Область техники

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям винтов летательных аппаратов, самолета или квадрокоптера, лопасти вертолёта.

Предшествующий уровень техники

Известен патент РФ N° 2529065 Cl , опуб., 27.09.2014, в котором рассматривается лопасть несущего винта летательного аппарата, относящегося к воздухоплаванию, предназначенная для создания аэродинамической подъемной силы. Недостатками указанной лопасти является её высокое аэродинамическое сопротивление при движении, а также наличие турбины внутри этой лопасти, что приводит к снижению КПД.

Известен патент 2465173 Cl, опуб., 27.10.2012, в котором рассматривается устройство тянущих и несущих винтов беспилотных летательных аппаратов и сверхлегких самолетов - аэромеханический воздушный винт. В данном устройстве управление тягой винтов производится механически за счет разворота их лопастей, это приводит к усложнению устройства и потерям энергии.

Раскрытие изобретений

Предлагаемый способ создания подъёмной силы и тяги применим в широком диапазоне скоростей и имеет существенный выигрыш в энергии по сравнению с прототипом для создания тяги и/или подъёмной силы.

Техническим результатом изобретений является создание лопасти вертолёта, лопасти толкающего или тянущего винта самолета или квадрокоптера, которые обладают малым энергопотреблением и высоким КПД. Поставленная цель достигается тем, что на нижней кромке лопасти создается система глухих отверстий, перпендикулярных хорде лопасти или наклоненных в сторону движения потока. Отверстия могут быть круглыми, эллипсоидными, коническими с основанием на нижнюю кромку, пирамидальными с основанием на нижнюю кромку или квадратными. Во всех случаях эффективность системы определяется отношением длины отверстий к площади сечения или средней площади сечения. Чем больше длина в «калибрах», тем выше эффективность эжекторных отверстий. Эжектируемый движением потока, обтекающего нижнюю кромку лопасти, воздух отсасывается из заглушенных отверстий, тем самым снижая давление в отверстиях. Реакция среды на пустоты создает давление на нижнюю кромку, которое значительно превышает давление, вызванное разностью скоростей обтекания верхней и нижней кромки. Таким образом, подъёмная сила создается не за счет разности скоростей потока, а за счет реакции среды на пустоты и так как она в несколько раз превышает подъёмную силу стандартной лопасти, то при сложении она является основной результирующей подъёмной силой.

Управление подъемной силой (её изменение) осуществляется изменением угла атаки эжекторной лопасти на положительные или отрицательные углы.

При использовании обычной аэродинамической схемы лопасти с характерной кривизной на верхней кромке лопасти, увеличение подъёмной силы происходит с увеличением угла атаки лопасти. На нем как обычно возникает разница давлений за счет разности скоростей обтекания и вызванная этой разностью подъёмная сила, направленная вверх. Нижняя кромка, снабженная в большом количестве наклоненными в сторону движения потока глухими отверстиями, также обтекается набегающим потоком и за счет эжекторного эффекта в отверстиях создаётся разрежение, которое увеличивается с увеличением угла атаки, так как увеличивается угол эжектирования. Реакция среды на пустоты создает давление на нижнюю кромку. Эти силы векторно складываются, и так как они направлены в одну сторону, результирующая сила будет значительно превышать подъёмную силу обычной лопасти.

При варианте «перевернутой лопасти», то есть когда характерная кривизна находится на нижней кромке лопасти, и также на нижней кромке расположено большое количество глухих отверстий, перпендикулярных хорде лопасти или наклоненных в сторону потока, увеличение подъёмной силы происходит при увеличении отрицательных углов атаки до срыва потока. Это происходит потому, что на нижней кромке за счет характерной кривизны при увеличении отрицательного угла атаки возрастает по сравнению с верхней кромкой скорость обтекания в пограничном слое и тем самым резко возрастает эжекторный эффект. Реакция среды на пустоты создает давление на нижнюю кромку. Так как подъёмная сила «перевернутой лопасти», создаваемая за счет разности обтекания потоками верхней и нижней кромок направлена в этом случае вниз, то при векторном сложении с результирующей силой, возникающей в эжекторных отверстиях, она вычитается из неё. Эжекторная составляющая результирующей силы в несколько раз (в 2-Зраза) больше и тем самым мы получаем выигрыш в общей силе. Это можно использовать в конструкции винтов квадрокоптеров для увеличения скороподъёмности. Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан разрез эжекторной лопасти по потоку.

На фиг. 2 показан разрез эжекторной лопасти по потоку с характерной кривизной на нижней кромке.

На фиг. 3 показана часть эжекторной лопасти в разрезе в изометрии.

На фиг. 4 показана часть эжекторной лопасти с зарактерной кривизной на нижней кромке в изометрии.

Лучшие варианты осуществления изобретений

Работа эжекторной лопасти вертолёта или лопасти винта иллюстрируется позициями: (Фиг.1,2, 3,4) лопасть 1, глухие отверстия 2, нижняя кромка лопасти 3, верхняя кромка лопасти 4.

Эжекторная лопасть работает следующим образом:

Для увеличения подъёмной силы лопасти 1 она снабжена глухими отверстиями 2, расположенными на нижней кромке лопасти 3 перпендикулярно хорде лопасти или с наклоном в сторону потока. Фиг.1,2, 3,4.

Нижняя кромка 3 лопасти обдувается набегающим потоком, при этом из отверстий 2 отсасывается (эжектируется) воздух, образуя суммарную зону пониженного давления. Реакция среды на пустоты создает давление на нижнюю кромку. Чем больше угол атаки лопасти, тем больше эжектирующий эффект за счет большей скорости обтекания и соответственно больших углов эжектирования. Зоной создания подъёмной силы лопасти с помощью эжектирующих отверстий теоретически можно считать от 0 градусов до зоны срыва потока - это зависит от скорости набегающего потока и формы лопасти. Формирование подъёмной силы зависит от глубины глухих отверстий, диаметра отверстий или их средней площади, их наклона по потоку, суммарной площади отверстий на нижней кромке, скорости потока и его угла по отношению к нижней кромке.

Промышленная применимость

Так как подъёмная сила лопасти формируется за счет эжекции воздуха из отверстий, нижняя кромка имеет суммарное давление, вызванное реакцией среды на пустоты, существенно больше верхней и создает существенно большую подъёмную силу по отношению к обычной лопасти на тех же скоростях и углах атаки соответственно в минусовую и плюсовую сторону.

Таким образом, использование изобретения «Способ создания подъёмной силы лопасти или тяги винта и эжекторная лопасть Ольховского» позволяет достичь существенного выигрыша в энергетике летательного аппарата и/или вертолета при их движении в воздухе за счет создания значительно большей подъёмной, тянущей или толкающей силы (в два-три раза) при одинаковых затратах энергии.