Лопасть воздушного винта

 

Использование: в движителях летательных аппаратов - самолетов, дирижаблей, транспортных средств - аэросаней, глиссеров и других устройств. Конструкция лопасти обеспечивает повышение КПО за счет повышения силы тяги. Сущность изобретения: профили пера лопасти вблизи комля образованы нижней, верхней и лобовой плоскими поверхностями, составляющими острые углы по передней и задней кромкам. Угол γ у передней кромки равен 45°, угол b у задней кромки - 15°, а участок перехода от верхней к лобовой поверхности скруглен и выполнен по окружности радиуса r, определяемого по скорости V набегающего потока и коэффициенту К, зависящему от степени понижения давления на закруглении стыка поверхностей на спинке профиля в соотношении r = V/К. Верхняя и лобовая поверхности сужаются по мере удаления от комля и сходят на нет на конце лопасти. Радиус r увеличивается по длине к концу лопасти, образуя на конце вместе с нижней поверхностью профиль в форме сегмента с одинаковыми углами b у передней и задней кромок. Кромки на конце лопасти в плане отклонены от оси на угол g и пересекаются под углом 90°. Толщина профилей увеличивается по направлению к комлю. Стык поверхностей на спинках профилей имеет форму, близкую к треугольной, с резким переходом в комлевой стержень. 3 ил.

Изобретение относится к летательным аппаратам, в частности к лопастям воздушных винтов, преобразующих энергию работы двигателя в силу тяги, применяемых в самолетах, дирижаблях, аэросанях, глиссерах и других устройствах.

Известны лопасти самых разнообразных форм, в том числе и прямоугольные.

Известные лопасти обладают тем недостатком, что они имеют несимметричные выпуклые поверхности, криволинейные кромки, при этом передняя кромка имеет большой радиус закругления, а задняя имеет существенное притупление. Профили по всей длине пера лопасти не рассчитаны для получения максимальной аэродинамической силы тяги. Концевой обтекатель выполняется прямоугольным или закругленной формы. Все это вместе взятое существенно снижает КПД известных воздушных винтов.

За прототип принимается лопасть, имеющая плоскую нижнюю поверхность, притупленную по большому радиусу переднюю кромку, и притупленную заднюю кромку. Верхняя поверхность имеет кривизну, начиная от передней и до задней кромки.

Недостаток прототипа в том, что он не имеет наивыгоднейших форм профилей винтовых дужек, а поэтому он имеет низкий КПД, так как не рассчитан для получения максимальной аэродинамической силы тяги.

Предложенная конструкция лопасти не имеет этих недостатков, чем и обеспечивается повышение КПД винта.

Сущность предложенного технического решения состоит в том, что профили пера лопасти вблизи комля образованы нижней, верхней и лобовой плоскими поверхностями составляющими острые углы по передней и задней кромкам. Передний угол γ= 45^о, задний β = 15^о, а участок перехода от верхней и лобовой поверхности скруглен и выполнен по окружности радиуса r, определяемого по скорости V набегающего потока и коэффициенту К, зависящему от степени понижения давления на закруглении стыка поверхностей на спинке профилей в соотношении r = V²/К, причем верхняя и лобовая поверхности сужаются по мере удаления от комля и сходят на нет на конце лопасти, а радиус r скругления стыка поверхностей увеличивается по длине к концу лопасти, образуя на конце вместе с нижней поверхностью профиль в форме сегмента с одинаковыми углами β у передней и задней кромок. Кромки на конце лопасти в плане отклонены к ее оси на угол γ и пересекаются под углом 90^о. Толщина С профилей при постоянной хорде b увеличивается по направлению к комлю по мере уменьшения радиуса r скругления стыка поверхностей на спинке профиля, который у комля имеет форму, близкую к треугольной с резким переходом в комлевой стержень.

На фиг. 1 показана лопасть, сечение вдоль оси пера по максимально утолщенному месту (крутка лопасти не показана); на фиг. 2 - то же, с наложенными профилями в сечениях на различных радиусах от центра через интервалы, измеренные в хордах; на фиг. 3 - схема обтекания профиля потоком со скоростью V под углом атаки α .

Лопасть воздушного винта включает комлевой стержень 1, верхнюю 2 и нижнюю 3 поверхности с параллельными передней 4 и задней 5 кромками. Профиль пера лопасти вблизи комля 1 ограничен нижней 3, верхней 2 и лобовой 6 плоскими поверхностями, образующими острые углы по задней 5 и передней 4 кромкам. Передний угол γ равен 45^о, а задний β равен 15^о, а участок закругления, примыкающий к верхней 2 и лобовой 6 поверхностям, выполнен по радиусу r, определяемому по скорости набегающего потока V и коэффициенту К от возможной степени понижения давления на закруглении в соотношении r = V²/К. Верхняя и лобовая поверхности сужаются по мере удаления от комля и сходят на нет в конце 7 лопасти, где задняя кромка 5 и передняя 4 отклоняются прямолинейно к оси лопасти под углом γ и, пересекаясь на оси, образуют в плане угол в 90^о, а профиль в конце лопасти из сегментной формы 8, с передней 4 и задней 5 заостренными под углом β от нижней плоскости 3 кромками, увеличивая толщину С в направлении к комлю 1 и уменьшая радиус закругления спинки r при постоянной хорде b, принимает вблизи комля 1 форму профиля 9, близкую к треугольной, с последующим резким переходом от пера в комлевой стержень 1.

Примером конкретного выполнения может быть лопасть, у которой хорда b принята равной, примерно 0,25 от длины пера. Радиус кривизны спинки 10 r₆ на радиусе R₆, определяется по формуле: r =b/2sin15^о. (1) Толщина С лопасти на радиусе R₆ определяется по формуле: C₆ = r₆(1 - cosβ ) (2) По найденному (1) радиусу r₆, определяется допускаемая скорость V₆ набегания потока на концевую часть лопасти, расположенную на радиусе R₆ ≈ 6˙b, по формуле: V₆² = K r₆, (3) где К = 76000 м/сек² - найдена из условия ускорения потока V из зоны атмосферного давления в вакуум.

Зная максимально допускаемую скорость V₆ на R₆, можно найти скорость набегания V_i на любом радиусе R_i лопасти и соответственно найти по формуле (3) - нужный радиус r_i закругления спинки 10, который будет обеспечивать постоянную величину К на всей длине пера, начиная от R₂ и до R₆.

А если скорость V на конце лопасти R₆ будет принята какой-то другой, т. е. меньше допускаемой, то по формуле (3) находится и соответствующий ей коэффициент К, а по нему - величина радиуса r_i.

Коэффициент К есть величина заранее заданного ускорения воздушной массы в пограничном слое на закруглении r от той или иной скорости набегающего потока.

Принятая форма отклонения передней 4 и задней 5 кромок к оси лопасти под углом γ замечательна тем, что, обтекая его, поток V как бы постепенно перемещается с нормальной хорды b на уменьшенную и на конце 7 сходит на нет, исключая тем самым концевое завихрение.

Таким образом, лопасть воздушного винта, получая от работы двигателя вращательное движение до n-го числа оборотов, будет набегать на воздушную массу со скоростью V, в результате чего от скоростного напора V вдобавок к атмосферному давлению на нижней плоскости 3 будет возникать повышенное давление, а на верхней плоскости 2 - разряжение. Разность давления и разрежения и создает силу тяги.

Формула изобретения

ЛОПАСТЬ ВОЗДУШНОГО ВИНТА, включающая комлевой стержень и перо лопасти, образованное верхней и нижней поверхностями с параллельными передней и задней кромками, отличающаяся тем, что профили пера лопасти вблизи комля образованы нижней, верхней и лобовой плоскими поверхностями, составляющими острые углы по передней и задней кромкам, при этом угол γ у передней кромки равен 45^o, угол β у задней кромки равен 15^o, а участок перехода от верхней к лобовой поверхности скруглен и выполнен по окружности радиуса r, определяемого по скорости V набегающего потока и коэффициенту K, зависящему от степени понижения давления на закруглении стыка поверхностей на спинке профиля в соотношении r = V²/K, причем верхняя и лобовая поверхности сужаются по мере удаления от комля и сходят на нет на конце лопасти, а радиус r скругления стыка поверхностей увеличивается по длине к концу лопасти, образуя на конце вместе с нижней поверхностью профиль в форме сегмента с одинаковыми углами β у передней и задней кромок, причем кромки на конце лопасти в плане отклонены к ее оси на угол γ и пересекаются под углом 90^o, а толщина C профилей при постоянной хорде b увеличивается по направлению к комлю по мере уменьшения радиуса r скругления стыка поверхностей на спинках профилей, который у комля имеет форму, близкую к трехугольной с резким переходом в комлевой стержень.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3