АВИАЦИОННОГО ПРИВОДА.

Предлагаемое изобретение относится к двигателестроению, а именно, к конструктивным элементам авиационных двигателей, а более конкретно, к системе повышения эффективности и управляемости авиационного привода летательного аппарата.

Привод (рус. движитель, англ. driver, mover, propeller, Vehicle propulsion, нем. Bewegungsantrieb m, Antriebsvorrichtung f, Triebwerk n, Antrieb m) - это устройство, предназначенное для придания движения определенному транспортному средству [информация с сайта http://uk.wikipedia.org/ iki/Pymifl].

Наиболее близкой к предлагаемой по количеству существенных признаков является система повышения эффективности и управляемости авиационным приводом летательного аппарата, содержащая авиационный двигатель, на валу которого установлен рабочий воздушный винт, а система снабжена электрогенератором, выход которого подключен к нагрузке [Патент 2359132 Россия, МПК (2006.01) F01D15/10, F02K3/04; опубликовано 20.06.2009]. В названном документе описан газотурбинный двигатель, который включает турбокомпрессор с компрессором и камерой сгорания, а также две электрические машины - электродвигатель, установленный перед компрессором и электрогенератор, встроенный в турбину, соединенную с валом компрессора.

В описанной системе после воздушного винта образуется закрученный по спирали поток воздуха. Тяговое усилие такого винта является равнодействующей тангенциальных сил к спирально закрученным потокам, что существенно снижает тягу авиационного двигателя.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача создания такой системы повышения эффективности и управляемости авиационным приводом летательного аппарата, которая позволила бы уменьшить закручивание воздушных потоков после рабочего воздушного винта. Поставленная задача решается за счет размещения за рабочим воздушным винтом дополнительного аэродинамического элемента - вспомогательного винта, который пропускает и одновременно выравнивает воздушный поток.

Предлагаемая, как и известная система повышения эффективности и управляемости авиационным приводом летательного аппарата, содержащий авиационный двигатель, на валу которого установлен рабочий воздушный винт, а система снабжена электрогенератором, выход которого подключен к нагрузке, согласно изобретению, система дополнена вспомогательным винтом, расположенным соосно на одном валу за рабочим воздушным винтом с возможностью его свободного вращения и кинематически соединенного с ним ротора электрогенератора.

Особенностью предлагаемой системы является и то, что вспомогательный винт обеспечен концентрирующим кольцом, жестко прикрепленным к концам его лопастей.

Указанное концентрирующее кольцо позволяет повысить эффективность вспомогательного винта за счет увеличения его жесткости и уменьшения уровней упругого деформирования его лопастей во время работы привода, что способствует поддержанию стабильности работы привода.

Предлагаемая система позволяет преобразовать воздушный поток за рабочим воздушным винтом в давление, воздействующее на лопасти вспомогательного винта, которые выпрямляют воздушный поток.

Длина лопастей рабочего воздушного и вспомогательного винтов одинаковая, а количество лопастей рабочего воздушного и вспомогательного винтов разное. Авторами расчетно-экспериментальным путем установлено, что для создания выпрямляющего эффекта лопасти вспомогательного винта должны вращаться с меньшей угловой скоростью V ₂ чем угловая скорость V _t рабочего воздушного винта, что приводит к преобразованию силы Fi - после рабочего воздушного винта - в силу F ₂ - после вспомогательного винта, а количество лопастей вспомогательного винта при этом должно быть больше, чем количество лопастей рабочего воздушного винта и не быть кратным количеству лопастей рабочего воздушного винта.

Для управления работой вспомогательного винта - уменьшения или увеличения его угловой скорости - увеличивают или уменьшают нагрузку электрогенератора и, таким образом, притормаживают или увеличивают скорость вращения вспомогательного винта.

Во время проведения патентно-информационных исследований при подготовке настоящей заявки авторами не обнаружены системы повышения эффективности и управляемости авиационным приводом летательного аппарата с указанной выше совокупностью существенных признаков, что доказывает соответствие заявляемого технического решения критерию изобретения "новизна".

Технический результат, полученный в результате осуществления предлагаемого изобретения, состоит в возможности преобразования энергии воздушного потока за рабочим воздушным винтом в давление, воздействующее на лопасти вспомогательного винта, которые выпрямляют воздушный поток и одновременно служат для получения электрической энергии и ее утилизации. Указанный технический результат в известных технических решениях, которые вошли в уровень техники, авторами не выявлен, поэтому предлагаемая система может быть признана соответствующей критерию изобретения "изобретательский уровень".

Предлагаемая система повышения эффективности и управляемости авиационным приводом летательного аппарата состоит из конструктивных элементов, для изготовления которых используют известные на сегодняшний день технологические приемы, устройства и материалы. Предлагаемая система может быть использована в различных отраслях промышленности, в частности в конструкциях приводов летательных аппаратов, которые перевозят грузы и пассажиров, осуществляют различные исследования с воздуха поверхности земли и атмосферы и т.п., а потому можно сделать вывод о том, что предлагаемое решение соответствует критерию изобретения «промышленная применимость». Сущность предлагаемого изобретения объясняется схематическими чертежами.

На фиг.1 показан общий вид предлагаемой системы повышения эффективности и управляемости авиационным приводом летательного аппарата.

На фиг.2 показаны форма и направления воздушных потоков после рабочего воздушного винта и после вспомогательного винта, где V] - угловая скорость рабочего воздушного винта, V ₂ - угловая скорость вспомогательного винта; F F ₂ - силы воздушных потоков, соответственно, после рабочего воздушного винта и после вспомогательного винта.

Предлагаемая система повышения эффективности и управляемости авиационным приводом летательного аппарата включает авиационный двигатель 1, на валу 2 которого установлен рабочий воздушный винт 3. В состав системы входит электрогенератор 4, выход которого подключен к нагрузке - к бортовым потребителям электроэнергии, которыми могут быть, например, системы освещения или обогрева салона самолета /не показано/. Система снабжена вспомогательным винтом 5, расположенным соосно на одном валу 2 за рабочим воздушным винтом 3 с возможностью его свободного вращения на подшипниковом узле 6 на валу 2 под действием воздушного потока от рабочего воздушного винта 3. Вспомогательный винт 3 кинематически соединен с ротором электрогенератора 4. На концах лопастей вспомогательного винта 5 жестко закреплено концентрирующее кольцо 7.

Предлагаемая система повышения эффективности и управляемости авиационным приводом летательного аппарата работает так.

Авиационный двигатель 1 вращает рабочий воздушный винт 3, установленный на валу 2, который создает закрученный по спирали воздушный поток. Вспомогательный винт 5 свободно вращается на подшипниковом узле 6 и передает вращательное движение на ротор электрогенератора 4. Электрогенератор 4 вырабатывает электроэнергию на нужды бортовых потребителей энергии летательного аппарата /не показано/. При этом лопасти вспомогательного винта 5, установленные на пути закрученного по спирали воздушного потока, созданного рабочим воздушным винтом 3, пропускают и одновременно уменьшают закручивание указанного воздушного потока, что увеличивает тягу привода и повышает эффективность авиационного двигателя .

Уменьшая или же увеличивая нагрузку электрогенератора 4 - тормозят или повышают скорость вращения вспомогательного винта 5, достигая оптимальной тяговой характеристики привода. Концентрирующее кольцо 7, при этом способствует поддержанию стабильности работы привода. Для более плавного управления работой вспомогательного винта 5 система может быть обеспечена устройством для управления шагом и углом поворота лопастей вспомогательного винта 5 /не показано/.

Предлагаемая система позволяет повысить коэффициент полезного действия авиационного привода и может быть использована, в частности, в летательных аппаратах, которые работают на солнечных батареях за счет создания условий для возврата, произведенной электрогенератором 4 энергии в аккумуляторы летательного аппарата без уменьшения тяги авиационного привода.