotates around its center O, with an angular velocity ω1. Together with the
Когда диск 1 начинает совершать второй полный оборот вокруг своей оси О (Фиг. 3) с угла поворота 360°, и далее с шагом 45°, до окончания второго оборота, когда угол равен 720°. Гребная пластина 2 начинает совершать свой второй полуоборот. В процессе второго оборота диска 1 гребная пластина будет занимать те же положения, когда диск 1 совершал свой первый оборот с той лишь разницей, что поверхности пластины I и II меняются местами. При третьем обороте диска 1, пластина 2 и её поверхности будут занимать точно такие же положения, какие занимали при первом обороте (от 0° до 360°). При четвёртом обороте диска 1, пластина 2 и её поверхности будут занимать точно такие же положения, какие занимали при втором обороте диска 1 (от 360° до 720°). И далее, чередуя чётные и нечётные числа оборотов диска 1, пластина 2 будет поочерёдно занимать указанные положения. В процессе такого сложного вращения гребная пластина 2, изменяет своё положение относительно направления своего движения, то она движется своим тонким ребром вперёд, то её широкая поверхность расположена навстречу своему движению, между этими положениями она располагается с некоторым разворотом по направлению к своему движению. Меняя своё положение, пластина 2 меняет свою площадь Миделя по отношению к направлению своего движения, в связи с чем изменяется величина лобового сопротивления движению. Но для каждого своего конкретного положения относительно центра вращения диска 1, пластина 2 занимает определённый постоянный наклон к направлению своего движения и поэтому имеет постоянную величину площади Миделя для данной точки своего положения. При углах положения диска 1 от 315° до 45° фиг.2 и от 675° до 405° фиг.3, гребная пластина движется в текучей среде с минимальным лобовым сопротивлением (ребром в перёд), создавая минимальную силу реакции среды. При углах от 135° до 225° фиг.2 и от 495° до 585° фиг.3, гребная пластина движется в текучей среде с максимальным лобовым сопротивлением (широкой поверхностью в перёд), создавая максимальную силу реакции среды. При других углах положения диска 1 и соответственно разных расположений гребной пластины 2 к направлению своего движения, сила реакции среды будет принимать промежуточные значения от больших до слабых в зависимости от величины площади Миделя пластины 2. В целом при таком своём движении пластина 2 совершает гребные движения, отталкивая окружающую текучую среду в определённом направлении.When the
Совершая сложно вращательное движение гребная пластина 2 испытывает действие сил реакции текучей среды, различных по величине и направлению. Усредненная по времени равнодействующая сил, действующих на гребную пластину 2, оказывается направленной в определённую сторону, что и приводит к возникновению направленной силы тяги.Making a complex rotational movement, the
Реализация мгновенно вращательного движения гребной пластины 2 осуществляется за счёт диска 1 и механизма зубчатой передачи с шестернями 3, 4 и 5 (фиг. 4). Работает данный механизм следующим образом. Зубчатое колесо 3 жёстко закреплена к корпусу К и не вращается (фиг. 4). Зубчатое колесо 4 входит в зацепление с колесами 3 и 5, и способно вращаться вокруг своей оси Д, которая находится на диске 1. Зубчатое колесо 5 входит в зацепление с колесом 4 и совершает вращение относительно своей оси В, закрепленной на диске 1. Гребная пластина 2 жёстко закреплена с зубчатым колесом 5 и вместе с ним совершает вращательное движение вокруг оси В. Диск 1вращается вокруг оси О, на диске 1 находятся оси Д и В вокруг которых вращаются зубчатые колёса 4 и 5 соответственно. Угловая скорость ω1 диска 1 противоположна по направлению к угловой скорости ω2 зубчатого колеса 5, и в два раза превышает его значение. Для более эффективной работы движителя и заполнения свободного пространства на диске 1 целесообразно разместить несколько гребных пластин, в данном случае на диске 1 две пластины: 2 и 2а. Механизм зубчатой передачи второй гребной пластины 2а аналогичен механизму зубчатой передачи первой гребной пластины 2. Зубчатое колесо 6 входит в зацепление с зубчатыми колесами 3 и 7, ось вращения Д1 колеса 6 крепиться на диске 1. Зубчатое колесо 7 входит в зацепление с колесом 6, и вращается вокруг собственной оси В1 закреплённой на диске 1. К зубчатому колесу 7 прикреплена гребная пластина 2а которая также вращается вокруг оси В1. Так как у гребной пластины её длина намного больше чем её ширина, что бы при движении в текучей среде пластина не загибалась оба её конца закреплены к аналогичным шестерням механизмов зубчатых колёс. Эти механизмы зеркально-симметричны и расположены по двум сторонам пластины и удалены на одинаковое расстояние относительно оси Е проходящую через середину пластины (фиг. 5). Для увеличения движущей силы вырабатываемой движителем, целесообразно применять несколько синхронно работающих гребных пластин. Что бы диски 1 на которых располагаются механизмы зубчатых передач вращались совместно они имеют собственные зубчатые элементы (на чертеже не показаны), которыми они входят в совместное зацепление друг с другом создавая сопряжённую пару, такие диски называются зубчатыми дисками 1 (фиг. 6 и фиг. 7.). На чертежах диск 1 и зубчатый диск 1 имеют одинаковое смысловое и функциональное значение.The instantaneous rotational movement of the
У движителя все зубчатые диски 1 имеют одинаковый размер, модуль, делительный диаметр и являются зубчатыми колёсами (шестернями). В данной конструкции все зубчатые диски 1 посредством друг друга объединены в общий массив, благодаря чему все зубчатые диски 1 поворачиваются одновременно на одинаковый угол и с одинаковой угловой скоростью, но каждый в свою сторону. Оси вращения всех зубчатых дисков1 закреплены на корпусе К. Помимо зубчатых дисков 1 на которых расположены механизмы зубчатых передач с гребными пластинами, движитель содержит приводные шестерни 8, которые имеют одинаковые параметры (модуль, число зубьев, делительный диаметр) с зубчатыми дисками 1. Приводные шестерни 8 располагаются по краям осей синхронизации 9. Оси синхронизации 9 закреплены в корпусе К с возможностью вращения. Оси 9 в качестве источника механической энергии имеют собственные электродвигатели (на рисунке не показаны). Электродвигатели установлены с двух концов осей синхронизации 9. Электродвигатели вращают оси синхронизации 9 на которых крепятся шестерни 8 входящие в зацепление с зубчатыми дисками 1. Так как, все зубчатые диски 1 входят, друг с другом в зацепление они создают единый массив, у которого все зубчатые диски 1 одновременно совершают поворот на одинаковый угол (но каждый диск в свою сторону) и с одинаковой угловой скоростью. Оси синхронизации 9 ведущих шестерёнок 8 проходят через всю длину движителя, согласовывая между собой два массива зубчатых дисков 1 симметрично расположенных по двум сторонам гребной пластины 2, синхронизируя работу симметрично-зеркального механизма зубчатой передачи. At the propeller, all
При производстве движителя целесообразно использовать легкие и прочные материалы, такие как: алюминиевые сплавы, стеклопластики, композитные материалы и т.п. В данном случае, для корпуса выбран алюминиевый уголок 40х20 мм, в качестве гребных пластин можно использовать карбоновую пластину 0,8х25,4 мм. Необходимые шестерни можно приобрести в интернет магазинах, где они широко представлены, либо распечатать на 3-D принтере. Модельный ряд электродвигателей так же очень широк, в данном случае можно применить электродвигатель RK-370PH-4736/45 DC motor 12 вольт, 44 000 об/мин. В качестве регулятора числа оборотов электродвигателя можно применить контроллер коллекторного двигателя BMD от компании "Электропривод". In the manufacture of the propulsion unit, it is advisable to use light and durable materials, such as: aluminum alloys, fiberglass, composite materials, etc. In this case, an aluminum corner of 40x20 mm is selected for the hull; a 0.8x25.4 mm carbon plate can be used as the rowing plates. The necessary gears can be purchased in online stores, where they are widely represented, or printed on a 3-D printer. The range of electric motors is also very wide, in this case you can use the RK-370PH-4736/45 DC motor 12 volt, 44,000 rpm. As a regulator of the speed of the electric motor, you can use the BMD collector motor controller from the "Elektroprivod" company.
Благодаря наличию множества электродвигателей, а также наличию взаимосвязанного массива зубчатых колёс, даже поломка с одновременным выходом из строя нескольких элементов конструкции не приведёт к трагическим последствиям, а только повлияет на мощность вырабатываемой силы тяги. Due to the presence of many electric motors, as well as the presence of an interconnected array of gears, even a breakdown with the simultaneous failure of several structural elements will not lead to tragic consequences, but will only affect the power of the generated traction force.
Должно быть понятно, что средний специалист может использовать отличительные особенности настоящего изобретения и внести эквивалентные замены с достижением поставленной технической задачи; такие замены включены в объем охраны согласно нижеприведенной формуле изобретения.It should be understood that the average person skilled in the art can use the features of the present invention and make equivalent substitutions to achieve the technical objective; such substitutions are included in the scope of protection according to the claims below.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020123003A RU2751268C1 (en) | 2020-07-10 | 2020-07-10 | Propulsion unit based on instantaneously rotating propeller plate (blade) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020123003A RU2751268C1 (en) | 2020-07-10 | 2020-07-10 | Propulsion unit based on instantaneously rotating propeller plate (blade) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2751268C1 true RU2751268C1 (en) | 2021-07-12 |
Family
ID=77019668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020123003A RU2751268C1 (en) | 2020-07-10 | 2020-07-10 | Propulsion unit based on instantaneously rotating propeller plate (blade) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2751268C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2701914B2 (en) * | 1977-01-19 | 1980-08-14 | J.M. Voith Gmbh, 7920 Heidenheim | Device for generating a thrust force in a liquid |
| RU2176969C2 (en) * | 1999-11-01 | 2001-12-20 | Пятигорская государственная фармацевтическая академия | Paddle wheel |
| RU2391249C2 (en) * | 2008-09-05 | 2010-06-10 | Юрий Макарович Комогорцев | Propulsor |
| RU2443908C2 (en) * | 2008-01-09 | 2012-02-27 | Борис Николаевич Черняев | "servid-m" rotary swirl propulsor |
-
2020
- 2020-07-10 RU RU2020123003A patent/RU2751268C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2701914B2 (en) * | 1977-01-19 | 1980-08-14 | J.M. Voith Gmbh, 7920 Heidenheim | Device for generating a thrust force in a liquid |
| RU2176969C2 (en) * | 1999-11-01 | 2001-12-20 | Пятигорская государственная фармацевтическая академия | Paddle wheel |
| RU2443908C2 (en) * | 2008-01-09 | 2012-02-27 | Борис Николаевич Черняев | "servid-m" rotary swirl propulsor |
| RU2391249C2 (en) * | 2008-09-05 | 2010-06-10 | Юрий Макарович Комогорцев | Propulsor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10815968B2 (en) | Concentric wing turbines | |
| CN102001434B (en) | Differential marine cycloidal propelling device | |
| KR101422694B1 (en) | Propulsion apparatus for ship | |
| JPH0127917B2 (en) | ||
| Esmailian et al. | Numerical investigation of the performance of voith schneider propulsion | |
| RU2751268C1 (en) | Propulsion unit based on instantaneously rotating propeller plate (blade) | |
| RU2482010C2 (en) | Method of producing flapping motion and flapping screw to this end | |
| ITPG960026A1 (en) | VERTICAL AXIS AND TRANSVERSAL FLOW NAUTICAL THRUSTER WITH CONTINUOUS SELF-ORIENTATION OF THE BLADES ABLE TO SATISFY THE VARIOUS | |
| CN104670449B (en) | Bionical pair of tail-rotor of swing cover type | |
| US6352458B2 (en) | Propulsion system and method | |
| KR101245734B1 (en) | Counter rotating azimuth propulsion divice and ship having the same | |
| RU107828U1 (en) | MOBILE WIND-HYDRO POWER PLANT | |
| CN215904722U (en) | Bionic water-treading variable-pitch water surface propeller | |
| CN102101526B (en) | underwater vortex propeller | |
| US6224441B1 (en) | Propulsion system and method | |
| EP0963315B1 (en) | Differential multipropeller system | |
| RU204567U1 (en) | Finned propulsion and steering device with hydrogenerator | |
| US2950765A (en) | Balanced lift vertical axis propellers | |
| JP2011506172A (en) | Translational carriage for fin propulsion | |
| CN112407137A (en) | Transmission mechanism for ship and ship | |
| JP3381865B2 (en) | Fluid energy conversion device, rotational energy conversion device and ship using them | |
| US20230322346A1 (en) | Device driving the flapping of a carrier plane | |
| RU2196071C2 (en) | Wave-powered propulsion plant | |
| RU2014486C1 (en) | Aerohydrodynamic motor | |
| CN104533718A (en) | Omnidirectional variable-pitch vertical axis turbine |