МАШУ Щ Е ГО К Р Ы Л А.

МЕХАНИЗМ УГЛОВЫХ КОЛЕБАНИЙ КРЫЛА

(группа изобретений)

Область техники

Изобретение относится к машущим движителям, в частности к устройству для колебания крыла и может быть использовано в авиации, мор- ском транспорте и альтернативной энергетике (ветряные и гидроэнергетиче- ские установки).

Предшествующий у овень техники

Из предшествующего уровня техники известен, ряд патентов имею- щих общие решения, в которых используется кривошигшо-коромысяовый механизм.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению машущего движителя по совокупности признаков является «Apparatus for oscillating а loti in a fluid» (US 2011/0255971 A 1 , кл. B63H 1/36, 2011). Предложенный в указанно патенте механизм представляет собой устройства из двух криво- шипно-коромысловых механизмов и крыла. Первый кривошинно- коромысловый механизм обеспечивает поступательное перемещение крыла вверх и вниз по радиусу сектора качения коромысла. Второй кривоншгшо- коромысловый механизм обеспечивает колебание крыла с определенной ам- плитудой.

Недостатком данного технического решения является статическая и динамическая неуравновешенность, вызывающая критическую вибрацию и не дающая возможность увеличения частоты колебаний крыл, что приводит к увеличению размеров крыла и механизма. Ограничения частоты колебаний с использованием редукторов е большим передаточным отношением от приво- да двигателя не позволяют испол ьзование данного метода машущего крыла в авиации.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлена заявляемая группа изобре- тений, является создание машущего движителя обеспечивающего сбаланси- рованное поступательное и колебательное движение крыла и эффективного механизма угловых колебаний крыла

Технический результат заключается в разработке и создании паралле- лограммного механизма машущего крыла, обеспечивающего сбаланеирован- ное уравновешенное поступательное и колебательное движение крыла, и эф- фективного механизма угловых колебаний крыла с качающейся шайбой, имеющего прямую простую кинематическую связь с параллело грамм ньш механизмом машущего крыла, и обеспечивающего равномерное распределе- ние крутящего момента крыла по всей его длине.

Указанный технический результат в предлагаемом параллелограмм- ном механизме машущего крыла достигается тем, что в механизм, содержа- щмй крыло и ведущий вал с закрепленным кривошипом поступательных пе~ ремещеяий крыла, имеющий кинематическую связь с валом двигателя и ме- ханизм угловых колебаний крыла имеющий кинематическую связь с пово- ротным крылом, согласно изобретению дополнительно введены один и более ведомый вал и кривошипы, закрепленные параллельно на ведущем и ведо- мом (~ых) вале, образующие совместно с плоскостью крыла кривошипно- шатунный параллелограмм, при этом все кривошипы имеют единый размер, а ведомый вал (-ы) расположен параллельно ведущему валу вдоль направле- ния движения транспортного средства, крыло шарнирно соединено с меха- низмом угловых колебаний крыла, при этом механизм (-ы) угловых колеба- ний крыла закреплен на пальце (-ах) кривошипа (-ов), а ось колебани крыла проходит перпендикулярно оси ведомого (-ых) вала через оси пальцев кри- вошииов. Ведомый вал (-ы) имее т ню кинема тических связи с ведущим ва- лом через карданный вал, конический угловой редуктор и ременно-зубчатую передачу в соотношении 1/1 , а также через крыло _» где крыло выполняет роль шатуна паралделограммного механизма. Ведущий и ведомый валы имеют второй кривошип на противоположных концах валов с закрепленным на них крылом с механизмами угловых колебаний. Угол сдвига фаз между угловы- ми и поступательными колебаниями равен p/2.

Указанный технический результат достигается также тем, что соглас- но изобретению дополнительно введен механизм угловых колебаний крыла, в который входит качающаяся шайба, содержащая косой вал, являющийся продолжением пальца кривошипа; а также шайба с двумя диаметрально рас- положенными на ней цапфами; вилка, шарнирно закрепленная на цапфах, при этом между косым валом и шайбой помещен отсекающий подшипник, вал вилки жестко закреплен на поворотном валу крыла, ось диаметральных цапф направлена в точку пересечения оси косого вала, оси пальца и оси ко- лебаний крыла, при этом ось цапф и ось колебаний крыла взаимно перненди- кудярны, Вилка соединяется с поворотным валом крыла через резш-гометал- лический шарнир.

Введение одного и более ведомых валов с кривошипами, образу ющи- ми совместно с плоскостью крыла кривошипно-шатунный параллелограмм, обеспечивает сбалансированное уравновешенное поступательное движение крыла.

Введение механизма угловых колебаний крыла с механизмом качаю- щейся шайбы на кривошипах, содержащей косой вал, являющийся продол- жением пальца кривошипа, позволяет равномерно распределить крутящий момент колебаний крыла.

Принцип единства предлагаемых технических решений заключен в следующей взаимосвязи. Парад лелограммный механизм (JIM) машущего крыла включает в свой состав кривошипно-шатунный параллелограмм и ме- ханизм угловых колебаний крыла. Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания сущность предлагаемых технических ренте- ний поясняется с привлечением графических материалов, где на фиг. 1 пред- ставлена кинематическая схема параллелограммного механизма машущего крыла. На фиг. 2 изображена принципиальная схема параллелограммного механизма. На фиг. 3 показаны колебательные и поступательные движения крыла вверх и вниз. На фиг. 4 представлена принципиальная схема антипа- раллелограммного механизма. На фиг. 5 изображен двух-яараллелограммный механизм машущего крыла. На фиг. 6 изображен двух-паралделограммный механиз машущего крыла с рядным расположение крыльев друг за другом. На фиг. 7 - многозвенный параллелограммный механизм машущего крыла. На фиг. 8 представлен механизм угловых колебаний крыла. На фиг.9 иоказа- на аксонометрическая проекция механизма угловых колебаний крыла.

Лучший вариант осуществления изобретения

Параллелограммный механизм машущего крыла (фиг. 1) состоит из ведущего вала 1 и ведомого 2 вала (~ов), имеющих кинематическую связь с приводом двигателя 3. По обоим концам ведущего 1 и ведомого 2 вала (~ов) жестко закреплены кривошипы 4. Крыло 5 соединено с пальцами 6 кривошн- пов 4 через шарниры. Ось крыла 5 проходит перпендикулярно оси валов 1, 2 и через оси пальцев 6 кривошипов 4. На пальце 6 кривошипа 4 расположен механизм 7 угловых колебаний крыла имеющий кинематическую связь с по- воротным крыло 5 через вилку 8 и через резинометаллический шарнир (на схеме не указан). Ведомый кривошипный ва (-ы) 2 имеет дополнительную кинематическую связь с ведущи кривошипным валом 1 посредством угло- вых редукторов 9, карданного вала 10 и зубчато-ременной передачи 11. На противоположном конце кривошипа 4 расположен противовес 12.

Параллелограммный механизм машущего крыла работает следующим образом (фиг. 1).

Вал привода двигателя 3 посредством угловых редукторов 9, кардан- ного вала 10 и зубчато-ременной передачи 11 в соотношении Шприводит во вращение ведущий кривошипный вал 1. Крыло 5, исполняющее роль шатуна шарнирного параллелограмма (фиг. 2), одновременно выполняет круговые и параллельные движения вокруг осей кривошипных валов 1 и 2, при этом по- воротная ось крыла 5, расположенная в перпендикулярной плоскости отно- сительно валов 1 и 2 и образующая с кривошипами кривошипно-шатунный параллелограмм (фиг. 2), выполняет линейные перемещения вверх и вниз (фиг. 3). Механиз 7 угловых колебаний крыла, закрепленный на пальце б кривошипа 4, совершает колебательные движения крыла 5 через вилку 8, жестко закрепленную на поворотном вале крыла 5. Угол сдвига фаз между угловыми колебаниями механизма угловых колебаний крыла и поступатеяь- нымн колебаниями параллелограммного механизма машущего крыла равен я/2.

Ведомый кривошипный вал 2 имеет дополнительную кинематиче- скую связь с ведущим кривошипны валом 1 в соотношении 1/1 посредство угловых редукторов 9, карданного вал 10 и: зубчато-ременной передачи 11, для обеспечения строгого синхронного вращения кривошипов 4 в одном направлении, из-за риска возникновения перехода параллелограмма (фиг. 2) в анти-параллелограм (фиг. 4) в предельных положениях движения меха- низма, из-за неточности при изготовлении и деформации основания крепле- ния кривошипных валов 1 и 2 и крыла 5 при воздействии на них центробеж- ных сил и других воздействий. Для обеспечения статической и динамической уравновешенности, механизм машущего крыла рекомендуется выполнять, как минимум, дву х-паралллеграммным . Соответственно устанавливаются дополнительные кривошипы 6 на противоположных концах валов 1 и 2, при этом на кривошипах могу т бы ть закреплены противовесы 12. На фиг. 5 - частный случай двух-параллелограммно го механизма машущего крыла. Воз- можны различны варианты исполнения, в том числе, последовательное двухрядное расположение крыльев друг за другом (фиг. б), где наблюдается наиболее самоуравновешивающаяся сбалансированная схема, а так же мно- гозвенного однорядного варианта исполнения (фиг. 7). Механизм угловых колебаний - качающаяся шайба (фиг. 8 и 9) со- держит косой вал 13, являющийся продолжением пальца 6 кривошипа 4; шайбу 14 с двумя диаметрально расположенными на шайбе цапфами 15; вил- ку 8, шарнирно закрепленную на цапфах 15; при этом между косым валом 13 и шайбой 14 помещен отсекающий подшипник 16. Вал вилки 8 жестко за- креплен на поворотно вале крыла через резинометаллический шарнир 17. Ось цапфы 15 направлена в точку пересечения взаимно перпендикулярных оси наклона качающейся шайбы 14 и оси колебаний крыла 5.

Механизм угловых колебаний, обеспечивает колебания крыла (фиг. 9) следующим образом.

При вращении кривошипных валов 1 и 2 шайба 14, увлекаемая косы валом 13, жестко закрепленным на пальце 6 и удерживаемая вилкой 8, со- вершает вращательное движение вокруг косого вала 13 и угловые колебания. Угловые колебания шайбы 14 через вилку 8 и резинометаллический шарнир 17 передаются валу крыла 5.

Промышленная применимость

Применение в авиации, предлагаемого в настоящем изобретении ме- ханизма машущего крыла, позволит использовать эффект Коанда для само- летав короткого взлета и посадки (STOL), подобно ранее заявленным патенту RU 2457154С2 «Самолет с колеблющимися предкрылками» и проекту «FanWing».(htp://www.fanwing.com).

При дополнительном введении туннельного воздуховода должно обеспечиться увел ичение тяги, подобно недавно заявленному проекту Voleri- ап (https://voleiian.com), для которого предложенный механизм машущего крыла является достойной альтернативой, потому как наилучшие пропуль- сивмые качества но силе тяги и коэффициен ту полезного действия достига- ются в случае возвратно-поступательных вертикальных и угловых колебаний крыла.

Применение на морском транспорте предлагаемых движителей поз- волит увеличить коэффициент полезного дейс твия. Движитель с предлагаемым в настоящем изобретении механизмом машущего крыла может быть использован также в ветро- и гидроэнергетике на участках имеющих постоянное направление потоков воздуха или воды.