Устройство для перемещения тела в воздушной или водной средах

Изобретение относится к воздушным и водным судам, касаясь изменения их аэрогидродинамических характеристик для создания подъемных и тяговых (толкающих) усилий. Устройство имеет параллельно установленные неподвижный и подвижный (связанный кинематически с двигателем) диски, на последнем из которых выполнены радиально направленные лопатки. Лопатки обращены свободным ребром в сторону неподвижного диска и установлены с зазором по отношению к этому диску, размер которого существенно меньше высоты лопаток. Радиально направленные лопатки выполнены и с противоположной стороны подвижного диска. Устройство снабжено дополнительным неподвижным диском с обеспечением указанного условия по зазору и параллельности. Диаметральный размер дополнительного неподвижного диска меньше диаметрального размера подвижного диска и равен размаху лопаток, выполненных на стороне подвижного диска, взаимодействующей с дополнительным неподвижным диском. Двигатель может быть установлен со стороны дополнительного неподвижного диска при размещении уплотняющего элемента в дополнительном неподвижном диске или со стороны неподвижного диска при расположении уплотняющего элемента в неподвижном диске. Диаметральный размер дополнительного неподвижного диска может быть на 20...30% меньше диаметрального размера подвижного диска. Изобретение позволяет повысить коэффициент полезного действия устройства. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к воздухоплаванию и судовым движителям, а именно к устройствам для изменения аэрогидродинамических характеристик аппаратов, не отнесенных к другим группам и предназначенных для создания тяговых (толкающих) и подъемных сил.

Известно устройство для перемещения тела в воздушной или водной средах, содержащее установленные параллельно друг другу неподвижный и подвижный (связанный кинематически с двигателем) диски, на последнем из которых выполнены радиально направленные лопатки, обращенные свободным ребром в сторону неподвижного диска, установленные с зазором по отношению к этому диску, размер которого существенно меньше высоты лопаток (см., например, патент РФ №2046061 от 31.12.1992 г., МПК В64С 23/00).

Недостатком известного устройства является недостаточно высокий коэффициент полезного действия (КПД), так как оно имеет только одну поверхность, на которой происходит разрежение среды, обуславливающее появление динамического давления, определяемого формулой

где ρ - плотность среды, V - скорость потока.

Задачей настоящего изобретения является повышение КПД устройства.

Задача решается тем, что в известном устройстве для перемещения тела в воздушной или водной средах, содержащем установленные параллельно друг другу неподвижный и подвижный (связанный кинематически с двигателем) диски, на последнем из которых выполнены радиально направленные лопатки, обращенные свободным ребром в сторону неподвижного диска, установленные с зазором по отношению к этому диску, размер которого существенно меньше высоты лопаток, согласно изобретению радиально направленные лопатки выполнены и с противоположной стороны подвижного диска, устройство снабжено дополнительным неподвижным диском с обеспечением указанного условия по зазору и параллельности, при этом диаметральный размер дополнительного неподвижного диска меньше диаметрального размера подвижного диска и равен размаху лопаток, выполненных на стороне подвижного диска, взаимодействующей с дополнительным неподвижным диском.

Допустимо, если двигатель установлен со стороны дополнительного неподвижного диска, при этом уплотняющий элемент установлен в дополнительном неподвижном диске.

Допустимо, если двигатель установлен со стороны неподвижного диска, при этом уплотняющий элемент установлен в неподвижном диске.

Эффективно, если площадь поверхности дополнительного неподвижного диска, обращенная к лопаткам подвижного диска, на 20...30% меньше ответной площади подвижного диска.

Совокупность отличительных признаков заявленного технического решения заявителю не известна, что является доказательством новизны предложения, а каждый из признаков заявленной совокупности со всей очевидностью не следует из уровня техники, что является доказательством наличия изобретательского уровня в предложении. При этом авторы подчеркивают наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков изобретения и достигнутым результатом, имеющим технический характер.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено предлагаемое устройство, на фиг.2 - вариант его компоновки.

Устройство для перемещения тела в воздушной или водной средах содержит вращающийся диск 1 с радиально направленными лопатками 2, установленными на поверхности диска, обращенной к неподвижному диску 3. Диски установлены параллельно друг другу и с зазором между свободным ребром лопаток и поверхностью неподвижного диска, размер которого существенно меньше высоты лопаток и, как правило, не превышает 10% от высоты лопаток. Двигатель 4 кинематически связан с вращающимся диском.

Устройство снабжено дополнительным неподвижным диском 5, максимальный диаметральный размер которого меньше максимального диаметрального размера подвижного диска 3 на 20...30% и равен размаху лопаток 6, выполненных на стороне подвижного диска, взаимодействующей с дополнительным неподвижным диском, с обеспечением указанного условия по зазору и параллельности уплотняющий элемент 7 предотвращает подсос среды в зону, занятую лопатками.

Степень передачи движения (ускорения) среде у разных участков поверхности вращающего диска различна - те участки, которые расположены в центральной области диска, близкой к его оси вращения, имеют малые линейные скорости движения и в этом плане неэффективны. Энергетический КПД устройства повышается, если исключить из контакта со средой центральную область вращающегося диска, оставив в контакте со средой периферийные участки диска, близкие к его максимальному диаметру, обеспечивающие высокие линейные скорости движения среды.

Двигатель 4 может быть расположен как со стороны поверхности вращающего диска (фиг.7), обращенной к дополнительному неподвижному диску, так и со стороны поверхности, обращенной к неподвижному диску (фиг.2), тем самым обеспечиваются тянущее или толкающее усилие, при этом уплотняющий элемент 7 установлен в соответствующем неподвижном диске, со стороны которого размещают двигатель 4.

Устройство работает следующим образом.

Двигателем 4 диск 1 приводится во вращение, при этом радиально направленные лопатки 2 и 6 выбрасывают частицы среды (газа, жидкости) из зазоров между вращающимся диском 1, неподвижным диском 3 и дополнительным неподвижным диском 5, создавая постоянное разрежение в зазорах между ними и вращающимся диском и одновременно препятствуя подсосу среды в зазоры. Это последнее обстоятельство обеспечивается только при указанных величинах зазоров, определенных опытным путем.

При вращении диска 1 выброшенная лопатками из зазоров среда на периферийный кольцевой участок поверхности вращающегося диска, обращенной к дополнительному неподвижному диску 5, вовлекается им в движение, что влечет за собой понижение давления среды на периферийный кольцевой элемент вращающегося диска 1.

Поскольку давление среды на неподвижные элементы устройства остается неизменным, возникает дополнительная направленная сила, ориентированная в направлении от неподвижного диска 3, имеющего большую площадь, к дополнительному неподвижному диску 5, имеющему меньшую площадь. Сила направлена по нормали к плоскости неподвижного диска.

Поскольку вращение подвижного диска осуществляется в основном в зазорах с пониженным давлением среды, для обеспечения его вращения с рабочими скоростями тратится значительно меньшая мощность (по сравнению с прототипом) и энергетический КПД устройства повышается.

Достижение указанного технического эффекта подтверждено проверкой устройства на крутильных весах, включающих гибкую нить, на которой в уравновешенном состоянии на горизонтальной штанге подвешена модель заявленного устройства с противовесом. Сила тяги от устройства измерялась в граммах при помощи второй гибкой нити, переброшенной через блок от устройства к грузу.

Для заявленного технического решения, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных средств и методов.

В свою очередь, заявленное изобретение способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, следовательно, оно соответствует критерию «промышленная применимость» действующего Патентного закона.

1. Устройство для перемещения тела в воздушной или водной средах, содержащее параллельно установленные неподвижный и подвижный (связанный кинематически с двигателем) диски, на последнем из которых выполнены радиально направленные лопатки, обращенные свободным ребром в сторону неподвижного диска, установленные с зазором по отношению к этому диску, размер которого существенно меньше высоты лопаток, отличающееся тем, что радиально направленные лопатки выполнены и с противоположной стороны подвижного диска, устройство снабжено дополнительным неподвижным диском с обеспечением указанного условия по зазору и параллельности, при этом диаметральный размер дополнительного неподвижного диска меньше диаметрального размера подвижного диска и равен размаху лопаток, выполненных на стороне подвижного диска, взаимодействующей с дополнительным неподвижным диском.

2. Устройство для перемещения тела по п.1, отличающееся тем, что двигатель установлен со стороны дополнительного неподвижного диска, при этом уплотняющий элемент размещен в дополнительном неподвижном диске.

3. Устройство для перемещения тела по п.1, отличающееся тем, что двигатель установлен со стороны неподвижного диска, при этом уплотняющий элемент размещен в неподвижном диске.

4. Устройство для перемещения тела по п.1, отличающееся тем, что диаметральный размер дополнительного неподвижного диска на 20...30% меньше диаметрального размера подвижного диска.