Лопасть воздушного винта, парабола в аэродинамике

Изобретение относится к области авиации. Лопасть характеризуется тем, что передняя и задняя кромки плоскости образованы пересечением двух парабол или трех парабол, касающихся окружности под острым углом на передней и задней кромках, сопряженных на задней и передней кромке с полуокружностями. Предусмотрена стабилизирующая плоскость, которая представляет собой сегмент с начальной величиной на конце пера, плавно уменьшающийся до нуля на 1/3 длины от начала лопасти. Передняя и задняя острые кромки закруглены. Технический результат - увеличение подъемной силы. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники.

Изобретение относится к области авиации.

Известна лопасть воздушного винта (Патент 2228882 от 20 мая 2004 г.), профиль нижней и верхней лопасти которой образуются пересечением двух парабол: У11x1/2; У2=2Ro2Х1/2.

Эти плоскости пересекаются под острым углом на нижней кромке и сопрягаются на задней кромке полуокружностью радиусом Ro. Передняя кромка лопасти воздушного винта образуется по параболе У33Х1/2, задняя кромка имеет стабилизирующую плоскость. Недостатком является низкий КПД при ограниченной длине лопасти.

Раскрытие изобретения

Для повышения эффективности лопасти воздушного винта (1) передняя и задняя кромки образуются по формуле двух и более парабол: У1= K1X1/2; У2=2Ro+K2X1/2; У3=-K3X2 (приведенная парабола) (фиг.1) или У1= K1X1/2; У2=2Ro+K2X1/2; (фиг.2), касающиеся в обоих случаях окружности радиусом R≥2Ro, центр которой находится на расстоянии l≥2/3L, где, L - проекция длины лопасти на координату X, Ro - радиус окружности в начале координат. Профиль нижней и верхней лопасти образуются пересечением двух парабол (1): У4=K4X1/2; У5=2Ro+K5X1/2; при этом эти плоскости пересекаются под острым углом на задней (фиг.1) или передней (фиг.2) кромке. В первом случае - предусматривается "режущая" (фиг.1) передняя плоскость на передней кромке, во втором случае - задняя кромка имеет стабилизирующую плоскость, которые, в свою очередь, являются касательными к передней (фиг.1), задней (фиг.2) плоскости и представляют собой сегмент плоскости с начальной величиной l≥Ro в конце пера, и уменьшающиеся плавно до нуля на 1/3 длины лопасти винта.

Передняя острая кромка (фиг.2) закруглена на расстоянии Ri от точки пересечения парабол дугой радиусом Ri для улучшения обтекаемости на дозвуковой скорости; задняя кромка (фиг.1) закруглена таким же образом для повышения прочности.

Текущая координата длины лопасти Li определяется расчетным путем. Текущий радиус Ri определяется по формуле: Ri=Li/Kb;

Коэффициенты выбираются из следующих величин:

К3≥1; К4≥1; K5≥(0,6÷0,8)K4; К6÷7/К4.

Коэффициенты K1 и K2 рассчитываются по формулам:

K11/2; где К2=(У-2Ro)/Х1/2,

где Х; У; Х; У - координаты точек касания парабол У1 и У2 с окружностью радиусом R.

Для нахождения точек касания парабол с окружностью задают исходные параметры для построения лопасти:

- угол атаки α≥7°;

- радиусы Ro и R;

- проекцию лопасти на координату Х-L.

Зная, что центр окружности находится на расстоянии l≥2/3L, восстанавливают из этой точки перпендикуляр. Точка пересечения перпендикуляра с пролонгированной линией угла атаки α≥7° будет нижней точкой касания параболы У1 с окружностью - точка A(X1A; У1A). Проводим окружность радиусом R через точку А с центром, лежащим на восстановленном перпендикуляре. Получаем вторую точку пересечения перпендикуляра с окружностью - точку В(Х; У). Эта точка будет точкой касания параболы У2 с окружностью. Далее производится расчет коэффициентов K1, К2 по вышеприведенным формулам.

Для уменьшения свободных колебаний лопастей воздушного винта (лопаток турбины, компрессора, вентилятора и т.д.) ограниченной радиальной длины до 1,5 м необходимо концы пера механически соединить по всей окружности направляющим кольцом; образовывать предельный профиль лопасти по параболе: У11Х1/2 /фиг.2а/. Лопасть воздушного винта имеет загиб пера вниз на угол β≥60°, что позволяет использовать центробежный поток воздуха для увеличения подъемной силы (фиг.1, 2).

Толщина лопасти параболы выбирается из необходимой механической прочности.

Коэффициенты выбираются из следующих величин:

К1≥0,5; К2≥1; К3≥0,7.

Для уменьшения свободных колебаний лопасти механически могут соединяться по окружности.

На фиг.1, 2 изображены лопасти воздушного винта, причем на фиг.1 - передняя кромка закруглена радиусом Ro и имеет острую заднюю кромку; передняя кромка снабжена "режущей" плоскостью 1. На фиг.2 имеется острая передняя кромка, а задняя закруглена радиусом Ro и имеет стабилизирующую плоскость 1. Обе лопасти имеют загиб конца пера на угол β≥60° для направления центробежного потока, повышающего подъемную силу (силу тяги), на фиг.2а - продольный профиль лопасти.

Работа воздушного винта

Скорость набегающего потока линейно возрастает от комеля к периферии и достигает максимальной величины на конце пера. Так как профиль сопротивления воздушного винта по преодолению сопротивления при создании подъемной силы (силы тяги) искусственно возрастает с увеличением текущего радиуса R>2R0, то возрастает подъемная сила, одновременно возрастает продольное усилие по передаче подъемной силы (силы тяги) на увеличенное плечо. Поэтому предусматриваются следующие способы уменьшения свободных колебаний:

1) параболообразный поперечный и продольный профиль лопасти;

2) применение материалов с повышенным внутренним затуханием и др.

Скорость набегающего потока на передней плоскости создает разрежение, а на задней плоскости - давление, после ухода лопасти воздушного винта эти два потока встречаются на стабилизирующей плоскости (фиг.2) или на остром пересечении плоскостей парабол (фиг.1) и создается подъемная сила.

При этом для уменьшения лобового сопротивления лопасти воздушного винта предусматривается "режущая" плоскость (фиг.1), которая на конце пера имеет размер l≥Ro и плавно уменьшающаяся до нуля примерно на 1/3 длины лопасти. Загиб конца пера на угол β≥60° дополнительно направляет центробежный воздушный поток (фиг.1, 2), увеличивая подъемную силу. Заостренная передняя кромка (фиг.2) и режущая плоскость (фиг.1) снижают лобовое сопротивление воздушного винта. В результате перечисленных конструктивных отличий резко повышается КПД воздушного винта при ограниченной длине.

Проведенные сравнительные испытания на изготовленных макетах при R=2R0 показали следующие преимущества по сравнению с (1) - подъемная сила (сила тяги) увеличивается примерно на 30%.

1. Лопасть воздушного винта, отличающаяся тем, что передняя и задняя кромки плоскости образованы пересечением двух парабол У1=K1X1/2, У2=2R0+K2X1/2 или

трех парабол У1=K1X1/2, У2=2R0+K2X1/2, У33Х2,

касающихся окружности радиусом R≥R0, центр которой находится на расстоянии l≥2/3L,

где L - проекция длины лопасти на координату X;

R0 - радиус окружности в начале координат;

профиль сформирован пересечением двух парабол

У44Х1/2, У5=2R0+K5X1/2,

под острым углом на передней и задней кромках, сопряженных на задней и передней кромках с полуокружностями радиусом R0, при этом предусмотрена стабилизирующая плоскость, которая представляет собой сегмент плоскости с начальной величиной на конце пера l≥R0 и плавно уменьшающаяся до нуля на 1/3 длины от начала лопасти винта, передняя острая кромка закруглена на расстоянии Ri от точки пересечения парабол дугой радиусом Ri для улучшения обтекаемости на дозвуковой скорости, задняя острая кромка закруглена таким же образом для повышения прочности, текущая длина лопасти Li определена расчетным путем, текущий радиус лопасти определен по формуле

Ri=Li/K6,

где коэффициенты выбраны из следующих величин:

К3≥1, К4≥1, К54(0,6÷0,8), К6≥7/К4,

коэффициенты K1 и К2 рассчитаны по формулам

K1/X1A1/2, К2=(У-2R0)/Х1/2,

где Х, У, Х, У - координаты точек касания парабол У1 и У2 с окружностью радиусом R, угол атаки α≥7° и R0, R, L заданы изначально.

2. Лопасть воздушного винта по п.1, отличающаяся тем, что для уменьшения свободных колебаний конец лопасти длиной до 1,5 м механически замкнут кольцом по всей окружности, а продольный профиль лопасти длиной более 1,5 м образован параболой У1=K1X1/2, где K1≥0,7.

3. Лопасть воздушного винта по п.2, отличающаяся тем, что имеет загиб вниз на угол не менее 60° для увеличения подъемной силы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к оборудованию летательных аппаратов для транспортировки грузов, а также к оборудованию пассажирских кабин самолетов, и может быть использовано для транспортировки грузов в транспортных средствах для размещения личных вещей пассажиров внутри самолета, а также для отделения классов в пассажирской кабине.

Изобретение относится к авиационной технике. .

Изобретение относится к области авиации, а именно к гондолам силовых установок летательных аппаратов. .

Изобретение относится к холодильной технике, в частности для топливных баков, используемых в авиационной технике. .

Изобретение относится к самолетостроению, преимущественно к конструкциям легких летательных аппаратов, в частности к мотодельталетам. .

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к обтекателям наружного трубопровода топливного бака несущей конструкции летательного аппарата (ЛА). .

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к конструкции обтекателя бортовой кабельной сети, предназначенной для электрической связи приборов управления с исполнительными органами.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к противофлатерным устройствам, устанавливаемым на гондолах двигателей современных летательных аппаратов.

Изобретение относится к области авиации. .

Изобретение относится к области авиации, в частности к профилю лопасти несущего винта летательного аппарата, включающего в себя между передней кромкой (1А) и задней кромкой (1В) верхнюю поверхность (2) и внутреннюю поверхность (3), у которых геометрическое место равноудаленных от них точек определяет выпуклость.

Изобретение относится к авиации. .

Изобретение относится к аэродинамической компоновке лопастей винтов винтокрылых летательных аппаратов и предназначено для уменьшения шарнирных моментов лопастей и нагрузок в системе управления винтов при одновременном улучшении аэродинамических характеристик винтов на основных режимах полета.

Изобретение относится к авиации, в частности к конструкции лопастей несущего и рулевого винтов винтокрылых летательных аппаратов. .

Изобретение относится к авиации, в частности к конструкции несущих элементов (лопастей несущего и рулевого винтов) винтокрылых летательных аппаратов. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к силовым установкам летательных аппаратов с двумя коаксиально расположенными пропеллерами, приводимыми во вращение поршневыми двигателями внутреннего сгорания.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к воздушным винтам летательных аппаратов, и касается дальнейшего совершенствования аэродинамики лопастей Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик воздушных винтов летательных аппаратов путем задержки образования ударных волн и отрыва пограничного слоя при увеличении относительных чисел Маха.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к воздушным винтам, и касается конкретно аэродинамических профилей лопастей и обте.кателей винтов. .

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к устройству бесшарнирных несущих и рулевых винтов вертолетов. .

Изобретение относится к области авиации

Наверх