Движитель для летательных или плавучих аппаратов

 

Использование: летательные аппараты, аппараты на воздушной подушке, экранопланы, гидролеты, морские и речные суда. Сущность изобретения: в движителе, имеющем по крайней мере один горизонтально или наклонно расположенный, полностью или частично погруженный в поток жидкости или газа винт, приводимый во вращение двигателем, установлены отступающие и наступающие лопасти, направляющий компенсатор, соединенный с корпусом аппарата и взаимодействующий с индуктивным потоком от наступающих лопастей винта. Направляющий компенсатор выполнен: для увеличения подъемной или подъемной и движущей силы - в виде спрямляющего аппарата, расположенного под наступающими лопастями и содержащего спрямляющие или/и отклоняющие лопатки; для увеличения движущей силы и уменьшения сопротивления - в виде радиального или радиально-осевого отвода (отводов) с выходным соплом (соплами); для создания давления в воздушной подушке - в виде отвода в канал подъемного комплекса аппарата на воздушной подушке. 3 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области авиации и судостроения и может быть использовано на летательных аппаратах, аппаратах на воздушной подушке, экранопланах, гидролетов, морских и речных судах.

Известен принятый в качестве ближайшего аналога движитель, содержащий по меньшей мере один расположенный горизонтально или наклонно к горизонтали винт с лопастями, соединенный посредством привода с двигателем.

Изобретение предназначено для решения задачи увеличения коэффициента полезного действия движителя за счет использования сил сопротивления вращению лопастей и энергии индуктивного закрученного осевого потока жидкости или газа, а также возможности регулировки по величине подъемной и движущей силы.

Поставленная задача достигается тем, что движитель, имеющий по крайней мере один горизонтально или наклонно расположенный, полностью или частично погруженный в поток жидкости или газа винт, приводимый во вращение с использованием мощности двигателя, содержащий отступающие и наступающие лопасти относительно набегающего на винт потока жидкости или газа при поступательном перемещении движителя, содержит направляющий компенсатор, соединенный с корпусом аппарата и расположенный асимметрично относительно оси винта за лопастями на одной половине диска винта.

Направляющий компенсатор выполнен в виде спрямляющего аппарата с лопатками, установленными по нормали или под углом к диску винта.

Направляющий компенсатор выполнен в виде радиального или радиально-осевого отвода (отводов) с выходным соплом (соплами).

Направляющий компенсатор выполнен в виде отвода в канал подъемного комплекса аппарата на воздушной подушке.

На фиг.1 изображен движитель с направляющим компенсатором, выполненным в виде спрямляющего аппарата, вид сверху; на фиг.2 разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез по Б-Б на фиг. 1, соответствует спрямляющему аппарату, содержащему вертикально расположенные спрямляющие лопатки; на фиг. 4 разрез по Б-Б на фиг. 1, соответствует спрямляющему аппарату, содержащему отклоняющие лопатки; на фиг. 5 план скоростей и сил на элементе отступающей лопасти винта; на фиг. 6 план скоростей и сил на элементах наступающей лопасти винта и спрямляющей лопатки спрямляющего аппарата; на фиг. 7 движитель с направляющим компенсатором, выполненным в виде радиальных отводов с выходами соплами, вид сверху; на фиг. 8 разрез по Б-Б на фиг. 7; на фиг. 9 разрез по Г-Г на фиг. 7; на фиг. 10 движитель с направляющим компенсатором, выполненным в виде отвода в канал подъемного комплекса аппарата на воздушной подушке, вид сверху; на фиг. 11 разрез по Д-Д на фиг. 10; на фиг. 12 - разрез по Е-Е на фиг.10.

Движитель (фиг.1-6) имеет винт 1, содержащий отступающие 2 и наступающие 3 лопасти относительно набегающего на винт 1 потока 4 жидкости или газа при поступательном перемещении движителя, показанным стрелкой 5, и направляющий компенсатор, выполненный в виде спрямляющего аппарата 6, соединенного с корпусом 7 аппарата. Спрямляющий аппарат 6 содержит продольную спрямляющую пластину 8 и соединенные с ней поперечные спрямляющие лопатки (профили) 9, которые жестко соединены с корпусом 7 аппарата, или отклоняющие лопатки 10, которые могут соединяться как жестко, так и с возможностью поворота для изменения угла наклона с помощью привода. Винт 1 зафиксирован с помощью вала неподвижно в вертикальной и горизонтальной плоскости относительно спрямляющего аппарата 6 с возможностью вращения в направлении, показаннjм стрелкой 11 Движитель работает следующим образом. При вращении винта 1 двигателем каждый элемент лопастей 2, 3 (фиг. 5, 6), имеющий окружную скорость V_o, связанную с вращением винта, при поступательном перемещении движителя со скоростью V_p работает как элемент крыла, обтекаемого набегающим потоком 4 жидкости или газа со скоростью V_i под углом атаки α. При этом потоку передается энергия от двигателя, в результате чего индуктивный (вызванный) поток от лопастей приобретает осевую W_a и окружную W_t вызванные скорости, а на каждом элементе лопасти возникают подъемная сила элемента d_y и сила профильного сопротивления d_x, направленные нормально и вдоль вектора средней скорости натекания V_i потока. Сумма проекций этих сил на ось 12 вращения винта и перпендикулярную к ней ось 13, совпадающую с направлением окружной скорости V_o элемента лопасти, образует соответственно элементарные осевую полную аэро-гидродинамическую силу (упор, тягу) dP и касательную силу dT, являющуюся силой сопротивления вращению лопастей винта, которая определяет необходимый крутящийся момент и мощность двигателя при данной частоте вращения винта. Полная аэро-гидродинамическая сила P_н, равная сумме элементарных сил dP, касательная движущая сила T_н, равная сумма проекций на направление 5 перемещения движителя элементарных касательных сил dT и приложенная через вал винта 1 к корпусу 7, и индуктивная скорость W_н, создаваемые наступающими лопастями, равны по величине при отсутствии перемещения и больше соответствующих сил P_o, T_o и индуктивной скорости W_o, создаваемых отступающими лопастями, при перемещении движителя со скоростью V_p, причем касательные движущие силы T_н и T_o противоположны по направлению. Индуктивный поток от отступающих лопастей свободно отбрасывается ими, а индуктивный поток от наступающих лопастей поступает в направляющий конденсатор, выполненный в виде спрямляющего аппарата 6, имеющего поперечные спрямляющие лопатки (профили) 9, каждый элемент которых также работает как элемент крыла, обтекаемого со скоростью W_нi под углом атаки a_с. На каждом элементе лопатки 9 возникает подъемная сила dy_c и сила профильного сопротивления dx_c, направленные нормально и вдоль вектора средней скорости W_нi потока. Сумма проекций этих сил на направление оси 12 вращения винта 1 и на направление 5 поступательного перемещения движителя образует осевую результирующую элементарную силу dP_c, а их сумма на лопатках (профилях) 9 результирующую силу P_c и компенсирующую элементарную силу dT_c, а их сумма - компенсирующую силу T_c. Таким образом, подъемная сила движителя, равная полной аэро-гидродинамической силе винта со спрямляющим устройством, равна: P_д=P_о+P_н±P_с, движущая сила предлагаемого движителя равна: T_д=T_о-T_н+T_с, а движущая сила предлагаемого движителя, имеющего в спрямляемом аппарате отклоняющие лопатки, на которых возникает дополнительная движущая сила отклоняющих лопаток T_от, равна: T_д T_о T_н + T_с + T_от.

Движитель (фиг. 7 9) имеет винт 1 с отступающими 2 и наступающими 3 лопастями и направляющий компенсатор, выполненный в виде радиального отвода 14 с выходным соплом 15, имеющим направляющие лопатки 16, и заднего радиального отвода 17 с направляющими лопатками 18 и выходным соплом 19. Отводы соединены жестко с корпусом 7 аппарата и содержат нижнюю стенку 20, верхнюю стенку 21 и боковую стенку 22.

Движитель работает следующим образом. При вращении винта 1 на отступающих 2 и наступающих 3 лопастях создаются силы P_о, P_н, T_о, T_н. Однако в результате того, что индуктивный поток от наступающих лопастей 3 поступает в радиальные отводы 14, 17, где происходит, во-первых, радиальное течение потока, что уменьшает нормальную составляющую скорости натекания на лопасть, а во-вторых, в силу экранного эффекта движения лопасти 3 вблизи экрана, в качестве которого выступает нижняя стенка 20 отводов, давление на которую воспринимается корпусом 7 аппарата, в результате чего возникает реакция P нижней стенки 20, полная аэро-гидродинамическая сила P_н и касательная движущая сила T_н имеют меньшую величину по сравнению с несущим винтом и движителем, имеющим в качестве направляющего компенсатора спрямляющий аппарат. При вращении лопастей 3 в отводах возникающее от действия этих лопастей давление потока на боковую стенку 22 создает компенсирующую силу T_р, а за счет реакции вытекающего потока из сопел 15 и 19 создается движущая сила T_д. Таким образом, подъемная сила предлагаемого движителя равна: P_д=P_о+P_н-P_р, движущая сила предлагаемого движителя равна: T_д=T_о-T_н+T _р+T_ц.

При этом по сравнению с обычным несущим винтом и движителем, имеющим в качестве направляющего компенсатора спрямляющий аппарат, дополнительно уменьшается сопротивление движителя и потребляемый наступающими лопастями 3 крутящий момент, что позволяет несколько увеличить число оборотов винта 1 для увеличения подъемной и движущей силы. Прежде всего от действия отступающих лопастей увеличить скорость аппарата при равной мощности двигателя.

Движитель (фиг. 10-12) имеет винт 1 с отступающими 2 и наступающими 3 лопастями и направляющий компенсатор, выполненный в виде отвода 23 в канал 24 подъемного комплекса аппарата на воздушной подушке. Отвод 23 жестко соединен с корпусом 7 аппарата и имеет разделительную продольную стенку 25 и боковую стенку 26.

Движитель работает следующим образом.

При вращении винта 1 на отступающих 2 и наступающих 3 лопастях создаются силы P_о, P_н, T _о , T_н. Индуктивный поток от наступающих лопастей 3 создает на боковой стенке 26 отвода 23 и на стенках канала 24 подъемного комплекса компенсирующую силу T_в, а на нижней стенке 27 канала 24 реакцию P_к, противоположную по направлению P_н. Этот поток за счет давления на большой площади воздушной подушки аппарата создает подъемную силу воздушной подушки P_вн. Индуктивный поток от отступающих лопастей 2 свободно проходит через продольную камеру 28 на выход из аппарата и к опорной поверхности 29, создавая подъемную силу воздушной подушки камеры P_во.

Таким образом, подъемная сила предлагаемого движителя равна:
P_д=P_о+P_h- P_к+P_вн+P_во,
движущая сила равна:
T_д=T_о-T_н+T_в.

Формула изобретения

1. Движитель для летательных или плавучих аппаратов, содержащий по меньшей мере один расположенный горизонтально или наклонно к горизонтали винт с лопастями, соединенный посредством привода с двигателем, отличающийся тем, что он содержит направляющий компенсатор, закрепленный на корпусе аппарата и расположенный асимметрично относительно оси винта за лопастями на одной половине диска винта.

2. Движитель по п. 1, отличающийся тем, что направляющий компенсатор выполнен в виде спрямляющего аппарата с лопатками, установленными по нормали или под углом к диску винта.

3. Движитель по п. 1, отличающийся тем, что направляющий компенсатор выполнен в виде по меньшей мере одного радиального или радиально-осевого отвода с выходным соплом.

4. Движитель по п. 1, отличающийся тем, что направляющий компенсатор выполнен в виде отвода в канал подъемного комплекса аппарата на воздушной подушке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12