Лопасть винта, винт, летательный аппарат и способ



Лопасть винта, винт, летательный аппарат и способ
Лопасть винта, винт, летательный аппарат и способ
Лопасть винта, винт, летательный аппарат и способ
Лопасть винта, винт, летательный аппарат и способ
Лопасть винта, винт, летательный аппарат и способ
Лопасть винта, винт, летательный аппарат и способ
Лопасть винта, винт, летательный аппарат и способ

 


Владельцы патента RU 2524757:

ЭЙРБАС ХЕЛИКОПТЕРС (FR)

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям воздушных винтов. Лопасть (20) винта (5) содержит верхнюю поверхность (21) и нижнюю поверхность (22), проходящие поперечно от передней кромки (23) к задней кромке (24) и по размаху от корневого сечения (31) до сечения (41) свободного конца. Лопасть (20) содержит от корневого сечения (31) к упомянутому сечению (41) свободного конца корневую зону (30), затем выгнутую зону (35). Упомянутая выгнутая зона (35) содержит выгнутые нижнюю поверхность (22”) и верхнюю поверхность (21”) от передней кромки (23) к задней кромке (24) и удаляется, начиная от корневой зоны от главной плоскости (P1) в направлении (Z), параллельном оси вращения упомянутой лопасти, и в направлении, противоположном направлению движения текучей среды через лопасть до точки максимальной кривизны, затем приближается к упомянутой главной плоскости (Р1). Достигается снижение шума при работе винта. 5 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Настоящее изобретение касается лопасти винта, бесшумного винта, летательного аппарата, оборудованного таким винтом, и, в частности, хвостового винта вертолета. Кроме того, изобретение касается способа получения такой лопасти винта.

Изобретение относится к ограниченной технической области винтов летательных аппаратов.

Например, как правило, вертолет содержит один несущий винт, механически приводимый в движение по меньшей мере одним двигателем, при этом несущий винт обеспечивает подъемную силу и пропульсивную силу.

Этот типа вертолета оборудован хвостовым винтом, который обеспечивает функцию противодействия крутящему моменту, чтобы компенсировать момент, возникающий при вращении несущего винта, создавая поперечную тягу.

Кроме того, хвостовой винт позволяет пилоту контролировать движения вертолета при поворотах и виражах, создавая положительную или отрицательную поперечную тягу.

Известен открытый хвостовой винт, для удобства называемый «классическим хвостовым винтом», который выполняет эту функцию. Классически открытый хвостовой винт установлен сбоку на верхнем конце хвостового оперения или на конце хвостовой балки вертолета.

Этот открытый хвостовой винт является наиболее распространенным. Тем не менее можно устанавливать и хвостовой винт в обтекателе, известный, например, под товарным знаком fenestron®.

При этом хвостовой винт в обтекателе расположен в канале, выполненном в нижней части вертикального киля хвостового оперения вертолета, причем продольная ось канала по существу перпендикулярна к вертикальной плоскости симметрии вертолета.

Таким образом, профилированная конструкция вертикального киля вертолета окружает упомянутый канал и, следовательно, хвостовой винт, откуда и вытекает название хвостового винта в обтекателе. Следует отметить, что специалисты обычно называют эту профилированную конструкцию «обтекателем».

Профилированная конструкция защищает хвостовой винт в обтекателе от воздействий со стороны элементов, внешних по отношению к летательному аппарату. Кроме того, она обеспечивает защиту персонала на земле, так как позволяет избегать травм, которые персонал может получить от хвостового винта в обтекателе.

Профилированная конструкция, окружающая канал, в котором расположен хвостовой винт в обтекателе, препятствует распространению шума в переднем направлении, в нижнем направлении и в заднем направлении винтокрылого летательного аппарата, тогда как открытый хвостовой винт распространяет шум во всех направлениях.

Классически винт в обтекателе содержит обтекатель, образующий канал. В этом канале вращается винт, оборудованный втулкой, на которой установлено множество лопастей.

Втулка приводится во вращение редуктором, закрепленным на обтекателе при помощи удерживающих штанг ниже по потоку от винта. Эти удерживающие штанги могут быть профилированными, чтобы представлять собой неподвижные лопатки для выпрямления воздушного потока ниже по потоку от винта.

Поэтому иногда узел, содержащий эти удерживающие штанги, называют «статором-выпрямителем» воздушного потока.

Следует отметить, что термины «выше по потоку» и «ниже по потоку» следует рассматривать относительно направления движения воздуха через канал.

В дальнейшем «винтом в обтекателе» будет называться узел, содержащий, в частности, обтекатель, собственно винт, редуктор и лопатки, находящиеся ниже по потоку от лопастей.

Таким образом, винт в обтекателе включает в себя обтекатель и элементы, находящиеся внутри канала, образованного этим обтекателем.

Винты в обтекателе имеют интересные функциональные характеристики.

Вместе с тем, несмотря на то, что шум, создаваемый винтом в обтекателе, в частности, в переднем направлении, сведен к минимуму, такой винт в обтекателе все же может создавать шум.

Действительно, спутная струя, создаваемая за каждой лопастью винта в обтекателе, может создавать шум, попадая на лопатки статора-выпрямителя.

Из предшествующего уровня техники известен документ FR 2 719 549, в котором раскрыт винт в обтекателе. Этот винт в обтекателе содержит лопасти, распределенные в угловом направлении согласно неравномерной азимутальной модуляции, получаемой в соответствии с синусоидальным законом.

Кроме того, лопатки статора-выпрямителя имеют наклон, чтобы не располагаться радиально и чтобы минимизировать взаимодействие лопасти с каждой лопаткой.

В документе FR 2 719 552 описаны лопатки статора-выпрямителя. Согласно этому документу лапки крепления ножки и/или конца лопатки могут иметь наклон или изгиб относительно плоскости, проходящей по размаху, и хорды каждой лопатки.

В документе FR 823 433 раскрыт летательный аппарат, оборудованный открытым винтом и крыльями типа плоско-вогнутых.

В документе US 7 874 513 описан летательный аппарат вертикального взлета и посадки.

Этот летательный аппарат содержит винты в обтекателях, оборудованные множеством лопастей. Лопасти имеют переднюю кромку и заднюю кромку С-образной формы.

В документе US 2007/201982 раскрыт вентилятор, поэтому он не относится к технической области изобретения.

Кроме того, спутная струя, создаваемая лопастью винта, может быть потенциальным источником шума как в случае винта в обтекателе, так и в случае открытого винта.

Например, заявитель неожиданно установил, что спутная струя от лопасти несущего винта, создающего подъемную силу винтокрылого летательного аппарата, может влиять на другую лопасть этого несущего винта, в частности, во время поступательного движения винтокрылого летательного аппарата вперед или во время снижения.

Независимо от конструкции винта спутная струя, создаваемая лопастью, может, по меньшей мере, в некоторых ситуациях стать источником нежелательного акустического воздействия.

В качестве известных источников можно также указать документы FR 1 134 736, EP 2 336 022, US 1 949 611 и GB 00049 A A.D 1915 (FREEMAN NAT HARRIS).

В документе FR 1 134 736 описана лопасть с волнообразной боковой кромкой.

Таким образом, настоящее изобретение призвано предложить лопасть винта, предназначенную, по меньшей мере, минимизировать шум, издаваемый таким винтом, причем этот шум возникает по причине спутной струи, создаваемой этой лопастью.

Согласно изобретению, лопасть винта содержит верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, проходящие поперечно от передней кромки к задней кромке и по размаху от корневого сечения до сечения свободного конца.

«Длиной размаха» называют самое короткое расстояние, соединяющее корневое сечение с сечением свободного конца.

Кроме того, следует напомнить, что классически размахом называют максимальную радиальную длину лопасти винта, измеренную от оси вращения лопасти до сечения свободного конца этой лопасти.

Кроме того, следует также напомнить, что сечение лопасти является поперечным разрезом лопасти относительно размаха. Этот разрез ограничен кривой, называемой «аэродинамическим профилем» или просто «профилем».

Лопасть отличается, в частности, тем, что содержит по размаху от корневого сечения к сечению свободного конца корневую зону, затем одну выгнутую зону, проходящую поперечно от передней кромки к задней кромке, при этом корневая зона находится в главной плоскости вращения, при этом выгнутая зона содержит выгнутые нижнюю поверхность и верхнюю поверхность от передней кромки к задней кромке и удаляется, начиная от корневой зоны, от упомянутой главной плоскости в направлении, параллельном оси вращения упомянутой лопасти, и в направлении, противоположном направлению движения текучей среды через лопасть, до точки максимальной кривизны, затем приближается к упомянутой главной плоскости.

Под «выгнутой зоной» следует понимать зону, деформированную таким образом, чтобы достичь экстремума, представляемого точкой максимальной кривизны. Для обозначения выгнутой зоны можно также применять выражение «удаленная зона», поскольку эта зона удалена от главной плоскости в отличие от корневой зоны.

При этом в такой выгнутой зоне вся лопасть полностью является выгнутой. Таким образом, выгнутая зона существенно отличается от лопасти, имеющей только одну волнообразную боковую кромку, например, описанной в документе FR 1 134 736, и позволяет решить поставленную техническую задачу.

Действительно, во время своего вращательного движения лопасти создают турбулентную спутную струю.

В случае винта в обтекателе заявитель установил, что аэродинамическое взаимодействие между этой турбулентной спутной воздушной струей, исходящей от лопастей, и удерживающими штангами статора-выпрямителя на обтекателе является потенциальным источником шума.

При этом, деформируя лопасть, в частности делая выгнутой верхнюю поверхность и нижнюю поверхность ее выгнутой зоны, можно получить изогнутую форму, при этом выгнутая зона имеет стрелу прогиба в направлении, параллельном оси вращения винта. Кроме того, эта стрела прогиба направлена в направлении от нижней поверхности к верхней поверхности, то есть со стороны, противоположной статору-выпрямителю.

Таким образом, выгнутую зону лопасти удаляют от статора-выпрямителя и, в частности, от удерживающих штанг, при этом нижняя поверхность выгнутой зоны лопасти имеет вогнутость напротив статора-выпрямителя.

Удаление выгнутой зоны от статора-выпрямителя по сравнению с классической лопастью позволяет свести к минимуму взаимодействие между турбулентной спутной струей, создаваемой лопастью, и статором-выпрямителем.

Кроме того, в дополнение к увеличению расстояния, проходимого турбулентной спутной струей между выгнутой зоной и удерживающими штангами, можно отметить, что выгнутая форма этой выгнутой зоны увеличивает рассеяние турбулентной спутной струи.

Понятно, что при вращении эта лопасть создает турбулентную спутную струю, исчезающую быстрее по сравнению с классической лопастью, причем эта турбулентная спутная струя проходит к тому же увеличенное до максимума расстояние по сравнению с классической лопастью, прежде, чем достигнет статора-выпрямителя.

Таким образом, эта лопасть позволяет избежать контакта между статором-выпрямителем и турбулентной спутной струей, создаваемой вращающейся лопастью, или позволяет минимизировать турбулентную спутную струю, которая может доходить до такого статора-выпрямителя.

Точно так же на открытом винте, таком как винт, создающий подъемную силу винтокрылого летательного аппарата, быстрое рассеяние спутной струи, создаваемой лопастью, в соответствии с изобретением минимизирует взаимодействие этой спутной струи с другой лопастью винта во время движения вперед при снижении. Спутная струя от одной лопасти может даже не доходить до другой лопасти.

Следует отметить, что, изгибая только выгнутую зону лопасти по сравнению с известной лопастью, можно получить акустически эффективную лопасть винта как для винта в обтекателе, так и для открытого винта.

Кроме того, не затрагивая корневую зону, избегают изменений условий крепления этой лопасти на существующей втулке.

Точно так же, можно сохранить условия границы раздела с обтекателем в случае винта в обтекателе, не меняя положения концевого сечения по сравнению с классической лопастью. Не касаясь сечения свободного конца лопасти, сохраняют известный эффект вращения лопасти на обтекателе винта в обтекателе, иногда называемый «эффектом аэродинамического всасывания».

Следовательно, можно получить лопасть в соответствии с изобретением из классической лопасти посредством удаления ее выгнутой зоны в направлении, параллельном оси вращения упомянутой лопасти, для улучшения акустических характеристик винта, не меняя условий границы раздела измененной лопасти с втулкой винта и даже с обтекателем винта в обтекателе.

Кроме того, для оптимизации своей эффективности эта лопасть может также иметь один или несколько следующих дополнительных отличительных признаков.

Например, согласно варианту, выгнутая зона может приближаться, но не доходить до главной плоскости.

Таким образом, можно довести до максимума число сечений лопасти, удаленных от главной плоскости, в частности, чтобы минимизировать шум взаимодействия между лопастью и лопаткой или между одной лопастью и другой лопастью.

Согласно предпочтительному варианту, поскольку выгнутая зона удаляется, начиная от корневой зоны, затем приближается к упомянутой главной плоскости Р1, то, начиная от главной плоскости, лопасть содержит концевую зону, следующую за выгнутой зоной, при этом концевая зона содержит упомянутое сечение свободного конца.

Корневая зона и концевая зона могут быть расположены в главной плоскости, чтобы оптимизировать характеристики винта, в частности, в случае винта в обтекателе.

В этом случае корневая зона и концевая зона являются плоскими.

Следует отметить, что концевая зона может содержать только сечение свободного конца или проходить по размаху от выгнутой зоны к сечению свободного конца.

Концевая зона может также образовать угол с главной плоскостью Р1.

Согласно другому отличительному признаку, корневая зона проходит радиально по размаху от упомянутого корневого сечения к первому промежуточному сечению, общему для корневой зоны и для выгнутой зоны. В случае необходимости первое промежуточное сечение может быть расположено радиально между корневым сечением и средним сечением лопасти, находящимся на равном расстоянии от корневого сечения и от сечения свободного конца.

Точно так же, в случае необходимости, концевая зона проходит радиально по размаху от второго промежуточного сечения, общего для концевой зоны и для выгнутой зоны, к упомянутому сечению свободного конца. В случае необходимости второе промежуточное сечение может быть расположено радиально между сечением свободного конца и средним сечением лопасти, находящимся на равном расстоянии от корневого сечения и от сечения свободного конца.

Понятно, что можно определить положение первого и второго промежуточных сечений таким образом, чтобы довести до максимума выгнутую зону по размаху, сохраняя при этом достаточную корневую зону, чтобы не ухудшать крепления на втулке, и, в случае необходимости, достаточную зону свободного конца, чтобы не снижать эффект всасывания.

Согласно другому отличительному признаку, поскольку лопасть содержит концевую зону и множество сечений, распределенных по размаху вдоль линии набора лопасти, корневой участок линии набора, находящийся в корневой зоне, и концевой участок линии набора, находящийся в концевой зоне, могут быть расположены в упомянутой главной плоскости. В этом случае промежуточный участок линии набора, находящийся в выгнутой зоне, выполняют выгнутым, чтобы удалить его от упомянутой главной плоскости в направлении, параллельном оси вращения упомянутой лопасти.

Необходимо отметить, что можно определить конструктивную геометрическую линию набора, вдоль которой набирают все сечения лопасти.

Таким образом, конструктор произвольно определяет характеристическую точку каждого сечения лопасти, при этом характеристическая точка сечения находится в одинаковом положении относительно пересечения этого сечения с линией набора. В этом случае каждое сечение может быть ориентировано относительно линии крутки в соответствии с законом крутки.

Например, конструктор может решить, чтобы передняя кромка каждого сечения находилась на заданном расстоянии от линии набора, например на заданном расстоянии, равном одной трети хорды сечения. В этом случае конечную форму лопасти получают, применяя закон крутки, предназначенный для углового ориентирования каждого сечения относительно линии крутки.

При этом промежуточный участок линии набора является выгнутым, чтобы удалить выгнутую зону от главной плоскости и, в случае необходимости, от статора-выпрямителя.

Например, проекция этого промежуточного участка на ортогональную плоскость может иметь форму кубической сплайн-функции, причем эта ортогональная плоскость является перпендикулярной к главной плоскости и проходит через ось изменения шага лопасти.

Кроме того, проекция корневого участка и концевого участка на упомянутую ортогональную плоскость могут совпадать с проекцией оси изменения шага лопасти на эту ортогональную плоскость.

Кроме того, промежуточный участок линии набора может удаляться от корневого участка, чтобы достичь точки максимальной кривизны, затем приближаться к главной плоскости. Точка максимальной кривизны может располагаться во вторичной плоскости, находящейся выше по потоку от упомянутой главной плоскости, и параллельной главной плоскости.

В случае необходимости проекция точки максимальной кривизны на ортогональную плоскость может находиться на радиальном расстоянии от корневого сечения, заключенном между четвертью длины размаха лопасти, отделяющей корневое сечение от концевого сечения, и тремя четвертями упомянутой длины размаха.

Согласно другому отличительному признаку, поскольку точка максимальной кривизны находится на вертикальном расстоянии от главной плоскости, это вертикальное расстояние заключено между третью расчетной хорды и трехкратной величиной этой расчетной хорды.

Поскольку точка максимальной кривизны находится в максимальном сечении лопасти, расчетная хорда может быть хордой этого максимального сечения.

Кроме лопасти, объектом изобретения является также винт, оборудованный такой лопастью.

Согласно изобретению, винт оборудован вращающейся втулкой, на которой установлено множество лопастей.

Каждая лопасть в соответствии с изобретением является описанной выше лопастью. Так, каждая лопасть содержит верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, проходящие поперечно от передней кромки к задней кромке и по размаху от корневого сечения до сечения свободного конца, при этом лопасть содержит от корневого сечения к сечению свободного конца корневую зону, затем одну выгнутую зону, при этом корневая зона находится в главной плоскости вращения, выгнутая зона содержит выгнутые нижнюю поверхность и верхнюю поверхность от передней кромки к задней кромке и удаляется, начиная от корневой зоны, от упомянутой главной плоскости в направлении, параллельном оси вращения упомянутой лопасти, и в направлении, противоположном направлению движения текучей среды через лопасть, до точки максимальной кривизны, затем приближается к упомянутой главной плоскости.

В случае необходимости винт содержит обтекатель, образующий канал, внутри которого двигаются лопасти, при этом винт содержит статор-выпрямитель, находящийся ниже по потоку от упомянутых лопастей, при этом выгнутая зона удаляется от главной плоскости для удаления точки максимальной кривизны от статора-выпрямителя.

Объектом изобретения является также летательный аппарат, который содержит такой винт.

Кроме того, объектом изобретения является способ минимизации шума, создаваемого винтом, при этом винт содержит вращающуюся втулку, на которой установлено множество лопастей.

Поскольку каждая лопасть содержит верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, проходящие поперечно от передней кромки к задней кромке и по размаху от корневого сечения до сечения свободного конца, при этом лопасть содержит от корневого сечения к сечению свободного конца корневую зону, затем одну выгнутую зону, при этом корневая зона находится в главной плоскости вращения, согласно способу изгибают нижнюю поверхность и верхнюю поверхность выгнутой зоны в направлении, параллельном оси вращения упомянутой лопасти, и в направлении, противоположном направлению движения текучей среды через винт, для удаления этой выгнутой зоны от главной плоскости и даже, в случае необходимости, от статора-выпрямителя, чтобы минимизировать шум, исходящий от винта.

Поскольку каждая зона имеет множество сечений, распределенных по размаху вдоль линии набора, при этом корневой участок линии набора, находящийся в корневой зоне, расположен в главной плоскости, при этом промежуточный участок линии набора, находящийся в выгнутой зоне, является выгнутым, то упомянутый промежуточный участок реализуют при помощи кубической сплайн-функции, получаемой с использованием по меньшей мере трех проходных точек, при этом первая проходная точка является общей для корневого участка и для промежуточного участка.

Следует избегать тангенциальных прерывистостей промежуточного участка, поскольку такие прерывистости могут быть источником завихрений.

Так, если используют четное число проходных точек, можно расположить эти точки симметрично вокруг максимальной плоскости, проходящей через точку максимальной кривизны.

Если используют нечетное число проходных точек, можно расположить одну проходную точку на достигаемой точке максимальной кривизны, затем симметрично расположить другие проходные точки вокруг максимальной плоскости, проходящей через точку максимальной кривизны.

Можно, в частности, расположить проходные точки вблизи от первой проходной точки и от второй крайней проходной точки, чтобы максимально сгладить кривизну промежуточного участка линии набора на его сопряжении с корневым участком.

Изобретение и его преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания примеров выполнения, приведенных с целью иллюстрации, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - схематичный вид летательного аппарата.

Фиг. 2 - трехмерный вид лопасти.

Фиг. 3 - проекция линии набора в ортогональной плоскости.

Фиг. 4-7 - виды, представляющие варианты изобретения.

Элементы на разных чертежах обозначены одинаковыми позициями.

На фиг. 1 показан летательный аппарат 1, оборудованный винтом 5 в обтекателе. Винт 5 в обтекателе может быть, в частности, винтом fenestron®. Необходимо отметить, что винт 5 может быть и открытым винтом, таким как несущий винт для создания подъемной силы летательного аппарата 1.

Чтобы не усложнять фиг. 1, на ней не показаны элементы летательного аппарата, не принадлежащие к винту.

Капотированный винт 5 содержит обтекатель 6, образующий канал. Таким образом, вращающийся узел 15, оборудованный втулкой 16, на которой установлено множество лопастей 20, находится в канале 7.

Кроме того, капотированный винт 5 содержит статор-выпрямитель 10, расположенный в канале ниже по потоку от вращающегося узла 15 в направлении движения F воздушного потока через капотированный винт 5.

Такой статор-выпрямитель может содержать, с одной стороны, редуктор 11, приводящий во вращение вращающийся узел 15 вокруг оси вращения AXROT, и, с другой стороны, удерживающие штанги 12 для крепления редуктора 11 к обтекателю. Как правило, эти удерживающие штанги 12 выполнены профилированными для выпрямления воздушного потока, проходящего через капотированный винт, ниже по потоку от вращающегося узла 15, и в дальнейшем эти удерживающие штанги 12 будут называться «лопатками».

Кроме того, независимо от характера винта 5, лопасти 20 винта проходят по размаху, начиная от втулки 16, от корневого сечения 31 напротив втулки 16 к сечению 41 свободного конца. Таким образом, на капотированном винте сечение 41 свободного конца находится напротив обтекателя 6.

Кроме того, лопасти 20 проходят во фронтальном виде от нижней поверхности 22 к верхней поверхности 21 и поперечно от передней кромки к задней кромке.

Согласно заявленному способу, идентифицируют, по меньшей мере, две разные зоны каждой лопасти.

Таким образом, каждая лопасть выполнена по размаху от втулки 16 к сечению 41 свободного конца, проходя через зону, называемую «корневой зоной 30», содержащую корневое сечение 31, затем через зону, называемую «выгнутой зоной 35» или «деформированной зоной».

При этом выгнутая зона 35 либо содержит сечение 41 свободного конца, либо выгнутая зона 35 продолжена зоной, называемой «концевой зоной 40», включающей в себя сечение 41 свободного конца.

Чтобы минимизировать шум от работающего винта, то есть когда лопасти совершают вращательное движение вокруг оси вращения, нижнюю поверхность 22” и верхнюю поверхность 21” выгнутой зоны 35 делают выгнутыми в направлении Z, параллельном оси вращения упомянутой лопасти, и в направлении, противоположном направлению движения F воздуха через винт.

Таким образом, эта выгнутая зона 35 удаляется от главной плоскости Р1 и, в случае необходимости, от упомянутого статора-выпрямителя, доходя до вторичной плоскости Р3.

Как правило, известные лопасти вращаются вокруг оси вращения AXROT в плоскости, называемой «главной плоскостью Р1». Иногда эту главную плоскость Р1 называют «плоскостью вращения» лопастей 20.

Что же касается изобретения, то выгнутую зону деформируют таким образом, чтобы удалить ее от главной плоскости Р1 и от статора-выпрямителя в представленном примере, чтобы минимизировать шум, создаваемый винтом.

При этом выгнутая зона достигает точки максимальной кривизны, находящейся во вторичной плоскости Р3.

Начиная от вторичной плоскости Р3, выгнутая зона приближается к главной плоскости Р1.

Согласно варианту, показанному на фиг. 7, эта выгнутая зона не доходит до главной плоскости Р1. При этом выгнутая зона включает в себя сечение 41 свободного конца, которое находится выше по потоку от главной плоскости Р1.

Этот вариант представляется более адаптированным для открытого винта.

Согласно другим вариантам, выгнутая зона 35 переходит в концевую зону 40 на уровне главной плоскости Р1.

Согласно варианту выполнения, показанному на фиг. 6, выгнутая зона линейно понижается до главной плоскости Р1.

В этом варианте концевая зона 40 ограничена сечением 41 свободного конца.

Этот вариант представляется более предпочтительным для капотированного винта.

Это же касается и варианта, показанного на фиг. 5, который отличается от варианта, показанного на фиг. 6, нелинейным понижением выгнутой зоны до главной плоскости Р1.

Согласно другим вариантам, концевая зона 40 может проходить по размаху.

Согласно варианту, показанному на фиг. 4, концевая зона 40 образует угол α с главной плоскостью.

При этом сечение 41 свободного конца доходит до четвертой плоскости Р4 ниже по потоку от главной плоскости. Этот вариант представляется более предпочтительным для открытого винта.

Наконец, согласно предпочтительному примеру, показанному на фиг. 1, концевая зона 40 может находиться в главной плоскости Р1.

При этом каждая лопасть 20 вращается в кольце, ограниченном главной плоскостью Р1 и вторичной плоскостью Р3.

Понятно, что можно не деформировать корневую зону 30, чтобы не менять условий границы раздела с втулкой, и концевую зону 40, чтобы не снижать эффект аэродинамического всасывания между обтекателем 6 и лопастью 20.

На фиг. 2 показана такая лопасть, связанная с этим способом.

Представленная лопасть 20 проходит по размаху от корневого сечения 31 к сечению 41 свободного конца, при этом длина размаха R соответствует расстоянию, разделяющему корневое сечение 31 и сечение 41 свободного конца.

Следует отметить, что из корневого сечения может выступать не показанный лонжерон, соединяющийся с втулкой 16.

Кроме того, лопасть проходит поперечно от передней кромки 23 к задней кромке 24.

Следует напомнить, что хорда сечения соответствует расстоянию, отделяющему переднюю кромку от задней кромки этого сечения. На фиг. 2 показана хорда СО сечения 41 свободного конца, которая проходит между передней кромкой ВА и задней кромкой BF этого сечения 41 свободного конца.

Кроме того, лопасть 20 проходит в фронтальном виде по своей толщине от нижней поверхности 22 к верхней поверхности 21. Понятно, что и верхняя поверхность, и нижняя поверхность проходят поперечно от передней кромки 23 лопасти 20 к задней кромке 24.

Чтобы минимизировать взаимодействия между этой лопастью 20 и крепежными штангами 12 внутри капотированного винта, лопасть 20 содержит, - от корневого сечения 31 к упомянутому сечению 41 свободного конца, - корневую зону 30, затем выгнутую зону 35 и даже концевую зону 40. При этом, согласно представленному предпочтительному варианту, корневая зона 30 и концевая зона 40 находятся в главной плоскости Р1 вращения.

С другой стороны, выгнутая зона 35 содержит нижнюю поверхность 22' и верхнюю поверхность 21”, которые выполнены выгнутыми таким образом, чтобы удаляться от главной плоскости Р1 в направлении Z, параллельном оси вращения AXROT лопасти.

Кроме того, следует отметить, что корневая зона 30 проходит радиально по размаху от корневого сечения 31 к первому промежуточному сечению 32. Точно так же выгнутая зона 35 проходит радиально по размаху от первого промежуточного сечения 32 ко второму промежуточному сечению 39, при этом концевая зона 40 проходит радиально по размаху от второго промежуточного сечения 39 к сечению 41 свободного конца.

Согласно варианту, второе промежуточное сечение 39 и сечение 41 свободного конца могут совпадать и, в случае необходимости, могут находиться в главной плоскости Р1.

Для минимизации шума, издаваемого винтом, оборудованным лопастью 20, можно довести до максимума выгнутую зону за счет корневой зоны и, в случае необходимости, за счет концевой зоны. Тем не менее понятно, что размеры этих зон, то есть корневой зоны и концевой зоны, определяют таким образом, чтобы обеспечивать сопряжение лопасти с втулкой и, в случае необходимости, эффект всасывания лопасти, взаимодействующей с обтекателем.

Например, первое промежуточное сечение 32 расположено радиально между корневым сечением 31 и средним сечением 37 лопасти, находящимся на одинаковом расстоянии от корневого сечения 31 и от сечения 41 свободного конца.

Что же касается второго промежуточного сечения 39, то оно может быть расположено радиально между средним сечением 37 и сечением 41 свободного конца.

Следует напомнить, что, согласно другому признаку, для определения геометрии лопасти 20 конструктор может определить линию конструкции, называемую «линией 50 набора». При этом конструктор располагает каждое сечение этой лопасти 20 относительно линии 50 набора.

Например, конструктор может определить, что передняя кромка каждого сечения должна находиться на заданном расстоянии от линии набора, причем это расстояние может меняться в зависимости от расположения сечений по размаху.

Конечную форму лопасти при этом получают посредством применения закона крутки сечений.

Так, линия 50 набора представленной лопасти 20 последовательно содержит корневой участок 55, находящийся в корневой зоне 30, промежуточный участок 60, находящийся в выгнутой зоне 35, затем, в случае необходимости, концевой участок 65, находящийся в концевой зоне 40.

Следовательно, корневой участок 55 и концевой участок 65 могут располагаться в главной плоскости Р1. С другой стороны, промежуточный участок 60 выполнен выгнутым таким образом, чтобы он удалялся от главной плоскости Р1 в направлении, параллельном оси вращения лопасти.

В частности, промежуточный участок 60 удаляется от главной плоскости Р1, начиная от корневого участка, доходя до точки РСО максимальной кривизны, находящейся во вторичной плоскости Р3. Начиная от точки РСО максимальной кривизны, промежуточный участок 60 приближается к главной плоскости Р1, чтобы, в случае необходимости, достичь концевого участка 65.

Следует отметить, что точка РСО максимальной кривизны находится в сечении, называемом «максимальным сечением 36», причем это максимальное сечение представляет собой сечение лопасти 20, наиболее удаленное от главной плоскости в направлении Z, параллельном оси вращения AXROT. Это максимальное сечение 36 может совпадать со средним сечением 37.

На фиг. 3 показана проекция 50' линии 50 набора на плоскость, называемую «ортогональной плоскостью Р2». Эта ортогональная плоскость Р2 перпендикулярна к главной плоскости Р1 и проходит, например, через ось изменения угла шага AXPAS лопасти 20.

При этом корневая ортогональная проекция 55' и концевая ортогональная проекция 65' на ортогональную плоскость Р2 соответственно корневого участка 55 и концевого участка 65 могут совпадать с осью изменения шага AXPAS лопасти на этой ортогональной плоскости.

С другой стороны, ортогональная проекция 60' промежуточного участка 69 на ортогональную плоскость Р2 предпочтительно имеет форму кубической сплайн-функции.

Для определения этой кубической сплайн-функции во время фазы проектирования конструктор может применить по меньшей мере три проходные точки 100.

В частности, конструктор может выбрать первую и вторую проходные точки 100', 100”, соответственно общие для корневого участка и промежуточного участка, а также для концевого участка и промежуточного участка.

Кроме того, если используют четное число проходных точек 102, эти проходные точки 102 можно распределить симметрично вокруг максимальной плоскости 36, проходящей через точку РСО максимальной кривизны.

Если используют нечетное число проходных точек 101, можно расположить проходную точку 101 на достигаемой точке максимальной кривизны, затем симметрично распределить все другие проходные точки 101 вокруг средней плоскости 36.

Кроме того, можно определить положение точки максимальной кривизны по размаху при помощи проекции точки РСО максимальной кривизны на ортогональную плоскость, и для удобства эту проекцию называют «максимальной проекцией».

Таким образом, максимальная проекция РСО' точки РСО максимальной кривизны на ортогональную плоскость Р2 находится на радиальном расстоянии DR от корневого сечения 31, заключенном между четвертью R 4 длины размаха R лопасти и тремя четвертями 3 R 4 упомянутой длины размаха R.

Кроме того, необходимо отметить, что точка РСО максимальной кривизны находится на вертикальном расстоянии DV от главной плоскости Р1. Это вертикальное расстояние DV может быть заключено между третью расчетной хорды CREF и трехкратной величиной этой расчетной хорды CREF. Расчетная хорда может быть хордой максимального сечения 36.

Естественно, в настоящее изобретение можно вносить различные изменения с точки зрения его применения. Несмотря на то что описание было представлено для нескольких вариантов выполнения, понятно, что невозможно исчерпывающим образом идентифицировать все возможные варианты. Можно, естественно, предусмотреть замену описанного средства на эквивалентное средство, не выходя за рамки настоящего изобретения.

1. Лопасть (20) винта (5), при этом лопасть (20) содержит верхнюю поверхность (21) и нижнюю поверхность (22), проходящие поперечно от передней кромки (23) к задней кромке (24) и по размаху от корневого сечения (31) до сечения (41) свободного конца,
отличающаяся тем, что лопасть (20) содержит по размаху от корневого сечения (31) к упомянутому сечению (41) свободного конца корневую зону (30), затем одну выгнутую зону (35), проходящую поперечно от передней кромки (23) к задней кромке (24), при этом упомянутая корневая зона (30) находится в главной плоскости (Р1) вращения, при этом упомянутая выгнутая зона (35) содержит выгнутые нижнюю поверхность (22”) и верхнюю поверхность (21”) от передней кромки (23) к задней кромке (24) и удаляется, начиная от корневой зоны, от упомянутой главной плоскости (P1) в направлении (Z), параллельном оси вращения (AXROT) упомянутой лопасти, и в направлении, противоположном направлению движения текучей среды через лопасть, до точки (PCO) максимальной кривизны, затем приближается к упомянутой главной плоскости (P1).

2. Лопасть по п.1, отличающаяся тем, что поскольку упомянутая выгнутая зона (35) удаляется, начиная от корневой зоны, затем приближается к упомянутой главной плоскости (Р1), то, начиная от упомянутой главной плоскости (Р1), лопасть (20) содержит концевую зону (40), следующую за выгнутой зоной, при этом упомянутая концевая зона содержит упомянутое сечение (41) свободного конца.

3. Лопасть по п.2, отличающаяся тем, что упомянутая корневая зона и упомянутая концевая зона (40) расположены в упомянутой главной плоскости (Р1).

4. Лопасть по п.2, отличающаяся тем, что, поскольку лопасть (20) содержит множество сечений, распределенных по размаху вдоль линии (50) набора этой лопасти (20), корневой участок (55) линии (50) набора, находящийся в корневой зоне (30), и концевой участок (65) линии (50) набора, находящийся в концевой зоне (40), расположены в упомянутой главной плоскости (Р1), при этом промежуточный участок (60) линии (50) набора, находящийся в выгнутой зоне (35), выполнен выгнутым, чтобы удаляться от упомянутой главной плоскости (Р1) в направлении, параллельном оси вращения упомянутой лопасти.

5. Лопасть по п.4, отличающаяся тем, что проекция (60') упомянутого промежуточного участка (60) на ортогональную плоскость (Р2) имеет форму кубической сплайн-функции, причем эта ортогональная плоскость (Р2) является перпендикулярной к главной плоскости (Р1) и проходит через ось изменения шага (AXPAS) лопасти.

6. Лопасть по п.4, отличающаяся тем, что проекция (55', 65') корневого участка (55) и концевого участка (65) на ортогональную плоскость (Р2) совпадают с осью изменения шага (AXPAS) лопасти на этой ортогональной плоскости, причем эта ортогональная плоскость (Р2) является перпендикулярной к главной плоскости (Р1) и проходит через ось изменения шага (AXPAS) лопасти.

7. Лопасть по п.1, отличающаяся тем, что упомянутая точка (РСО) максимальной кривизны расположена во вторичной плоскости (Р3), находящейся выше по потоку от упомянутой главной плоскости (Р1) и параллельной главной плоскости (Р1).

8. Лопасть по п.7, отличающаяся тем, что проекция (PCO') точки (PCO) максимальной кривизны на ортогональную плоскость (P2) находится на радиальном расстоянии (DR) от упомянутого корневого сечения (31), заключенном между четвертью размаха (R) лопасти, отделяющей корневое сечение (31) от сечения (41) свободного конца, и тремя четвертями упомянутого размаха (R), причем эта ортогональная плоскость (Р2) является перпендикулярной к главной плоскости (Р1) и проходит через ось изменения шага (AXPAS) лопасти.

9. Лопасть по п.7, отличающаяся тем, что, поскольку точка (РСО) максимальной кривизны находится на вертикальном расстоянии (DV) от главной плоскости (P1), упомянутое вертикальное расстояние (DV) заключено между третью расчетной хорды (CREF) и трехкратной величиной этой расчетной хорды (CREF).

10. Лопасть по п.9, отличающаяся тем, что, поскольку упомянутая точка (РСО) максимальной кривизны находится в максимальном сечении (36) лопасти, упомянутая расчетная хорда является хордой этого максимального сечения.

11. Лопасть по п.1, отличающаяся тем, что упомянутая корневая зона (30) проходит радиально по размаху от упомянутого корневого сечения (31) к первому промежуточному сечению (32), общему для корневой зоны (30) и для выгнутой зоны (35), при этом упомянутое первое промежуточное сечение (32) расположено радиально между корневым сечением (31) и средним сечением (37) лопасти, находящимся на одинаковом расстоянии от корневого сечения (31) и от сечения (41) свободного конца.

12. Лопасть по п.2, отличающаяся тем, что упомянутая концевая зона (40) проходит радиально по размаху от второго промежуточного сечения (39), общего для концевой зоны (40) и для выгнутой зоны (35), к упомянутому сечению (41) свободного конца, при этом упомянутое второе промежуточное сечение (39) расположено радиально между сечением (41) свободного конца и средним сечением (37) лопасти, находящимся на одинаковом расстоянии от корневого сечения (31) и от сечения (41) свободного конца.

13. Винт (5), содержащий вращающуюся втулку (16), на которой установлено множество лопастей (20), отличающийся тем, что каждая лопасть выполнена по любому из пп.1-12.

14. Винт (5) по п.13, отличающийся тем, что содержит обтекатель (6), образующий канал (7), внутри которого двигаются упомянутые лопасти (20), при этом упомянутый винт содержит статор-выпрямитель (10), находящийся ниже по потоку от упомянутых лопастей (20), при этом упомянутая выгнутая зона удаляется от главной плоскости (Р1) для удаления упомянутой точки максимальной кривизны от упомянутого статора-выпрямителя (10).

15. Летательный аппарат (1), отличающийся тем, что содержит винт (5) по п.13.

16. Способ минимизации шума, создаваемого винтом (5), при этом упомянутый винт (5) содержит вращающуюся втулку (16), на которой установлено множество лопастей (20), отличающийся тем, что, поскольку каждая лопасть (20) содержит верхнюю поверхность (21) и нижнюю поверхность (22), проходящие поперечно от передней кромки (23) к задней кромке (24) и по размаху от корневого сечения (31) до сечения (41) свободного конца, при этом лопасть содержит от корневого сечения (31) к сечению (41) свободного конца корневую зону (30), затем выгнутую зону (35), при этом упомянутая корневая зона (30) находится в главной плоскости (Р1) вращения, делают выгнутой нижнюю поверхность (22”) и верхнюю поверхность (21”) упомянутой выгнутой зоны от передней кромки (23) к задней кромке (24) в направлении, параллельном оси вращения упомянутой лопасти, и в направлении, противоположном направлению движения текучей среды через винт, для ее удаления от главной плоскости, чтобы минимизировать шум, исходящий от винта.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что поскольку каждая зона имеет множество сечений, распределенных по размаху вдоль линии (50) набора, при этом корневой участок (55) линии (50) набора находится в корневой зоне (30), при этом промежуточный участок линии набора, находящийся в выгнутой зоне, является выгнутым, то упомянутый промежуточный участок (35) реализуют при помощи кубической сплайн-функции, получаемой с использованием по меньшей мере трех проходных точек (100), при этом первая проходная точка является общей для корневого участка и для промежуточного участка.

18. Летательный аппарат (1), отличающийся тем, что содержит винт (5) по п.14.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкции лопастей несущего винта винтокрылого летательного аппарата. .

Изобретение относится к удлиненному аэродинамическому элементу и касается крыла летательного аппарата или лопасти винтокрыла. .

Изобретение относится к летательным аппаратам. .

Изобретение относится к авиационной промышленности. .

Изобретение относится к авиационной и космической технике, в частности к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки и, конкретно, к системе несущих винтов авиационно-космической системы (АКС).

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

Изобретение относится к области авиационной техники. .

Изобретение относится к винтовым движителям судов и летательных аппаратов. .

Изобретение относится к аэродинамике и может быть использовано для создания летательного аппарата (ЛА), а также для создания несущих винтов для вертолетов, винтов для поршневых самолетов и гребных винтов для водного транспорта.

Вертолет // 2333867
Изобретение относится к винтокрылым летательным аппаратам. .

Изобретение относится к области авиации. .

Вертолет // 2309873
Изобретение относится к области несущих винтов летательных аппаратов. .

Изобретение относится к области авиации. .

Изобретение относится к области авиации. .

Изобретение относится к области авиации. .

Группа изобретений относится к области авиации. Аэродинамический профиль поперечного сечения несущей поверхности имеет хорду длиной B. Передняя кромка профиля скруглена, задняя кромка заострена или затуплена. Кромки расположены на концах хорды профиля и соединены между собой гладкими линиями верхней и нижней частей контура профиля. Передняя кромка профиля лопасти имеет радиусы скругления верхней части контура Rв в диапазоне 0,009В÷0,017В, а нижней части контура Rн - в диапазоне 0,006B÷0,015В. Максимальная относительная толщина профиля С находится в диапазоне 0,105В÷0,112B и расположена на расстоянии Х=0,25В÷0,4В от передней кромки профиля вдоль его хорды. Варианты изобретений имеют различную форму выполнения у задней кромки. Группа изобретений направлена на увеличение несущей способности. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил., 2 табл.

Винт содержит плоскую поверхность (13.2), которая проходит вдоль задней поверхности лопасти (13), и ширина которой составляет 1/3 ширины лопасти (13), заднюю закругленную по радиусу поверхность (13.1), которая пересекает плоскую поверхность (13.2) и имеет радиус R, который составляет 2/3 ширины задней поверхности и тем самым дополняет остальную часть задней поверхности. На свободном конце радиуса (13.1) задней поверхности внутренняя контактная поверхность (13.3) с радиусом, равным 1.5 R, пересекает плоскость вращения винта так, что образует угол величиной 3-9 градусов. Закругленная по радиусу поверхность (13.4) выходной кромки, которая имеет радиус 0,5 R пересекает плоскость, расположенную ниже половины толщины края лопасти указанной внутренней контактной поверхности (13.3) и плоской поверхности (13.2), и изогнута в направлении, противоположном внутренней контактной поверхности (13.3). Расстояние от точки пересечения указанных закругленных по радиусу поверхностей (13.1, 13.3), которые имеют радиус R и 1.5 R, до плоскости, где расположена задняя плоская поверхность (13.2), составляет 1/4 и 1/5 ширины в проекции задней поверхности. Диаметр F задней поверхности (13.7) лопасти (13) заключен в диапазоне значений диаметра от R400 до R650. Изобретение направлено на повышение энергетического КПД. 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.
Наверх