Лопасть для маршевых или тоннельных воздушных винтов

 

Изобретение относится к авиастроению, предназначено для создания воздушных винтов для самолетов и аппаратов вертикального взлета и посадки. Цель: уменьшение потребной мощности и ослабления шума винта путем предотвращения или ослабления волнового сопротивления воздуха на концевой и средней частях лопастей. На расстоянии r от оси вращения винта не менее 1/3 его радиуса лопасти разделены на две ветви, соединенные концами таким образом, что базовые линии ветвей, проходящие на расстоянии 1/4 хорды поперечного сечения ветви, симметричны в плане и выполнены расходящимися на радиусе r₁ = 1/3 R и сходящимися на радиусе r₂ на конце лопасти. При этом базовые линии ветвей находятся на одной линейчатой поверхности, образованной параллельными прямыми линиями, каждая из которых касательна к поверхности условного кругового цилиндра, ось которого совпадает с осью вращения винта, а базовые линии ветвей в диапазоне радиусов r₁ < r < r₂ определены параболическими зависимостями поперечных координат, приведенными в тексте описания. Углы отклонения касательных к базовым линиям χ_o определяются по формулам, приведенным в тексте описания. Кроме того, передняя и задняя кромки комлевой части лопасти расположены так, что ось вращения лопасти во втулке на радиусе r₁ проходит на расстоянии 0,4 хорды от передней кромки, поперечное сечение комлевой части приближается к круговому, а на конце лопасти на участке стыка ее ветвей поверхность стыка в плане близка к треугольной с удлинением около 2 назад. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к авиастроению и предназначено для создания воздушных винтов для самолетов и аппаратов вертикального взлета и посадки.

Обычные воздушные винты, лопасти которых имеют прямолинейную ось, при больших дозвуковых скоростях полета самолета недостаточно эффективны вследствие больших скоростей концевой части лопасти. В этих условиях на концевую часть лопасти действует волновое сопротивление воздуха, в несколько раз большее сопротивления сил вязкости трения. Поэтому скоростные самолеты имеют турбореактивные двигатели (ТРД), эффективно работающие даже при сверхзвуковых скоростях полета. Однако стремление отдалить начало волнового кризиса и увеличить скорости полета самолетов с воздушными винтами привело к созданию воздушных винтов, имеющих лопасти сложной формы в плане, например лопасти саблевидной формы.

Известны винты с лопастями саблевидной формы, которые сдвигают возникновение волнового сопротивления приблизительно на 0,2 по числу Маха. Однако такие лопасти до сих пор не получили широкого применения вследствие трудностей изготовления с приемлемым уровнем надежности.

Известна лопасть несущего винта с концевой частью серповидной формы в плане, с выпуклой передней кромкой, сужающейся к концу. Причем такая форма концевой части лопасти предусмотрена по длине до 1/3 радиуса R винта.

Таким образом, обеспечена возможность использования полезного эффекта скольжения при малых изгибающих моментах и весьма малых крутящих моментах.

Однако повышение эффективности винтов с такими лопастями достигается только периферийными частями лопастей.

Изобретение направлено на устранение этого недостатка и состоит в разработке лопастей для маршевых или тоннельных воздушных винтов с механизмом изменения угла их установки. С целью уменьшения потребной мощности и ослабления шума винта путем предотвращения или ослабления волнового сопротивления воздуха на концевой и средней частях лопастей на расстоянии r не менее 1/3 радиуса винта, считая от оси его вращения, лопасти разделены на две ветви, соединенные концами таким образом, что базовые линии ветвей, проходящие на расстоянии 1/4 хорды поперечного сечения ветви, симметричны или почти симметричны в плане, расходятся на радиусе r₁, равном или большем 1/3 R, и сходятся на радиусе r R около конца лопасти. Возможные различия форм ветвей и распределения углов установки профилей поперечных сечений выбираются из условия обеспечения приемлемых величин крутящих моментов относительно оси вращения лопасти во втулке.

Базовые линии ветвей находятся на одной линейчатой поверхности, образованной параллельными прямыми линиями, каждая из которых касательна к поверхности условного кругового цилиндра, ось которого совпадает с осью вращения винта.

Базовые линии ветвей в диапазоне радиусов r больше r₁, но меньше r₂определены параболическими зависимостями поперечных координат ζ=ζ (r) вида ζ= А (r-r₁)(1-r/r₂) для передней ветви и ζ= -B(r-r₁)(1-r/r₂) для задней ветви, где А и В - выбранные положительные числа, которые мало отличаются одно от другого, а максимальное расстояние d между базовыми линиями на радиусе r_* = (r₁+r₂) равно d= (A+B), углы отклонения касательных к базовым линиям χ_o определяются по формулам tgχ_o= = Cosζ_o= а радиусы r₂ и R связаны приближенной зависимостью R r₂ + (b/Sin χ_o ) r₂, где хорда b и угол χ_o соответствуют радиусу r₂, а на радиусах r ≥r_*числа А и В определяются из условия, что у конца лопасти, где r r₂, Cos r_*/r₂ Передняя и задняя кромки комлевой части лопасти располагаются так, что ось вращения лопасти во втулке на радиусе r₁ проходит приблизительно на расстоянии 0,4 хорды от передней кромки, а с уменьшением радиуса винта поперечное сечение лопасти приближается к круговому. Комлевая часть с уменьшением радиуса r от r₁ сначала расширяется, а затем поперечное сечение лопасти круто приближается к круговому, а на участке стыка ветвей лопасти поверхность стыка в плане близка к треугольной с удлинением около 2 назад, передняя ее кромка по торцу проходит от передней кромки первой ветви лопасти назад без углов с возрастающим углом отклонения касательной к кромке, а задняя кромка поверхности стыка отходит от задней кромки второй ветви лопасти параллельно оси поворота лопасти во втулке винта.

На чертеже показана лопасть с параболическими базовыми линиями ветвей для r₁/r₂ = 0,4 и χ_o= 45^о на радиусе соединения ветвей, где r - радиус сечения винта; χ_o - угол наклона касательной к базовой линии к оси поворота лопасти во втулке винта (базовые линии ветвей показаны штриховыми линиями, ось вращения лопасти - штрихпунктирной линией, а точечным пунктиром - направления действия центробежных сил).

Центробежные силы стремятся разогнуть ветви лопасти, однако они скреплены концами. Поэтому нагибающие моменты относительно невелики и раздвоенная часть лопасти подвергается в основном растяжению, как обычная лопасть. Причем на конце лопасти поверхность стыка образует почти треугольную в плане форму с удлинением около 2 назад. Тогда поверхность стыка будет почти равноценна правой половине Δ -видного крыла сверхзвукового самолета.

Формула изобретения

ЛОПАСТЬ ДЛЯ МАРШЕВЫХ ИЛИ ТОННЕЛЬНЫХ ВОЗДУШНЫХ ВИНТОВ, содержащая механизм изменения углов ее установки, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения патрубной мощности и ослабления шума винта путем предотвращения или ослабления волнового сопротивления воздуха на концевой и средней частях лопастей на расстоянии r от оси вращения винта не менее 1/3 радиуса винта R, лопасть разделена на две ветви, соединенные концами, таким образом, что базовые линии ветвей, проходящие на расстоянии 1/4 хорды поперечного сечения ветви, симметричны в плане и выполнены расходящимися на радиусе r₁ ≥ 1/3 R и сходящимися на радиусе r R на конце лопасти.

2. Лопасть по п.1, отличающаяся тем, что базовые линии ветвей находятся на одной линейчатой поверхности, образованной параллельными прямыми линиями, каждая из которых касательна к поверхности условного кругового цилиндра, ось которого совпадает с осью вращения винта.

3. Лопасть по п.2, отличающаяся тем, что базовые линии ветвей в диапазоне радиусов r больше r₁, но меньше r₂ определены параболическими зависимостями поперечных координат ζ = ζ (r) вида ζ = A (r-r₁) (1-r / r₂) для передней ветви и
ζ = - B (r-r₁) (1-r / r₂)
для задней ветви, где A и B - выбранные положительные числа, которые мало отличаются одно от другого, а максимальное расстояние d между базовыми линиями на радиусе r_ж = (r₁ + r₂)/2 равно
d= (A+B),
углы отклонения касательных к базовым линиям χ_o определяются по формулам
tgχ_o= =
а радиусы r₂ и R связаны приближенной зависимостью
R r₂+(b/sinχ_o)r₂,
где хорда b и угол χ_o соответствуют радиусу r₂.

4. Лопасть по п.3, отличающаяся тем, что на радиусах r ≥ r_ж числа A и B определяются из условия, что у конца лопасти, где r r₂ , Cos r_*/r₂ .

5. Лопасть по любому из указанных пунктов, отличающаяся тем, что передняя и задняя кромки комлевой части расположены так, что ось вращения лопасти во втулке на радиусе r₁ проходит на расстоянии 0,4 хорды от передней кромки, а поперечное сечение комлевой части с уменьшением радиуса r приближается к круговому.

6. Лопасть по любому из указанных пунктов, отличающаяся тем, что комлевая часть с уменьшением радиуса r от r₁ сначала расширяется, а затем поперечное сечение лопасти круто приближается к круговому.

7. Лопасть по любому из указанных пунктов, отличающаяся тем, что на участке стыка ветвей лопасти поверхность стыка в плане близка к треугольной с удлинением около 2 назад, передняя ее кромка по торцу проходит от передней кромки первой ветви лопасти назад без углов с возрастающим углом отклонения касательной к кромке, а задняя кромка поверхности стыка отходит от задней кромки второй ветви лопасти параллельно оси поворота лопасти во втулке винта.

РИСУНКИ

Рисунок 1