Патент на изобретение №2376202

(54) ЛОПАСТЬ НЕСУЩЕГО ВИНТА

(57) Реферат:

Изобретение относится к летательным аппаратам. Лопасть (1) несущего винта состоит из комля и пера лопасти, профили которого образованы нижней, верхней и лобовой плоскими поверхностями. Лопасть содержит ячейки (2), в которых выполнены гребни (3) от верхней (4) до нижней (5) кромки лопасти с нарастающей высотой и шириной. Гребни (3) с нижней кромки лопасти начинаются плоским закругленным ребром, выступающим за верхнюю кромку лопасти на 1,5-1,7% ширины лопасти, и составляют с верхней кромкой лопасти угол 110°. Внутренняя сторона гребня наклонена к высоте от своего основания на 42-45°. Основание гребня составляет от 1/5 до 1/3 длины ячейки. Внутренняя поверхность гребня составляет с нижней кромкой лопасти угол 45°, а наружная сторона – угол 120°. На внутренней стороне гребня выполнена канавка (8), уширяющаяся книзу в форме желоба. Высота гребня и соответственно канавка максимальны у комля и по мере удаления к концу лопасти уменьшаются пропорционально последовательно, начиная от 1/3 длины лопасти каждый на 10% от первоначального. Изобретение повышает КПД воздушного винта и снижает шум во время работы. 1 ил.

Изобретение относится к летательным аппаратам, в частности к лопастям несущих винтов вертолета, глиссера и т.п., где крутящий момент винта придает массе воздуха кинетическую энергию, что позволяет получить аэродинамическую силу.

Известны лопасти самых разнообразных форм.

Изобретение по патенту РФ 2005660 Устройство для создания подъемной силы в летательных аппаратах вертикального взлета и посадки. Изобретение по патенту РФ 2017652 Лопасть для маршевых или тоннельных воздушных винтов.

Изобретение по патенту РФ 2005655 Несущий винт летательного аппарата с гибкими убираемыми лопастями.

Изобретение по патенту РФ 2005656

Скоростной вертолет.

Наиболее близким к предлагаемому является лопасть воздушного винта по патенту РФ 2015062. Сущность изобретения: профили пера лопасти вблизи комля образованы нижней, верхней и лобовой плоскими поверхностями, составляющими острые углы по попередней и задней кромкам. Угол Y у передней кромки равен 45°, угол b у задней кромки – 15°, а участок перехода от верхней к лобовой поверхности скруглен и выполнен по окружности радиуса r, определяемого по скорости V набегающего потока и коэффициенту К, зависящему от степени понижения давления на закруглении стыка поверхностей на спинке профиля в соотношении r=V/K. Верхняя и лобовая поверхности сужаются по мере удаления от комля и сходят на нет на конце лопасти. Радиус r увеличивается по длине к концу лопасти, образуя на конце вместе с нижней поверхностью профиль в форме сегмента с одинаковыми углами b у передней и задней кромок. Кромки на конце лопасти в плане отклонены от оси на угол g и пересекаются под углом 90°. Толщина профилей увеличивается по направлению к комлю. Стык поверхностей на спинках профилей имеет форму, близкую к треугольной, с резким переходом в комлевой стержень.

Недостатком прототипа является то, что перо лопасти не обеспечивает создание такой аэродинамической тяги, которая приблизила бы коэффициент полезного действия к КПД идеального винта.

Задача решается тем, что профили пера лопасти вблизи комля образованы нижней, верхней и лобовой плоскими поверхностями, составляющими острые углы по передней и задней кромкам. Передний угол составляет 45°, задний – 15°, а участок перехода от верхней к лобовой поверхности скруглен и выполнен по окружности радиуса r, определяемого по скорости V набегающего потока, и коэффициенту k, зависящему от степени понижения давления на закруглении стыка поверхностей на спинке профилей в соотношении r=V/k, причем верхняя и лобовая поверхности сужаются по мере удаления от комля и сходят на нет на конце лопасти, а радиус скругления стыка поверхностей увеличивается по длине к концу лопасти, образуя на конце вместе с нижней поверхностью профиль в форме сегмента с одинаковыми углами у передней и задней кромок.

Задача, решаемая изобретением, – повышение КПД и снижение шума во время работы винта.

Сущность изобретения заключается в том, что лопасть несущего винта состоит из комля и пера лопасти, профили которого образованы нижней, верхней и лобовой плоскими поверхностями, причем лопасть содержит ячейки, в которых выполнены гребни от верхней до нижней кромки лопасти с нарастающей высотой и шириной, гребни с нижней кромки лопасти начинаются плоским закругленным ребром, выступающим за верхнюю кромку лопасти на 1,5-1,7% ширины лопасти, и составляют с верхней кромкой лопасти угол 110°, а внутренняя сторона гребня наклонена к высоте от своего основания на 42-45°, основание гребня составляет от ¹/₅ до ¹/₃ длины ячейки, внутренняя поверхность гребня составляет с нижней кромкой лопасти угол 45°, а наружная сторона – угол 120°, на внутренней стороне гребня выполнена канавка, уширяющаяся книзу в форме желоба, высота гребня и соответственно канавка максимальны у комля и по мере удаления к концу лопасти уменьшаются пропорционально последовательно, начиная от ¹/₃ длины лопасти каждый на 10% от первоначального.

Выступ ребра разрезает набегающий воздушный поток по всей длине лопасти, образующий впереди угла атаки волны – солитоны, которые оказывают вредное влияние на пограничной зоне захвата воздушной массы лопастями. Здесь усматривается некоторое уменьшение силы воздействия отрицательной тяги в зоне обратного обтекания и вызываемая этим вибрация винта за счет дробления и направленности воздушного потока ребром по всей длине лопасти, уменьшая срыв потока с профиля лопасти, а также понижая шум винта путем ослабления волнового сопротивления. По внутренней середине гребня, начиная с верхней кромки лопасти, проходит канавка, уширяющаяся книзу в форме желоба до нижней кромки, при этом часть натекающего воздушного потока на подъемную плоскость направляется по кривой гребня и желобу, создавая большее векторное давление на стенки. Как известно, при прохождении принудительного воздушного потока по искривленной линии создается эффект закручивания, где в данном случае он создает эту силу закручивания, дающую момент ввинчивания всего винта в воздушный поток.

На чертеже изображена лопасть несущего винта 1, где в ячейках 2 лопасти расположены сегментообразные гребни 3 от верхней кромки 4 до нижней кромки 5, с нарастающей высотой до нижней кромки так, чтобы кривая гребня 6 к нижней кромке образовала угол 45° по отношению к нижней кромке плоскости лопасти. Выступ ребра 6 имеет угол 110° по отношению к верхней кромке плоскости лопасти и разрезает набегающий воздушный поток по всей длине лопасти, образующий впереди угла атаки волны – солитоны, направляя по кривой гребня, которые увеличивают подъемную силу винта, а следовательно, КПД и уменьшают шум винта на пограничной зоне захвата воздушной массы лопастями. Здесь усматривается некоторое уменьшение силы воздействия отрицательной тяги в зоне обратного обтекания, и вызываемая этим вибрация винта, за счет дробления этим ребром натекающего воздушного потока 7 и направленности по кривой гребня по всей длине лопасти, уменьшая срыв потока с профиля лопасти, а также понижения шума винта путем ослабления волнового сопротивления. На внутренней поверхности гребня посередине, начиная с верхней кромки лопасти, проходит канавка 8, в форме желоба до нижней кромки, расширяясь пропорционально нарастающей высоте гребня, при этом часть натекающего воздушного потока на подъемную плоскость направляется по желобу, создавая большее векторное давление на стенки.

Наружная часть гребня образует с нижней кромкой лопасти угол 120°. При прохождении воздушного потока между гребнями этот поток частично отталкивается этой стенкой к последующему гребню, усиливая касательную силу, сталкиваясь с искривленным потоком последующего гребня, что дает прирост подъемной силы винта за счет образованного зажатого потока воздуха к нижней кромке. Высота гребня и соответственно желобообразные канавы максимальны у комля, и по мере удаления к концу лопасти уменьшаются последовательно, начиная от ¹/₃ длины лопасти по 10% от первоначального.

Технический результат достигается тем, что выступ ребра на верхней кромке лопасти разрезает набегающий воздушный поток, образующий впереди угла атаки волны – солитоны, которые оказывают вредное влияние на пограничной зоне захвата воздушной массы лопастями, способствуя повышению тяги винта, за счет наиболее плотного захвата дробленого потока воздуха подъемной плоскостью лопасти и направляя по кривой гребня, тем самым усиливая боковое давление при прохождении по желобу гребня, что создает некоторый крутящий момент, передающий винту эффект ввинчивания в воздушный поток. Задняя стенка гребня, имея определенный угол по отношению к нижней кромке лопасти, проходящий воздушный поток между гребнями направляет к последующему гребню, искривляя и создавая диффузорное состояние встречными двумя потоками к концу гребня, что создает небольшую тягу у нижней кромки лопасти.

Формула изобретения

Лопасть несущего винта, состоящая из комля и пера лопасти, профили которого образованы нижней, верхней и лобовой плоскими поверхностями, отличающаяся тем, что лопасть содержит ячейки, в которых выполнены гребни от верхней до нижней кромки лопасти с нарастающими высотой и шириной, гребни с нижней кромки лопасти начинаются плоским закругленным ребром, выступающим за верхнюю кромку лопасти на 1,5-1,7% ширины лопасти, и составляют с верхней кромкой лопасти угол 110°, а внутренняя сторона гребня наклонена к высоте от своего основания на 42-45°, основание гребня составляет от 1/5 до 1/3 длины ячейки, внутренняя поверхность гребня составляет с нижней кромкой лопасти угол 45°, а наружная сторона – угол 120°, на внутренней стороне гребня выполнена канавка, уширяющаяся книзу в форме желоба, высота гребня и, соответственно, канавка максимальны у комля, и по мере удаления к концу лопасти уменьшаются пропорционально последовательно, начиная от 1/3 длины лопасти каждый на 10% от первоначального.

РИСУНКИ