RU70864U1 - AIR ENGINE WITH VARIABLE DRIVING VECTOR - Google Patents

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к конструкциям движителей для летательных аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой, а также для самолетов, снегоходов, водных судов на воздушной подушке, в которых вертикальный взлет и посадка осуществляются за счет изменения вектора тяги.The proposed utility model relates to the design of propulsion devices for aircraft with vertical take-off and landing, as well as for aircraft, snowmobiles, watercraft, hovercraft, in which vertical take-off and landing are carried out by changing the thrust vector.

Задачей полезной модели является получение в движителе такого способа создания и изменения вектора тяги, который обеспечивал бы повышение надежности и безопасности транспортного средства при его вертикальном взлете и посадке.The objective of the utility model is to obtain in the propulsion engine such a method of creating and modifying the thrust vector that would provide increased reliability and safety of the vehicle during its vertical take-off and landing.

Решение задачи обеспечивается в движителе, содержащем установленный на основном валу несущего винта транспортного средства блок лопастей, состоящий из, по меньшей мере, одного лопастного вала, на котором установлены лопасти, рабочее колесо. При этом лопастной вал установлен на подшипниках в сквозном радиальном отверстии, выполненном в передней утолщенной части основного вала, который размещен во внутренней части опорной втулки на подшипниках, причем опорная втулка зафиксирована на транспортном средстве. Лопасти установлены на концах лопастного вала таким образом, что их продольные оси симметрии совпадают с осью вращения лопастного вала, а их поперечные оси симметрии образуют между собой угол, равный 90°. А рабочее колесо закреплено на лопастном валу, образуя зубчатую коническую передачу с втулкой-шестерней, установленной в выточке на передней части опорной втулки, выполненной с возможностью вращения вокруг продольной оси опорной втулки. 1 с. и 5 з.п.п. ф-лы, 5 илл.The solution to the problem is provided in the propulsion device containing a block of blades mounted on the main shaft of the rotor of the vehicle, consisting of at least one blade shaft on which the blades are mounted, the impeller. In this case, the blade shaft is mounted on bearings in a through radial hole made in the front thickened part of the main shaft, which is located in the inner part of the support sleeve on the bearings, and the support sleeve is fixed on the vehicle. The blades are mounted at the ends of the blade shaft in such a way that their longitudinal axis of symmetry coincide with the axis of rotation of the blade shaft, and their transverse axis of symmetry form an angle of 90 ° between them. And the impeller is fixed on the blade shaft, forming a bevel gear with a gear sleeve mounted in a recess on the front of the support sleeve, which is rotatable around the longitudinal axis of the support sleeve. 1 sec and 5 z.p.p. f-ly, 5 ill.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к конструкциям движителей для летательных аппаратов с вертикальным взлетом и может быть использована на самолетах, снегоходах, водном транспорте, в частности, судах на воздушной подушке для обеспечения возможности вертикального взлета и посадки за счет изменения вектора тяги.The proposed utility model relates to the design of propulsion devices for aircraft with vertical take-off and can be used on airplanes, snowmobiles, water transport, in particular, hovercraft to provide vertical take-off and landing by changing the thrust vector.

Известны устройства несущих винтов летательных аппаратов, снабженных рабочими лопастями, выполненными с возможностью перемещения относительно приводного вала. В этих устройствах вектор тяги создается за счет подъемной силы при вертикальном взлете и посадке, а возможность изменения вектора тяги обеспечивается за счет определенной конструкции лопастей, при которой создается возможность их перемещения относительно приводного вала.Known devices of the rotors of aircraft equipped with working blades made with the possibility of movement relative to the drive shaft. In these devices, the thrust vector is created due to the lifting force during vertical take-off and landing, and the possibility of changing the thrust vector is provided due to the specific design of the blades, which creates the possibility of their movement relative to the drive shaft.

В одном из таких устройств несущего винта самолета с изменением угла рабочих лопастей для создания условий получения форсированной тяги без увеличения частоты вращения несущего винта (см. патент РФ №2277498, М. кл. В64С 11/30, В64С 27/32, опубл. 27.12.2006 г.) несущий винт выполнен из плоскопрофильных лопастей, имеющих по диаметру винта концевые гребни, которые выполнены подвижными с возможностью плавного изменения угла от 180° до 60° между рабочими поверхностями лопастей и их концевыми гребнями с обеспечением фиксации заданного угла. Минимальная высота торцевой кромки каждого гребня относительно рабочей поверхности каждой лопасти составляет 0,1% от диаметра винта. Подвижность концевых гребней осуществлена с помощью петлевых шарнирных соединений. Привод петлевых шарнирных соединений выполнен с помощью цепных тяг или гибких валов, размещенных в полостях лопастей.In one of such devices of the rotor of an airplane with a change in the angle of the rotor blades to create conditions for obtaining forced thrust without increasing the rotational speed of the rotor (see RF patent No. 2277498, M. cl. B64C 11/30, B64C 27/32, publ. 27.12 .2006) the rotor is made of plane-profile blades having end ridges in diameter of the screw, which are made movable with the possibility of a smooth change of angle from 180 ° to 60 ° between the working surfaces of the blades and their end ridges to ensure fixation of a given angle. The minimum height of the end edge of each ridge relative to the working surface of each blade is 0.1% of the diameter of the screw. The mobility of the end ridges is carried out using loop hinged joints. The drive of the hinge joints is made using chain rods or flexible shafts located in the cavities of the blades.

Как видим, в данном устройстве получение форсированной тяги обеспечивается за счет использования в конструкции лопастей подвижных концевых гребней и наличия средств для управления движением гребней и фиксации их положения путем плавного As you can see, in this device, obtaining forced thrust is ensured by the use of movable end ridges in the design of the blades and the availability of means for controlling the movement of the ridges and fixing their position by smooth

изменения угла между рабочими поверхностями лопастей и их концевыми гребнями от 180° до 60°. Однако такая конструкция, хотя и позволяет не увеличивая частоты вращения несущего винта получить форсированную тягу, но вектор тяги создается в плоскости оси вращения основного вала, что не исключает возможных вибраций летательного аппарата при осуществлении вертикального взлета и посадки. Это приводит к снижению надежности и безопасности транспортного средства.changes in the angle between the working surfaces of the blades and their end ridges from 180 ° to 60 °. However, this design, although it is possible to obtain forced thrust without increasing the rotor speed, the thrust vector is created in the plane of the axis of rotation of the main shaft, which does not exclude possible vibrations of the aircraft during vertical take-off and landing. This leads to a decrease in the reliability and safety of the vehicle.

Известно устройство несущего винта самолета с изменением угла рабочих лопастей (см. патент РФ №2290345, М. кл. В64С 11/30, В64С 27/32, опубл. 27.12.2006 г.), в котором несущий винт самолета имеет механизм привода синхронного поворота рабочих лопастей с возможностью свободного перемещения вдоль приводного вала и установленный на приводном валу вращающийся блок с вмонтированными в блок тягами по числу лопастей несущего винта. Тяги шарнирно соединены с рычагами. Передвижение механизма привода синхронного поворота лопастей вдоль приводного вала осуществляется посредством штока гидроцилиндра, который соединен с проушиной, вмонтированной в корпус механизма привода синхронного поворота лопастей.A device of the main rotor of an airplane with a change in the angle of the working blades (see RF patent No. 2290345, M. class. B64C 11/30, B64C 27/32, publ. 12/27/2006), in which the main rotor of the aircraft has a synchronous drive mechanism rotation of the working blades with the possibility of free movement along the drive shaft and a rotating unit mounted on the drive shaft with rods mounted in the unit according to the number of rotor blades. The rods are pivotally connected to the levers. The movement of the drive mechanism for synchronous rotation of the blades along the drive shaft is carried out by the rod of the hydraulic cylinder, which is connected to an eye mounted in the housing of the drive mechanism for the synchronous rotation of the blades.

В данном устройстве, как и в предыдущем, осуществляется свободное перемещение лопастей вдоль приводного вала, причем для этого используется сложный механизм штока гидроцилиндра, соединенного с механизмом привода синхронного поворота лопастей. Такая конструкция, по мнению авторов, повышает надежность устройства.In this device, as in the previous one, the blades move freely along the drive shaft, and for this, a complex mechanism of the hydraulic cylinder rod is used, which is connected to the drive mechanism for synchronous rotation of the blades. Such a design, according to the authors, increases the reliability of the device.

Однако изменение вектора тяги в этом устройстве создается за счет сложного механизма изменения угла перемещения рабочих лопастей относительно приводного вала, причем вектор тяги создается в плоскости оси вращения основного вала, что также, как и в предыдущем аналоге, не исключает возможности возникновения вибраций при вертикальном взлете и посадке летательного аппарата, а следовательно, приводит к снижению надежности и безопасности транспортного средства.However, a change in the thrust vector in this device is created due to the complex mechanism of changing the angle of movement of the working blades relative to the drive shaft, and the thrust vector is created in the plane of the axis of rotation of the main shaft, which, like in the previous analogue, does not exclude the possibility of vibrations during vertical take-off and landing of the aircraft, and therefore, reduces the reliability and safety of the vehicle.

Данное устройство выбрано за прототип.This device is selected for the prototype.

Задачей полезной модели является осуществление в движителе такого способа создания и изменения вектора тяги, который обеспечивал бы повышение надежности и безопасности транспортного средства.The objective of the utility model is the implementation in the propulsion of such a method of creating and changing the thrust vector, which would provide increased reliability and safety of the vehicle.

Решение данной задачи может быть получено в предлагаемом движителе воздушном с изменяемым вектором тяги, содержащем блок лопастей, установленный на основном валу несущего винта транспортного средства, связанный с устройством поворота The solution to this problem can be obtained in the proposed propulsor air with a variable thrust vector containing a block of blades mounted on the main shaft of the rotor of the vehicle associated with the rotation device

лопастей, отличающемся тем, что блок лопастей выполнен в виде, по меньшей мере, одного лопастного вала, установленного на подшипниках в радиальном сквозном отверстии, выполненном в передней утолщенной части основного вала, который размещен во внутренней части опорной втулки на подшипниках, неподвижно зафиксированной на транспортном средстве, при этом на концах лопастного вала установлены лопасти таким образом, что их продольные оси симметрии совпадают с осью вращения лопастного вала, а их поперечные оси вращения (по ширине лопасти) образуют между собой угол, равный 90°, на лопастном валу также закреплено рабочее колесо, образующее зубчатую коническую передачу с втулкой-шестерней, установленной в выточке на передней части опорной втулки, выполненной с возможностью вращения вокруг продольной оси опорной втулки.blades, characterized in that the block of blades is made in the form of at least one blade shaft mounted on bearings in a radial through hole made in the front thickened part of the main shaft, which is located in the inner part of the support sleeve on the bearings, fixedly mounted on the transport means, while at the ends of the blade shaft the blades are mounted in such a way that their longitudinal axis of symmetry coincide with the axis of rotation of the blade shaft, and their transverse axis of rotation (across the width of the blade) comfort between them an angle of 90 °, on the paddle shaft and the impeller is fixed, forming a bevel gear pinion with the sleeve mounted in the recess on the front of the supporting sleeve adapted to rotate about the longitudinal axis of the bearing sleeve.

Для обеспечения вращения втулки-шестерни вокруг продольной оси опорной втулки втулка-шестерня снабжена рычагом управления и последующей фиксации вектора тяги.To ensure rotation of the gear sleeve around the longitudinal axis of the support sleeve, the gear sleeve is provided with a control lever and subsequent fixation of the thrust vector.

В случае использования в движителе одного лопастного вала на нем устанавливается балансирное устройство.If one propeller shaft is used in the propeller, a balancing device is installed on it.

Движитель может содержать два лопастных вала, каждый из которых снабжен лопастью, установленной на его конце, и рабочим колесом.The mover may contain two blade shafts, each of which is equipped with a blade mounted at its end, and an impeller.

Для повышения эффективности работы движителя лопасти могут иметь двояко-вогнутую форму или иметь среднюю часть, выполненную из эластичного материала, например, из резины.To increase the efficiency of the propeller, the blades can have a double-concave shape or have a middle part made of an elastic material, for example, rubber.

Выполнение блока лопастей в виде, по меньшей мере, одного лопастного вала, установленного в передней утолщенной части основного вала несущего винта транспортного средства и зафиксированного на нем с помощью опорной втулки, а также установка на концах лопастного вала лопастей таким образом, что их продольные оси симметрии совпадают с осью вращения лопастного вала, а их поперечные оси вращения образуют между собой угол 90°, позволяет исключить из предлагаемого движителя возвратно-поступательно движущиеся детали (автомат перекоса Сикорского), создававшие в известных устройствах вибрацию при вертикальном взлете транспортного средства.The implementation of the block of blades in the form of at least one blade shaft mounted in the front thickened part of the main shaft of the main rotor of the vehicle and fixed on it with the support sleeve, as well as installing at the ends of the blade shaft of the blades in such a way that their longitudinal axis of symmetry coincide with the axis of rotation of the blade shaft, and their transverse axis of rotation form an angle of 90 ° with each other, eliminates reciprocating moving parts from the proposed mover (Sikorsko swash plate g) that created vibration in known devices during vertical take-off of a vehicle.

При этом использование зубчатой конической передачи между рабочим колесом и втулкой-шестерней и выполнение последней с возможностью вращения вокруг продольной оси опорной втулки, например, с помощью рычага управления и фиксации, обеспечивает возможность создания и плавного изменения вектора тяги в пределах 360° в плоскости, перпендикулярной оси вращения основного вала, и последующей фиксации вектора тяги за счет In this case, the use of a gear bevel gear between the impeller and the gear sleeve and the execution of the latter with the possibility of rotation around the longitudinal axis of the support sleeve, for example, by means of a control and fixing lever, makes it possible to create and smoothly change the thrust vector within 360 ° in a plane perpendicular the axis of rotation of the main shaft, and the subsequent fixation of the thrust vector due to

лобового сопротивления лопастей, а не за счет подъемной силы, как в известных устройствах. В результате, при использовании такого движителя на транспортном средстве повышаются его надежность и безопасность.drag of the blades, and not due to the lifting force, as in the known devices. As a result, when using such a propulsion device on a vehicle, its reliability and safety are increased.

При этом для повышения мощности движителя он может быть снабжен двумя лопастными валами, на каждом из которых имеются лопасть и рабочее колесо, в этом случае отпадает необходимость в использовании балансирного устройства.Moreover, to increase the power of the propulsion device, it can be equipped with two blade shafts, each of which has a blade and impeller, in this case there is no need to use a balancing device.

Выполнение лопастей с различным профилем: либо двояковогнутой формы, либо с эластичной средней частью, позволяет дополнительно увеличить их эффективность при осуществлении вращательных движений.The implementation of the blades with a different profile: either a biconcave shape, or with an elastic middle part, allows you to further increase their efficiency in the implementation of rotational movements.

Конструкция предлагаемого движителя поясняется чертежами, где на фиг.1 показан в разрезе предлагаемый движитель при использовании одного лопастного вала, на фиг.2 показан в разрезе предлагаемый движитель с двумя лопастными валами, на фиг.3 приведена зависимость между углом поворота лопасти вокруг своей продольной оси симметрии и величиной вектора тяги, соответствующей углу поворота основного вала, на фиг.4 показано формирование суммарного вектора тяги лопасти , на фиг.5 приведены варианты выполнения лопасти: а) с профилем двояковогнутой формы, б) с эластичной средней частью.The design of the proposed mover is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a sectional view of the proposed mover using one blade shaft, Fig. 2 shows a sectional view of the proposed mover with two blade shafts, Fig. 3 shows the relationship between the angle of rotation of the blade around its longitudinal axis the symmetry and magnitude of the thrust vector corresponding to the angle of rotation of the main shaft, figure 4 shows the formation of the total thrust vector of the blade , figure 5 shows the options for the implementation of the blade: a) with a biconcave profile, b) with an elastic middle part.

Согласно фиг.1 предлагаемый движитель содержит опорную втулку 1, которая неподвижно зафиксирована на транспортном средстве, во внутренней части которой, например, на подшипниках качения установлен основной вал 2, в передней утолщенной части которого выполнено радиальное сквозное отверстие, в котором установлен, например, на подшипниках качения один лопастной вал 3. На лопастном валу 3 закреплены рабочее колесо 4, лопасти 5 и балансирное устройство 6. Лопасти 5 установлены на концах лопастного вала 3 таким образом, что их продольные оси симметрии совпадают с осью вращения лопастного вала 3, а их поперечные оси симметрии (по ширине лопастей) образуют между собой угол 90°. Рабочее колесо 4, установленное на лопастном валу 3, образует зубчатую коническую передачу с установленной в выточке на передней части опорной втулки 1 втулкой-шестерней 7, снабженной рычагом 8 управления и фиксации вектора тяги. Втулка-шестерня 7 может совершать вращательные движения вокруг продольной оси опорной втулки 1 с последующей фиксацией посредством рычага 8 управления и фиксации вектора тяги. Угол, на который изменяется вектор тяги, равен углу, на который поворачивается втулка-шестерня 7.According to figure 1, the proposed propulsion device comprises a support sleeve 1, which is fixedly mounted on the vehicle, in the inner part of which, for example, on the rolling bearings, a main shaft 2 is installed, in the front thickened part of which there is a radial through hole in which, for example, is mounted on rolling bearings one impeller shaft 3. On the impeller shaft 3, the impeller 4, the blades 5 and the balancing device 6. are fixed. The blades 5 are mounted on the ends of the impeller shaft 3 so that their longitudinal axis are symmetrical ii coincide with the rotation axis of the vane shaft 3, and their transverse axis of symmetry (the width of the blades) form an angle of 90 °. The impeller 4 mounted on the impeller shaft 3 forms a bevel gear with a gear sleeve 7 installed in the undercut on the front of the support sleeve 1, equipped with a control lever 8 and the thrust vector fixing. The gear sleeve 7 can rotate around the longitudinal axis of the support sleeve 1, followed by fixing by means of the control lever 8 and fixing the thrust vector. The angle by which the thrust vector changes is equal to the angle by which the sleeve gear 7 rotates.

В соответствии с фиг.2 предлагаемый движитель может содержать два раздельных лопастных вала 3, на концах которых установлена своя лопасть 5. В этом случае балансирного устройства 6 не требуется.In accordance with figure 2, the proposed mover may contain two separate blade shafts 3, at the ends of which there is a blade 5. In this case, a balancing device 6 is not required.

Работа предлагаемого движителя осуществляется следующим образом.The work of the proposed mover is as follows.

В начале работы втулка-шестерня 7 зафиксирована на опорной втулке 1 в необходимом положении. При вращении основного вала 2 он увлекает за собой лопастной вал 3. Рабочее колесо 4, обегая втулку-шестерню 7, заставляет лопастной вал 3 вращаться вокруг своей оси. При этом лопасти 5 одновременно совершают два вращательных движения. За оборот вращения основного вала 2 лопасти 5 дважды меняют значение лобового сопротивления - от максимального до минимального и наоборот (см. фиг.3). Максимальное значение лобового сопротивления и вектора тяги лопасть 5 имеет в тот момент, когда поперечная ось симметрии лопасти составляет с вектором угловой скорости основного вала 2 угол 90°, а минимальное значение - когда этот угол равен нулю.At the beginning of the work, the gear sleeve 7 is fixed on the support sleeve 1 in the required position. When the main shaft 2 rotates, it carries along the blade shaft 3. The impeller 4, running around the gear sleeve 7, makes the blade shaft 3 rotate around its axis. In this case, the blades 5 simultaneously make two rotational movements. During the rotation revolution of the main shaft 2, the blades 5 twice change the drag value - from maximum to minimum and vice versa (see figure 3). The maximum value of drag and thrust vector of the blade 5 is at the moment when the transverse axis of symmetry of the blade makes an angle of 90 ° with the angular velocity vector of the main shaft 2, and the minimum value when this angle is zero.

Из фиг.4 очевидно, что суммарный вектор тяги лопасти 5 совпадает по направлению с максимальным значением вектора тяги лопасти 5 , что подтверждается проведенными испытаниями предлагаемого движителя.From figure 4 it is obvious that the total thrust vector of the blade 5 coincides in direction with the maximum value of the thrust vector of the blade 5 , which is confirmed by tests of the proposed propulsion.

При этом в предлагаемой конструкции отсутствуют детали, совершающие возвратно-поступательные движения, что исключает вибрации транспортного средства, в частности, летательных аппаратов при их вертикальном взлете и посадке, а это, в свою очередь, повышает надежность и безопасность транспортного средства.Moreover, in the proposed design there are no parts making reciprocating movements, which excludes vibration of the vehicle, in particular, aircraft during their vertical take-off and landing, and this, in turn, increases the reliability and safety of the vehicle.

При этом эффективность работы предлагаемого движителя повышается при выборе формы профиля лопасти, как это показано на фиг.5, либо с эластичной средней частью, либо двояко-вогнутой формы, поскольку увеличивается площадь соприкосновения воздуха с лопастью и увеличивается сопротивление лопасти набегающему потоку.At the same time, the efficiency of the proposed propulsion increases when choosing the shape of the profile of the blade, as shown in Fig. 5, either with an elastic middle part or a biconcave shape, since the area of contact of air with the blade increases and the resistance of the blade to the incoming flow increases.

Claims (6)

1. Движитель воздушный с изменяемым вектором тяги, содержащий блок лопастей, установленный на основном валу несущего винта транспортного средства, связанный с устройством поворота лопастей, отличающийся тем, что блок лопастей выполнен в виде, по меньшей мере, одного лопастного вала, установленного на подшипниках в радиальном сквозном отверстии, выполненном в передней утолщенной части основного вала, который размещен во внутренней части опорной втулки на подшипниках, неподвижно зафиксированной на транспортном средстве, при этом на концах лопастного вала установлены лопасти таким образом, что их продольные оси симметрии совпадают с осью вращения лопастного вала, а их поперечные оси симметрии (по ширине лопасти) образуют между собой угол, равный 90°, на лопастном валу также закреплено рабочее колесо, образующее зубчатую коническую передачу с втулкой-шестерней, установленной в выточке на передней части опорной втулки, выполненной с возможностью вращения вокруг продольной оси опорной втулки.1. An air mover with a variable thrust vector, comprising a block of blades mounted on the main shaft of the rotor of the vehicle, connected with a device for turning the blades, characterized in that the block of blades is made in the form of at least one blade shaft mounted on bearings in a radial through hole made in the front thickened part of the main shaft, which is located in the inner part of the support sleeve on bearings, fixedly mounted on the vehicle, while at the end x of the blade shaft, the blades are installed in such a way that their longitudinal axis of symmetry coincide with the axis of rotation of the blade shaft, and their transverse axis of symmetry (along the width of the blade) form an angle of 90 ° between themselves, an impeller forming a conical gear is also fixed to the blade shaft a gear with a gear sleeve mounted in a recess on the front of the support sleeve, made to rotate around the longitudinal axis of the support sleeve. 2. Движитель по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения вращения втулки-шестерни вокруг продольной оси опорной втулки втулка-шестерня снабжена рычагом управления и последующей фиксации вектора тяги.2. The mover according to claim 1, characterized in that to ensure rotation of the gear sleeve around the longitudinal axis of the support sleeve, the gear sleeve is provided with a control lever and subsequent fixation of the thrust vector. 3. Движитель по п.1, отличающийся тем, что при использовании в нем одного лопастного вала на нем установлено балансирное устройство.3. The mover according to claim 1, characterized in that when using one blade shaft therein, a balancing device is installed on it. 4. Движитель по п.1, отличающийся тем, что он содержит два лопастных вала, каждый из которых снабжен лопастью, установленной на его конце, и рабочим колесом.4. The mover according to claim 1, characterized in that it contains two blade shafts, each of which is equipped with a blade mounted at its end, and an impeller. 5. Движитель по п.1, отличающийся тем, что профиль лопасти имеет двояковогнутую форму.5. The mover according to claim 1, characterized in that the blade profile has a biconcave shape. 6. Движитель по п.1, отличающийся тем, что профиль лопасти выполнен со средней частью из эластичного материала, например резины.

6. The mover according to claim 1, characterized in that the blade profile is made with the middle part of an elastic material, such as rubber.