Лопасть для лопастной машины

Изобретение относится к лопасти (3) для турбомашины, в частности для ротора (2) вертолета. Лопасть имеет основную часть (5), которая выполнена для создания потока в окружающей среде и проходит от втулочной части (4) до зоны (7) концевой кромки лопасти. В зоне концевой кромки лопасти предусмотрен концевой элемент (6) для воздействия на вихреобразование в зоне (7) концевой кромки лопасти. Концевой элемент (6) выполнен как скругленное обтекаемое тело, которое имеет, по меньшей мере, одну канавку (13а, 13b, 13c; 13d, 13e, 13f), которая начинается в переходной зоне (12) к основной части (5) по существу в направлении оси (8) лопасти и изгибается в сторону (11) нисходящего потока лопасти (3). Достигается существенное снижение шума. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к лопасти для лопастной машины, в частности для ротора вертолета, с основной частью, которая выполнена для создания потока в окружающей среде и проходит от втулочной части до зоны концевой кромки лопасти, при этом в зоне концевой кромки лопасти предусмотрен концевой элемент для воздействия на вихреобразование в зоне концевой кромки лопасти.

В качестве лопасти в смысле изобретения понимаются конструктивные элементы, которые выполнены в принципе для воздействия на поток среды. При этом речь идет, в частности, о лопастях роторов, таких как воздушные винты самолетов или несущие винты вертолетов. Предлагаемое изобретение относится также к лопаточным машинам, которые приводятся в движение потоком, как, например, лопасти ветроэнергетических установок или турбин в широком понимании.

Наряду с этими вращающимися конструктивными элементами изобретение относится также к крыльям самолетов.

Известно, что в зоне концевой кромки такой лопасти при обтекании в соответствующей среде образуются завихрения (вихри), которые влияют не только на КПД устройства, но также могут привести к проблемам, связанным с шумами. В частности, особенно существенной представляется проблема шума при работе вертолетов.

Для снижения шумового воздействия уже были предложены различные меры в зоне концевой кромки лопасти.

В US 5785282 предлагается использование специальной стреловидной формы концевой кромки лопасти с дополнительными обтекаемыми направляющими поверхностями. Аналогичное решение описано в ЕР 0493303 В. В US 6260809 В показана другая специальная форма концевой кромки лопасти для воздействия на вихреобразование. Кроме того, следует указать также на WO 2004/067956 А, где излагается ряд мер для повышения КПД ветроэнергетических установок.

Общим для вышеназванных решений является то, что они представляются относительно трудоемкими и, тем не менее, обеспечивают лишь незначительное воздействие в области снижения шумового излучения. Другие известные решения с аналогичными недостатками описаны в GB 557581 А или в US 5114099 А.

Задача предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы усовершенствовать лопасть вышеназванного типа таким образом, что при минимально возможной простой конструкции достигается существенное снижение вихреобразования и, следовательно, шумовое излучение. Причем это не должно отрицательно сказываться на КПД собственно лопастной машины, а в меру возможности даже приведет к его повышению.

Согласно изобретению эта задача решается тем, что концевой элемент выполнен как обтекаемое тело, которое имеет, по меньшей мере, одну канавку, которая начинается в переходной зоне к основной части по существу в направлении оси лопасти и изгибается в сторону нисходящего потока.

В смысле предлагаемого изобретения основной частью (участком) называется часть лопасти, которая благодаря своему особому профилированию осуществляет наибольшую часть воздействия на поток. На основной части на одном конце проходит концевая область, которая задает свободный конец лопасти. На противоположном конце расположена втулочная часть (участок), которая в случае роторов находится в зоне оси вращения. В случае крыла самолета как втулочная часть рассматривается часть, которая образует переход к фюзеляжу самолета.

Концевой элемент выполнен, согласно изобретению, как скругленное обтекаемое тело, то есть это означает, что в продольном сечении лопасти имеется плавный переход от верхней стороны лопасти, при этом концевой элемент постоянно изгибается к контурной линии и от контурной линии переходит с постоянным изгибом в нижнюю сторону основной части. Также в плоскости самой лопасти присутствует постоянный изгиб от передней стороны лопасти к задней стороне лопасти.

Существенным для изобретения является то, что в концевом элементе предусмотрена, по меньшей мере, одна канавка, которая начинается по существу в осевом направлении лопасти и в дальнейшей протяженности в направлении контурной линии изгибается к стороне нисходящего потока. Посредством этой канавки осуществляется воздействие на поток в зоне концевой кромки лопасти, которое выгодно сказывается на КПД и шумовом излучении.

Особенно выгодным является, если канавка заканчивается на контурной линии концевого элемента по существу в направлении потока. Таким образом достигается особенно высокий КПД. В качестве контурной линии принимается линия, которая определяет максимальную протяженность концевого элемента в плоскости лопасти в этой зоне.

Особенно предпочтительным является, если канавка соединяется на контурной линии концевого элемента с соответствующей канавкой противолежащей стороны профиля. Таким образом образуется непрерывная канавка, которая на виде сверху выполнена по существу V-образной формы и непрерывно проходит от переходной зоны к основной части на верхней стороне лопасти до переходной зоны к основной части на нижней стороне лопасти. Эта мера представляется особенно эффективной.

Также особенно выгодно в отношении воздействия, если канавка в направлении потока выполнена выпуклой. Это означает, что изгиб направлен к стороне нисходящего потока.

Далее особое преимущество отмечается, если канавка - начиная с переходной зоны - увеличивается в глубину и в ширину. Таким образом может быть достигнуто особенно большое снижение шумовой нагрузки.

Особенно выгодный вариант осуществления предлагаемого изобретения предусматривает, что предусмотрены следующие одна за другой, по меньшей мере, три канавки.

Ниже заявленное изобретение поясняется более детально на основании представленных на чертеже примеров осуществления. При этом показаны:

фиг.1 - схематично вид сверху ротора непоказанного вертолета,

фиг.2 - деталь II ротора с фиг.1,

фиг.3 - разрез по линии III-III с фиг.2,

фиг.4 - вид в направлении стрелки IV на фиг.2, и

фиг.5 - альтернативный вариант осуществления изобретения.

Ротор 2 на фиг.1 содержит четыре лопасти 3. Каждая из лопастей 3 включает втулочную часть 4, основную часть 5 и концевой элемент 6 в зоне 7 концевой кромки лопасти. Основная часть 5 выполнена продольной и проходит по существу вдоль оси 8 лопасти.

Направление вращения ротора обозначено стрелкой 9, так что лопасть 3 имеет сторону 10 набегающего потока и сторону 11 нисходящего потока.

На фиг.2 изображена зона 7 концевой кромки лопасти в увеличенном масштабе. Между основной частью 5 и концевым элементом 6 имеется переходная зона 12, которая обозначена соответствующей контурной линией.

На видимой на фиг.2 верхней стороне 17 лопасти 3 концевой элемент 6 содержит канавки 13а, 13b, 13с, которые начинаются в переходной зоне 12 по существу параллельно оси 8 лопасти и проходят с постоянным изгибом относительно контурной линии 14. Канавки 13а, 13b, 13с выполнены, таким образом, выпуклыми относительно стороны 10 набегающего потока. Направление потока окружающей среды обозначено на фиг.2 стрелками 15.

На фиг.3 видно, что ширина концевого элемента 6 составляет примерно 80% толщины, при этом толщина представляет собой наибольшую протяженность лопасти 3 в переходной зоне 13 в поперечном направлении к плоскости 16 лопасти 3 несущего винта.

Фиг.4 для облечения понимания размеров толщины изображена с увеличением. При этом очевидно, что концевой элемент 6 выполнен симметрично относительно плоскости 16 лопасти 3 несущего винта. Канавки 13а, 13b, 13с на верхней стороне 17 переходят в зоне контурной линии 14 в аналогичные канавки 13d, 13e и 13f на нижней стороне 18 концевого элемента 6. Позицией 19 примерно обозначена средняя линия канавки 13а, которая выполнена выпуклой относительно стороны 10 набегающего потока и по существу по касательной (тангенсально) переходит в контурную линию 14. Далее видно, что ширина b₁ канавки 13а увеличивается к контурной линии 14. Увеличивается также непоказанная здесь глубина канавки 13а.

Вариант осуществления с фиг.5 показывает случай применения, в котором лопасть 3 выполнена в зоне 7 концевой кромки не симметрично, а имеет некоторый профиль лопасти.

Эти переходные зоны между сопрягающимися одна с другой канавками 13а, 13d; 13b, 13e; 13с, 13f оптимизированы и закруглены в аэродинамическом отношении.

Предлагаемое изобретение позволяет существенно снизить показатели шума лопастных машин.

1. Лопасть для лопастной машины, в частности для ротора (2) вертолета, с основной частью (5), которая выполнена для создания потока в окружающей среде и проходит от втулочной части (4) до зоны (7) концевой кромки лопасти, при этом в зоне концевой кромки лопасти предусмотрен концевой элемент (6) для воздействия на вихреобразование в зоне (7) концевой кромки лопасти, отличающаяся тем, что концевой элемент (6) выполнен как скругленное обтекаемое тело, которое имеет, по меньшей мере, одну канавку (13а, 13b, 13с; 13d, 13e, 13f), которая начинается в переходной зоне (12) к основной части (5) по существу в направлении оси (8) лопасти и изгибается к стороне (11) нисходящего потока лопасти (3).

2. Лопасть по п.1, отличающаяся тем, что канавка (13а, 13b, 13с; 13d, 13e, 13f) заканчивается на контурной линии (14) концевого элемента (6) по существу в направлении (15) потока.

3. Лопасть по п.1 или 2, отличающаяся тем, что канавка (13а, 13b, 13с) соединяется на контурной линии (14) концевого элемента (6) с соответствующей канавкой (13d, 13e, 13f) противолежащей стороны профиля.

4. Лопасть по п.1 или 2, отличающаяся тем, что канавка (13а, 13b, 13с; 13d, 13e, 13f) выполнена в направлении (15) потока выпуклой.

5. Лопасть по п.1 или 2, отличающаяся тем, что канавка (13а, 13b, 13с; 13d, 13e, 13f) увеличивается в глубину, начиная от переходной зоны (12).

6. Лопасть по п.1 или 2, отличающаяся тем, что канавка (13a, 13b, 13с; 13d, 13e, 13f) увеличивается в ширину, начиная от переходной зоны (12).

7. Лопасть по п.1 или 2, отличающаяся тем, что предусмотрены следующие одна за другой, по меньшей мере, три канавки (13а, 13b, 13с; 13d, 13e, 13f).

8. Лопасть по п.1 или 2, отличающаяся тем, что концевой элемент (6) выполнен асимметрично относительно плоскости (16) лопасти (3) несущего винта.