Лопасть несущего винта летательного аппарата

Авторы патента:

Гончаренко Александр Иванович (RU)

B64C27/46 - лопасти

Владельцы патента RU 2529065:

Гончаренко Александр Иванович (RU)

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям винтов летательных аппаратов. Лопасть несущего винта летательного аппарата включает открытую снизу полусферу, снабженную окнами, вокруг которой расположены охватывающие ее каналы. Часть каналов объединена с соответствующими окнами. Полусфера имеет вынесенные вниз боковые щеки и внутренний карман, расположенный в ее передней левой части. В полусфере может быть установлена турбина. Достигается уменьшение длины лопасти. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Заявляемая лопасть несущего винта летательного аппарата относится к воздухоплаванию, предназначена для создания аэродинамической подъемной силы (далее - подъемная сила) и может быть использована в летательных аппаратах различного назначения (в частности, в авиамоделях).

Заявляемая лопасть также может быть использована в качестве ветрового источника электроэнергии.

Аналогом является лопасть несущего винта вертолета (далее - лопасть), имеющая классический профиль крыла, который разделяет набегающий поток воздуха и создает разницу скоростей (большей над и меньшей под лопастью), за счет чего возникает подъемная сила.

Недостатками указанной лопасти являются следующие:

- большая скорость вращения лопасти (требующая мощного двигателя) для создания подъемной силы;

- большая длина лопасти;

- недостаточная эффективность ротационного снижения летательного аппарата.

Длина лопасти и скорость ее вращения представляет опасность для окружающих объектов (людей, животных, сооружений) и самого летательного аппарата.

Наиболее близкого аналога (прототипа) к заявляемому техническому решению в настоящее время обнаружить не удалось.

Целью настоящего изобретения является уменьшение длины лопасти, уменьшение ее оборотов и мощности двигателя, создание подъемной силы лопасти, повышение эффективности ротационного снижения летательного аппарата и уменьшение опасности для окружающих объектов.

Указанная цель достигается пространственной конструкцией лопасти.

Лопасть представляет собой моно конструкцию в виде открытой снизу полусферы, снабженной окнами, вокруг которой выполнены охватывающие ее каналы, часть которых выходами объединена с соответствующими окнами полусферы, что уменьшает длину лопасти и увеличивает площадь ее поверхности.

Термин - каналы, является родовым понятием и в контексте настоящей заявки означает криволинейные трубо и/или желобообразные профили, обращенные выпуклой частью вверх или вниз, образующие направляющие для разделения и распределения набегающего потока.

Основными элементами, образующими лопасть как единое целое, являются полусфера, открытая снизу и снабженная передним, верхним и боковыми окнами, и охватывающие ее криволинейные каналы, жестко связанные с поверхностью полусферы, часть из которых выходами объединена с соответствующими окнами полусферы.

Элементы пространственной конструкции лопасти разделяют набегающий поток окружающей воздушной или водной среды (далее - воздушной) на центростремительные и центробежные потоки и преобразуют их в направленные вихревые потоки (реактивные вниз и разрежающие вверх от лопасти) и создают подъемную силу лопасти.

Направляемые большей частью каналов внутрь полусферы через ее окна потоки преобразуются в центростремительные, концентрируются внутри полусферы, создают в ней давление и образуют вихреобразный реактивный поток, направленный от лопасти вниз.

Направляемые каналами, не объединенными с окнами полусферы, центробежные потоки преобразуются в вихреобразный поток, направленный вверх от лопасти, и создают над ней разрежение.

Полусфера имеет вынесенные вниз боковые щеки для концентрации и направления реактивного вихреобразного потока.

В передней левой части полусферы выполнен карман для повышения давления внутри полусферы.

В полусфере установлена горизонтальная турбина.

Все элементы конструкции лопасти имеют криволинейные формы продольных и поперечных лекальных улиткообразных профилей, которые формируются расчетно-экспериментальным путем.

Заявляемая лопасть поясняется примером ее наилучшей на сегодняшний день реализации, не исключающей возможности создания различных ее вариантов.

В связи с асимметричными элементами лопасти ортогональные изображения не обеспечивают целостного восприятия конструкции лопасти, поэтому в качестве дополнительного представлено ее аксонометрическое изображение.

Графические материалы содержат следующие изображения лопасти:

фиг.1 - вид спереди

фиг.2 - вид сверху

фиг.3 - вид справа

фиг.4 - вид слева

фиг.5 - вид сзади

фиг.6 - вид снизу

фиг.7 - аксонометрическое.

Лопасть выполнена следующим образом.

Базовой основой лопасти является полусфера 1, от боковых кромок нижней открытой части которой вынесены вниз две боковые щеки 2 (выпуклые наружу).

Полусфера 1 имеет окна: переднее правое 3, переднее левое 4, верхнее 5, боковые: правое 6, левое 7.

Каналы, охватывающие полусферу 1:

правые крайние: - нижний 8, средний 9, верхний 10;

правые: нижний 11, средний 12, верхний 13;

левые: нижний 14, средний 15, верхний 16;

крайний левый 17 и задний 18.

Щели: правая 19, левая 20.

Рассекатель 21.

Кольца: нижнее 22, верхнее 23.

Карман 24.

Подкрылок 25.

Надкрылок 26.

Место крепления 27 лопасти к оси.

Турбина 28.

Поверхности 9-ти каналов 8-12, 14, 15, 17 и 18 обращены выпуклостью вверх.

Поверхности 2-х каналов 13 и 16 обращены выпуклостью вниз и примыкают к рассекателю 21, который может быть выполнен объемным.

Щеки 2 разделены рассекателем 21 с кольцом нижним 22 на нижний правый нижний канал 11 и на левый нижний канал 14.

К окну переднему правому 3 примыкает выход канала правого среднего 12.

К окну переднему левому 4 примыкает выход канала среднего левого 15.

К верхнему окну 5 примыкает выход канала правого верхнего 13.

К боковому правому окну 6 примыкает выход крайнего правого нижнего канала 8.

К боковому левому окну 7 примыкает выход крайнего левого канала 17.

Щель правая 19 выполнена вдоль нижней части правого крайнего верхнего канала 10. Щель левая 20 выполнена на выходе канала левого верхнего 16.

Внутренним краем 27 крайний левый канал 17 прикреплен к оси вращения лопасти (ось вращения не показана).

В передней нижней части рассекателя 21 выполнено кольцо нижнее 22.

Подкрылок 25 выполнен перед кольцом нижним 22 и обращен вправо от рассекателя 21.

В задней верхней части рассекателя 21 выполнено кольцо верхнее 23, которое объединено с выходом правого крайнего верхнего канала 10.

Над кольцом верхним 23 выполнен надкрылок задний 26, обращенный в левую сторону от рассекателя 21.

В передней части полусферы 1 выполнен карман 24.

Турбина 22 установлена горизонтально внутри полусферы 1 на собственной оси (не показана) с возможностью свободного вращения для структурирования входящих в полусферу 1 через ее окна: передние 3 и 4, верхнее 5, боковые: правое 6 и левое 7 потоков и повышения давления внутри полусферы 1.

Лопасть может быть связана с осью вращения как жестко, так и с помощью шарнира, обеспечивающего возможность махового перемещения лопасти в вертикальной плоскости, перпендикулярной набегающему потоку.

Размеры лопасти и скорость ее вращения определяются в зависимости от назначения летательного аппарата.

Лопасть создает подъемную силу следующим образом.

Вращение оси (в направлении по часовой стрелке) приводит в движение закрепленную на ней лопасть и, набегающий поток воздуха разделяется с помощью каналов 8-18 на отдельные потоки, часть которых по каналам 8, 12, 13, 15, 17 (через окна 3, 4, 5, 6, 7) направляется внутрь лопасти и центростремительно закручивается в полусфере 1 навстречу набегающему потоку.

Наибольшая скорость центростремительного набегающего потока создается правыми крайними каналами: нижним 8, средним 9 и верхним 10; лопасти от оси вращения.

Под сводом полусферы 1 формируется давление и возникает вихревой реактивный поток, эффективность которого повышается карманом 25, щеками 2 и подкрылком 26, направляющим часть потока канала 14 через нижнее кольцо 23 в поток канала 11.

Каналы 11 и 14 уплотняют набегающий поток между щеками 2, что создает увеличение подъемной силы лопасти.

Турбина 28 структурирует вращающийся суммарный поток в полусфере 1.

Верхние правый 10 и левый 16 каналы, разделенные рассекателем 21, формируют потоки над лопастью (поток по правому 10 каналу более скоростной) и, проходя через верхнее кольцо 23 под надкрылком 26, захватывают поток, проходящий по левому каналу 16, и, смешиваясь с ним, скручивают суммарный поток и направляют его вверх, создавая над лопастью вихревой разрежающий поток, обеспечивающий увеличение подъемной силы лопасти.

Щели правая 19 и левая 20 обеспечивают прохождение потока воздуха под задний канал 18, создавая дополнительную подъемную силу лопасти.

В результате возникает повышенное давление воздуха, воздействующее снизу на свод полусферы 1, и от него концентрированный вихреобразно скрученный поток уходит вниз, создавая реактивную тягу, а вихревой поток, уходящий вверх от лопасти, создает над ней разрежение.

Длительный разрыв потоков воздуха под лопастью и над лопастью образует устойчивое объемное разрежение воздуха, создающее дополнительную подъемную силу лопасти.

Лопасть может быть изготовлена из современных, предпочтительно легких и прочных композитных материалов, например, из углепластика.

Лопасть может быть изготовлена как цельной, так и сборной из отдельных элементов.

Полусфера 1 и боковые щеки 2 могут быть выполнены каркасными с эластичным материалом изнутри для стабилизации давления воздушных потоков внутри полусферы 1.

Для обеспечения прочности связи лопасти с осью вращения, лопасть может иметь жесткий каркас, внутренний и/или наружный.

Промышленное изготовление заявляемой лопасти не представляет проблемы при использовании современных конструкционных материалов и технологий изготовления объемных форм (3-D).

Испытания заявляемой лопасти подтвердили создание ею подъемной силы при низкой скорости ее вращения и небольшой мощности двигателя.

Таким образом, предлагаемая лопасть принципиально отличается от лопасти винта вертолета, является новым, ранее неизвестным техническим решением, обеспечивающим создание подъемной силы при меньшей длине лопасти и меньших оборотах, за счет ее объемной конфигурации, обеспечивающей концентрацию набегающего потока и формирования из него вихревых потоков, создающих силовую реактивную тягу вниз от лопасти и разрежение вверх от лопасти.

Лопасть несущего винта летательного аппарата

Обозначения графических материалов

1. Полусфера 1

2. Щеки 2

3. Окна полусферы передние:

- правое 3

- левое 4

верхнее 5

боковые:

- правое 6

- левое 7

4. Каналы правые крайние:

- нижний 8

- средний 9

- верхний 10

правые:

- нижний 11

- средний 12

- верхний 13

левые:

- нижний 14

- средний 15

- верхний 16

крайний левый 17

задний 18

5. Щели:

- правая 19

- левая 20

6. Рассекатель 21

7. Кольца:

- нижнее 22

- верхнее 23

8. Карман 24

9. Подкрылок 25

10. Надкрылок 26

11. Место крепления 27 лопасти к оси

12. Турбина 28.

1. Лопасть несущего винта летательного аппарата, включающая открытую снизу полусферу, снабженную окнами и охватывающими ее каналами, часть которых объединена с соответствующими окнами.

2. Лопасть по п.1, отличающаяся тем, что полусфера имеет вынесенные вниз боковые щеки.

3. Лопасть по п.1, отличающаяся тем, что в передней левой части полусферы выполнен внутренний карман.

4. Лопасть по п.1, отличающаяся тем, что в полусфере установлена турбина.

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 винта из композитного материала /варианты/ и способ ее изготовления /варианты/ // 2516829

Изобретение относится к воздушным винтам, гребным винтам и лопастям винтов ветродвигателей. Лопасть с плоским или цилиндрическим местом крепления к ступице винта имеет закладные металлические детали для болтов крепления в виде цилиндрических втулок, от которых идут жгуты волокон армирующего материала, огибающие эти втулки.

Аэродинамическая поверхность // 2513355

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкции лопасти воздушного винта. Аэродинамическая поверхность имеет основную часть профиля аэродинамической поверхности, внутренний корневой конец по размаху аэродинамической поверхности, где используемая аэродинамическая поверхность крепится к несущей конструкции, и концевой участок на крайнем конце по размаху с внешней стороны основной части за линией ее соединения с концевым участком.

Лопасть для лопастной машины // 2503588

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.

Аэромеханический воздушный винт // 2465173

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к устройству тянущих и несущих винтов беспилотных летательных аппаратов и сверхлегких самолетов. .

Лопасть несущего винта для винтокрылого летательного аппарата // 2450952

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

Удлиненный аэродинамический элемент, деформируемый при кручении // 2441808

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

Способ изготовления легкой металлической лопасти воздушного винта // 2432298

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к способам изготовления из металла облегченных лопастей воздушных винтов. .

Чехол на лопасть винта вертолета (варианты) // 2418717

Лопасть несущего винта для высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата // 2408499

Изобретение относится к области авиации, более конкретно к лопасти несущего винта винтокрылого летательного аппарата. .

Лопасть винта летательного аппарата // 2533384

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям и способам изготовления лопастей воздушных винтов. Лопасть (10) винта турбовинтового двигателя летательного аппарата включает конструкцию (20) с аэродинамическим профилем, содержащую, по меньшей мере, одно волокнистое усиление, полученное посредством трехмерного тканья нитей, и уплотненное матрицей, и формообразующую деталь (140) определенной формы из жесткого ячеистого материала. Упомянутое усиление содержит, по меньшей мере, два участка, связанных между собой посредством сплошного тканья на уровне передней кромки (20а) лопасти винта, при этом оба участка обхватывают упомянутую формообразующую деталь (140). Лопасть содержит балку (150), первая часть (151,152) которой расположена внутри конструкции и, по меньшей мере, частично окружена формообразующей деталью (140), а вторая часть (153,154) проходит снаружи упомянутой конструкции и содержит на своем конце комель лопасти (30). Балка (150) сформирована из волокнистого усиления, уплотненного матрицей. Достигается снижение массы лопасти винта при сохранении требуемых механических свойств. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 15 ил.

Лопасть несущего винта вертолета // 2539278

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям и аэродинамике лопастей несущего винта винтокрылого аппарата. Лопасть включает комлевую часть, аэродинамически профилированные части и законцовку. В диапазоне относительных радиусов от 0,5R до (0,95-0,98)R аэродинамические профили имеют постоянную относительную толщину 0,10-0,095 хорды профиля. Радиусы скругления нижней и верхней частей носка профиля имеют соотношения приблизительно 1:3. Аэродинамические профили на относительных радиусах 0,4; 0,3 и 0,2 имеют переменную относительную толщину, значения которой последовательно возрастает на каждом из упомянутых относительных радиусов приблизительно на 1/4 относительной толщины профиля на относительном радиусе 0,5. Законцовка в плане образована эллиптической кривой, а ее аэродинамическая поверхность - дугами эллипсов, по касательной вписанных в контур прилегающих сечений профиля. Геометрическая крутка лопасти составляет ≈7°, а оперенная часть лопасти начинается с относительного радиуса 0,13-0,15R. Обеспечивается повышение аэродинамического качества, снижение шарнирного момента, безопасность при раскрутке и останове несущего винта. 11 ил.

Устройство для индикации срыва потока на лопастях несущего винта вертолета // 2555258

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам индикации об опасных режимах полета. Устройство для индикации срыва потока на лопастях вертолета содержит блок волоконно-оптической коммутации, блок источника света, блок хранения информации, блок электропитания, блок анализа информации, блок спектрального анализа и цифроаналоговый преобразователь, блок-регистратор, индикатор, волоконно-оптический соединитель и два или более волоконно-оптических тензодатчиков, каждый из которых имеет свою полосу рабочих частот в спектре излучения блока источника света. Тензодатчики установлены на поверхности невращающихся деталей автомата перекоса вертолета. Выходные сигналы тензодатчиков изменяются в зависимости от стадий появления срыва воздушного потока на лопастях несущего винта вертолета и передаются блок-регистратору, установленному на борту вертолета. Индикатор стадий срыва установлен на панели управления вертолетом для информирования летчика о стадиях срыва потока на лопастях. Повышается безопасность при выполнении полетов вертолета и достигается возможность контроля пилотом эксплуатационных перегрузок на деталях автомата перекоса. 3 ил.

Аэродинамический профиль поперечного сечения несущей поверхности // 2558539

Изобретение относится к области авиации. Аэродинамический профиль несущей поверхности имеет хорду длиной В. 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 округления верхней части контура Rв в диапазоне 0,009В÷0,017В, а нижней части контура Rн - в диапазоне 0,006В÷0,013В. Максимальная относительная толщина профиля С находится в диапазоне 0,092В÷0,098В и расположена на расстоянии Х=0,24В÷0,45В от передней кромки профиля вдоль его хорды. Изобретение направлено на увеличение несущей способности. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Заключенный в обтекатель винт летательного аппарата и винтокрылый летательный аппарат // 2570971

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям хвостовых винтов вертолетов. Заключенный в обтекатель винт (10) для винтокрылого летательного аппарата содержит вращающийся узел, расположенный в канале для осуществления вращения вокруг оси (АХ1). Этот вращающийся узел (15) содержит множество лопастей (20), каждая из которых закреплена на втулке (16), при этом каждая лопасть (20) соответствует закону крутки, определяющему угол крутки, заключенный между нулем градусов включительно и 5 градусами включительно. Каждая лопасть (20) содержит по размаху первую зону (21), затем вторую зону (22), имеющую прямую стреловидность. Вторая зона содержит вторую заднюю кромку (30′′), расположенную ниже по потоку относительно первой задней кромки (30′) первой зоны (21). Каждая первая зона (21) содержит комель (24), соединенный с втулкой (16) при помощи устройства (40) крепления, содержащего подшипник (45) качения и конусный слоистый упор (50). Достигается возможность повышения прочности и большей линейности при работе винта. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Лопасть аэродинамической модели воздушного винта // 2578832

Изобретение относится к конструкции лопастей аэродинамических моделей воздушных винтов, предназначенных для испытаний в аэродинамических трубах. Лопасть аэродинамической модели воздушного винта содержит верхнюю и нижнюю обшивки, лонжерон, вкладыши, балансировочные и противофлаттерные грузы и носовые накладки. При этом концевая часть лопасти содержит одну или несколько нервюр, прикрепленных к задней стенке лонжерона, а корневая часть - прикрепленный к задней стенке лонжерона силовой элемент, включающий силовую лапку и силовую нервюру коробчатой формы с закрепленной между ними частью вкладыша хвостовой части лопасти. Достигается повышение жесткости корневой и концевой частей лопасти аэродинамической модели воздушного винта. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Лопасть винта винтокрылого летательного аппарата // 2603710

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям лопастей несущего и рулевого винтов винтокрылых летательных аппаратов. Лопасть винта состоит из комлевой части с узлом крепления, средней части и концевой части, состоящей из первого участка, имеющего переднюю кромку обратной стреловидности, и второго участка, имеющего переднюю кромку прямой стреловидности и стреловидную заднюю кромку. Третий участок концевой части лопасти является ее боковой кромкой, соединяющей переднюю и заднюю кромки законцовки, имеет прямую стреловидность от точки соединения со вторым участком прямой стреловидности до точки максимального размаха лопасти и обратную стреловидность от точки максимального размаха лопасти до точки пересечения с задней кромкой лопасти. Начало первого участка обратной стреловидности r1 передней кромки законцовки расположено в диапазоне относительных радиусов r1/R=0,8÷0,865. Длина выступа d1 относительно продолжения передней кромки основной части лопасти, отнесенная к хорде В основной части лопасти, расположена в диапазоне d1/B=0,23÷0,25. Достигается уменьшение шарнирных моментов лопасти и снижение потерь мощности на преодоление волнового сопротивления. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ изготовления лопасти из композиционного материала // 2616465

Изобретение относится к области авиационной техники, а именно к технологии изготовления лопасти из слоистых композиционных материалов. Лопасть изготавливается методом выкладки из раскроенных листов препрега пакетов открытого контура оболочки с применением лазерного проецирования положения листов в пакете, фиксации их по реперным маякам и точечной сметки листов в пакете. Затем осуществляют размещение пакета оболочки и обшивки в пресс-форму и при нагреве пакета осуществляют его полимеризацию. Технический результат, достигаемый при использовании способа по изобретению, заключается в обеспечении жесткости размерной цепочки в положении листов препрега в пакете и снижении трудоемкости выкладки, а также обеспечивает стабильность погонно-массовых характеристик лопасти в серийном производстве. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Устройство для индикации срыва потока на лопастях несущего винта вертолета // 2629615

Устройство для индикации срыва потока на лопастях вертолета содержит волоконно-оптические датчики с оптическим входом-выходом, закрепленные на поверхностях невращающихся деталей автомата перекоса вертолета, панельный индикатор стадии срыва потока, электрическую шину передачи данных, волоконно-оптический кабель, волоконно-оптический соединитель, блок-регистратор. Блок-регистратор содержит блок спектрального анализа, цифроаналоговый преобразователь, блок волоконно-оптической коммутации, блок источника света, блок хранения информации, блок анализа информации, блок электропитания, перестраиваемый полосовой фильтр, два пороговых устройства, схема «И», фильтр нижних частот, соединенных определенным образом. Обеспечивается безопасность полета за счет повышение вероятности обнаружения срыва потока. 3 ил.

Устройство поглощения энергии для конструктивного элемента летательного аппарата // 2644811

Изобретение относится к пассивному устройству поглощения энергии для элемента конструкции летательного аппарата и касается лопасти, лопатки или любого другого элемента винта, крыла, стойки или фюзеляжа летательного аппарата. Устройство поглощения кинетической энергии содержит наружную оболочку, выполненную из плетеного композиционного материала с возможностью сохранять целостность после удара, сердцевину из пеноматериала, заключенную в наружную оболочку и заполняющую наружную оболочку, усилительные элементы, интегрированные в сердцевину из пеноматериала. При этом усилительные элементы содержат прерывистые нити, введенные посредством вшивания в сердцевину из пеноматериала. Причем каждая из прерывистых нитей имеет головку в виде L или Т, отбортованную снаружи наружной оболочки. Достигается повышение надежности и целостности конструкции при столкновении с птицами или твердыми предметами. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 13 ил.