RU2380281C1 - Method and device to move in gaseous or fluid medium - Google Patents
Method and device to move in gaseous or fluid medium Download PDFInfo
- Publication number
- RU2380281C1 RU2380281C1 RU2008116646/11A RU2008116646A RU2380281C1 RU 2380281 C1 RU2380281 C1 RU 2380281C1 RU 2008116646/11 A RU2008116646/11 A RU 2008116646/11A RU 2008116646 A RU2008116646 A RU 2008116646A RU 2380281 C1 RU2380281 C1 RU 2380281C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flow
- fan
- medium
- blades
- axis
- Prior art date
Links
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к транспортным аппаратам, а более точно касается транспортных аппаратов, перемещаемых в газообразной или жидкой среде, и может быть использовано в летательных аппаратах вертикального взлета и посадки.The invention relates to transport vehicles, and more particularly relates to transport vehicles moved in a gaseous or liquid medium, and can be used in aircraft of vertical take-off and landing.
В настоящее время известен способ создания движущей силы для транспортных аппаратов, перемещающихся в жидкой или газообразной среде, например, для летательных аппаратов вертикального взлета и посадки, обладающих элементами конструкции с винтом. Известен способ создания движущей силы вертолетов, включающих различные конструкции с вертикально ориентированным винтом (см. Изаксон A.M. Советское вертолетостроение М.: Машиностроение, 1991). В способе посредством винта внешняя среда (воздух) приводится преимущественно в аксиальное движение в направлении вдоль оси винта, чем создается аксиально-направленный импульс, формирующий движущую силу, приводящую аппарат в движение. Недостатком способа является невысокая эффективность преобразования мощности двигателя в усилие и большие габариты винта, выходящие за размеры корпуса аппарата. Кроме того, необходимость управления вращающимися лопастями усложняет его конструкцию и увеличивает стоимость. Всем этим ухудшается его безопасность и сужается область его применения.Currently, a known method of creating a driving force for vehicles moving in a liquid or gaseous medium, for example, for aircraft of vertical take-off and landing, having structural elements with a screw. There is a method of creating the driving force of helicopters, including various designs with a vertically oriented propeller (see Isaxon A.M. Soviet Helicopter Engineering M .: Mechanical Engineering, 1991). In the method, by means of a screw, the external medium (air) is predominantly driven axially in the direction along the axis of the screw, thereby creating an axially directed impulse that generates a driving force that drives the apparatus. The disadvantage of this method is the low efficiency of converting engine power into force and large screw dimensions that go beyond the dimensions of the apparatus body. In addition, the need to control rotating blades complicates its design and increases cost. All this worsens its safety and narrows its scope.
Известен способ создания движущей силы летательного аппарата осесимметричной конструкции с центробежным винтом (см. патент США №2,807,428 от 24.09.1957). В этом способе внутри осесимметричной конструкции посредством центробежного винта и искривленного воздухопровода внешнюю среду приводят преимущественно в аксиальное движение вдоль оси винта, чем создается аксиально-направленный импульс, формирующий перемещающую аппарат силу. Недостатком способа является низкая эффективность преобразования в движущую силу аппарата мощности двигателя и вращения центробежного винта. Это обусловлено неполным использованием возможностей винта при размещении его в корпусе и паразитным влиянием индуктивного сопротивления, возникающего при взаимодействии аксиального потока воздуха и днища аппарата, чем сужается область его применения.There is a method of creating a driving force of an aircraft of an axisymmetric design with a centrifugal screw (see US patent No. 2,807,428 of 09.24.1957). In this method, inside the axisymmetric structure, by means of a centrifugal screw and a curved air duct, the external medium is predominantly axially moved along the axis of the screw, thereby creating an axially directed impulse forming the force that moves the apparatus. The disadvantage of this method is the low efficiency of conversion into a driving force of the apparatus of engine power and the rotation of the centrifugal screw. This is due to the incomplete use of the capabilities of the screw when placing it in the housing and the parasitic effect of inductive resistance arising from the interaction of the axial air flow and the bottom of the apparatus, which narrows the scope of its application.
Наиболее близким к изобретению по сущности и достигаемому результату является способ создания движущей силы летательного аппарата осесимметричной конструкции с центробежным винтом (см. патент США №3,915,411 от 28.10.1975).Closest to the invention in essence and the achieved result is a method of creating a driving force of an aircraft of an axisymmetric design with a centrifugal screw (see US patent No. 3,915,411 of 10/28/1975).
В способе в осесимметричной конструкции на этапе старта аппарата посредством центробежного винта внешнюю среду приводят преимущественно в радиальное движение от оси винта. Поток среды, пройдя над передней поверхностью аппарата, попадает на его периферию в отклоняющие лопатки, которые и создают аксиально-направленный импульс, формирующий подъемную силу. Недостатком способа является низкая эффективность преобразования в движущую силу аппарата мощности двигателя и вращения центробежного винта. Это обусловлено неполным использованием возможностей винта и потока среды. Поскольку аксиальная составляющая, полученная потоком среды, полностью исчезает при достижении им днища винта и корпуса аппарата и паразитным влиянием индуктивного сопротивления, возникающего при взаимодействии аксиального потока воздуха и днища аппарата, чем сужается область его применения.In the method in an axisymmetric design, at the stage of starting the apparatus by means of a centrifugal screw, the external medium is mainly brought into radial movement from the axis of the screw. The flow of the medium, passing over the front surface of the apparatus, falls on its periphery into the deflecting blades, which create an axially directed impulse that forms the lifting force. The disadvantage of this method is the low efficiency of conversion into a driving force of the apparatus of engine power and the rotation of the centrifugal screw. This is due to the underutilization of the screw and medium flow capabilities. Since the axial component obtained by the medium flow completely disappears when it reaches the bottom of the screw and the apparatus body and the parasitic influence of inductive resistance arising from the interaction of the axial air flow and the bottom of the apparatus, which narrows the scope of its application.
Известен транспортный аппарат, перемещаемый в среде, например, летательный аппарат, включающий элементы конструкции с осевой симметрией и винт, выполненный в виде центробежного компрессора, содержащего радиальные лопатки. Он характеризуется тем, что винт размещен внутри осесимметричной конструкции, не выходит за ее размеры и создает поток воздуха, направленный вдоль оси устройства (см. патент США №2,807,428 от 24.09.1957). В этом устройстве внутри осесимметричной конструкции посредством центробежного винта внешнюю среду приводят преимущественно в аксиальное движение на выходе из аппарата, чем создается импульс, формирующий движущую силу, приводящую его в движение. Недостатком является низкая эффективность преобразования мощности вращения центробежного винта в движущую силу аппарата. Это обусловлено неполным использованием возможностей винта при размещении его в корпусе и паразитным влиянием индуктивного сопротивления, возникающего при взаимодействии аксиального потока воздуха и днища аппарата, чем сужается область его применения.Known transport vehicle, moved in the environment, for example, an aircraft, including structural elements with axial symmetry and a screw made in the form of a centrifugal compressor containing radial blades. It is characterized by the fact that the screw is placed inside an axisymmetric structure, does not go beyond its dimensions and creates an air flow directed along the axis of the device (see US patent No. 2,807,428 of 09.24.1957). In this device, inside the axisymmetric design, by means of a centrifugal screw, the external medium is predominantly brought into axial motion at the outlet of the apparatus, which creates a pulse that generates a driving force that sets it in motion. The disadvantage is the low efficiency of converting the rotation power of the centrifugal screw into the driving force of the apparatus. This is due to the incomplete use of the capabilities of the screw when placing it in the housing and the parasitic effect of inductive resistance arising from the interaction of the axial air flow and the bottom of the apparatus, which narrows the scope of its application.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является транспортный аппарат, перемещаемый в среде, например, летательный аппарат, включающий элементы конструкции с осевой симметрией и винт, выполненный в виде центробежного вентилятора, содержащего радиальные лопатки. Он характеризуется тем, что винт на этапе старта размещен над осесимметричной конструкцией, не выходит за ее размеры и создает радиальный поток воздуха, направленный от оси устройства (см. патент США №3,915,411 от 28.10.1975). В этом устройстве посредством центробежного винта внешнюю среду на этапе старта приводят в радиальное движение над аппаратом, а затем посредством лопаток поворачивают аксиально, чем создается импульс, формирующий подъемную силу, приводящую его в движение. Недостатком является низкая эффективность преобразования мощности вращения центробежного винта в движущую силу аппарата.Closest to the invention in technical essence and the achieved result is a transport device that is moved in a medium, for example, an aircraft, which includes structural elements with axial symmetry and a screw made in the form of a centrifugal fan containing radial blades. It is characterized by the fact that the screw at the start stage is placed above the axisymmetric structure, does not go beyond its dimensions and creates a radial air flow directed from the axis of the device (see US patent No. 3,915,411 of 10/28/1975). In this device, by means of a centrifugal screw, the external medium at the start-up stage is brought into radial motion above the apparatus, and then it is rotated axially by means of blades, which creates a pulse that forms the lifting force that sets it in motion. The disadvantage is the low efficiency of converting the rotation power of the centrifugal screw into the driving force of the apparatus.
Это обусловлено неполным использованием возможностей винта и потока среды. Поскольку аксиальная составляющая, полученная потоком среды, полностью исчезает при достижении им днища винта и корпуса аппарата и паразитным влиянием индуктивного сопротивления, возникающего при взаимодействии аксиального потока воздуха и днища аппарата, чем сужается область его применения.This is due to the underutilization of the screw and medium flow capabilities. Since the axial component obtained by the medium flow completely disappears when it reaches the bottom of the screw and the apparatus body and the parasitic influence of inductive resistance arising from the interaction of the axial air flow and the bottom of the apparatus, which narrows the scope of its application.
В основу изобретения положена задача разработать способ и устройство, обладающее высокой эффективностью преобразования мощности привода в движущую силу аппаратов, перемещаемых в жидкой и газовой среде, в частности летательных аппаратов.The basis of the invention is the task of developing a method and a device having high efficiency of converting drive power into the driving force of vehicles moving in a liquid and gas medium, in particular aircraft.
Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является расширение области применения транспортных аппаратов.The technical result achieved by the implementation of the invention is to expand the scope of transport vehicles.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что реализуется способ создания в газовой или жидкой среде движущей силы транспортного аппарата с осевой симметрией, перед передней поверхностью которого создают поток среды, с радиально расходящимся и азимутальным движением, характеризующийся тем, что под областью радиального и азимутального движения потока создают разрежение, для чего сумма радиальной и азимутальной составляющих потока, по меньшей мере, вдвое, должна превышать скорость движения аппарата, причем траектории движения внешней среды, подсасываемой в область разрежения, искривляют так, чтобы к передней поверхности аппарата они подходили касательно, для чего в области формирования радиального потока траектории отклоняют от оси, а на остальной части передней поверхности их отклоняют к оси аппарата без потери аксиальной составляющей импульса потока.The problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the method of creating a driving force of a transport device with axial symmetry in a gas or liquid medium is realized, in front of the front surface of which a flow of medium is created, with radially diverging and azimuthal motion, characterized in that under the region radial and azimuthal motion of the flow creates a vacuum, for which the sum of the radial and azimuthal components of the flow, at least twice, must exceed the speed of the apparatus moreover, the trajectories of the external environment, sucked into the rarefaction region, are bent so that they approach the front surface of the apparatus tangentially, for which, in the region of radial flow formation, the trajectories deviate from the axis, and on the rest of the front surface they are deviated to the axis of the apparatus without axial component of the flow momentum.
При этом транспортный аппарат, включающий корпус с осевой симметрией и устройство формирования радиального потока среды, выполненное в виде центробежного вентилятора с лопатками, размещенного перед поверхностью осесимметричного корпуса, характеризуется тем, что лопатки содержат участок, изогнутый в направлении движения, и плоский участок, продольные размеры вентилятора больше или сравнимы с радиусом, он имеет формирующее днище, которое пересекает плоский участок лопаток, выполнено конусным и проницаемым для среды, поверхность аппарата профилирована, участок под вентилятором выполнен плоским, а при размерах, больших размеров лопаток, корпус искривлен к оси.Moreover, the transport apparatus, including a housing with axial symmetry and a device for forming a radial flow of the medium, made in the form of a centrifugal fan with blades, located in front of the surface of the axisymmetric body, is characterized in that the blades contain a section curved in the direction of movement and a flat section, longitudinal dimensions the fan is larger or comparable with the radius, it has a forming bottom that intersects the flat portion of the blades, made conical and permeable to the medium, the surface of the apparatus This is profiled, the area under the fan is made flat, and with the dimensions of the large sizes of the blades, the body is curved to the axis.
Возможен транспортный аппарат, который дополнительно содержит, по меньшей мере, одно кольцевое крыло, которое размещено напротив лопаток вентилятора в потоке среды, радиально расходящемся от него.A transport apparatus is possible, which further comprises at least one annular wing, which is located opposite the fan blades in a medium flow radially diverging from it.
Возможен транспортный аппарат, который дополнительно содержит направляющие лопатки, которые размещены за центробежным вентилятором на корпусе аппарата.A transport apparatus is possible, which further comprises guide vanes, which are located behind the centrifugal fan on the apparatus body.
Возможен транспортный аппарат, который дополнительно содержит управляющие плоскости, которые размещены на корпусе и крыле аппарата.A transport apparatus is possible, which further comprises control planes that are located on the body and wing of the apparatus.
Другие преимущества настоящего изобретения будут ясны из подробного описания конкретных вариантов выполнения и прилагаемого чертежа, на котором схематически дан аппарат, перемещаемый в газовой или жидкой среде.Other advantages of the present invention will be apparent from the detailed description of specific embodiments and the attached drawing, which schematically shows an apparatus moving in a gas or liquid medium.
Транспортный аппарат представляет собой конструкцию, включающую корпус 1, с осевой симметрией, содержащий в себе привод вентилятора, систему управления и полезную нагрузку, например экипаж. И выполненный в виде центробежного вентилятора винт 2, содержащий радиальные лопатки 3. Винт размещен перед поверхностью осесимметричной конструкции корпуса, не выходит за ее размеры. Винт 2 может быть открыт с обоих его торцов. Лопатки 3 вентилятора 2 содержат входной профилированный участок 4, изогнутый в направлении движения лопатки, и плоский основной участок 5, ориентированный вдоль оси компрессора. Высота винта сравнима с его радиусом. В этом случае поток среды, входящей в диск, отклоняется действием центробежной силы от оси, и до достижения донной части ротора поток ускоренным выходит из вентилятора. Лопатки в их профилированной части наклонены, но так, чтобы сумма скоростной составляющей давления и давления в потоке в винте не превышали внешнее давление среды вне аппарата. Винт должен формировать скоростной поток и разрежение среды на всем его пути в области передней поверхности аппарата. Центробежный вентилятор 2 содержит формирующее днище 6. Оно выполнено конусным, проницаемым для среды и таким образом, что оно пересекает плоский участок 6 лопаток. Оптимальный угол наклона днища (у основания) при малой скорости аппарата лежит в области 30°. С ростом рабочей скорости движения аппарата угол наклона диска увеличивается, а профиль становится более сложным, чем просто конус.The transport apparatus is a structure comprising a housing 1, with axial symmetry, comprising a fan drive, a control system and a payload, for example, a crew. And screw 2 made in the form of a centrifugal fan, containing radial blades 3. The screw is placed in front of the surface of the axisymmetric structure of the casing, does not go beyond its dimensions. Screw 2 can be opened from both ends. The blades 3 of the fan 2 contain an input profiled section 4, curved in the direction of movement of the blades, and a flat main section 5, oriented along the axis of the compressor. The height of the screw is comparable to its radius. In this case, the flow of medium entering the disk is deflected by the centrifugal force from the axis, and until the bottom of the rotor reaches the accelerated flow, it leaves the fan. The blades in their profiled part are inclined, but so that the sum of the velocity component of the pressure and pressure in the flow in the screw does not exceed the external pressure of the medium outside the apparatus. The screw should form a high-speed flow and rarefaction of the medium along its entire path in the region of the front surface of the apparatus. The centrifugal fan 2 contains a forming bottom 6. It is made conical, permeable to the medium and so that it intersects the flat section 6 of the blades. The optimum angle of inclination of the bottom (at the base) at a low speed of the apparatus lies in the region of 30 °. With an increase in the operating speed of the apparatus, the angle of inclination of the disk increases, and the profile becomes more complex than just a cone.
Транспортный аппарат может дополнительно содержать направляющие лопатки 7, которые размещены за центробежным вентилятором. Лопатки выполнены прямыми вдоль оси аппарата, а в плоскости, перпендикулярной его оси, они профилированы. На входе лопатки имеют наклон в 45° к радиусу, а на выходе параллельны ему. Лопатки переводят аксиально закрученный поток в чисто радиальный поток, и при этом они в их хвостовой части могут разворачиваться, тем самым управляя вращением аппарата вокруг его оси.The transport apparatus may further comprise guide vanes 7, which are located behind the centrifugal fan. The blades are made straight along the axis of the apparatus, and in the plane perpendicular to its axis, they are profiled. At the entrance, the blades have an inclination of 45 ° to the radius, and at the exit they are parallel to it. The blades translate the axially swirling flow into a purely radial flow, and at the same time they can be deployed in their tail section, thereby controlling the rotation of the apparatus around its axis.
Корпус транспортного аппарата можно выполнить так, чтобы он играл роль крыла, а его поверхность профилировать в виде плоскости, которая на радиусе, большем размеров лопаток вентилятора 8, искривлена к оси, чтобы поток протекал выше и касался его.The body of the transport apparatus can be made so that it plays the role of a wing, and its surface is profiled in the form of a plane that, at a radius larger than the size of the fan blades 8, is curved to the axis so that the flow flows higher and touches it.
Кольцевое крыло транспортного аппарата 9 может быть также размещено на консолях напротив лопаток вентилятора в радиально расходящемся потоке среды.The annular wing of the transport apparatus 9 can also be placed on consoles opposite the fan blades in a radially diverging flow of the medium.
Транспортный аппарат может дополнительно содержать управляющие плоскости, которые размещены на корпусе и крыле аппарата.The transport apparatus may further comprise control planes that are located on the body and wing of the apparatus.
Способ создания в газовой или жидкой среде движущей силы транспортного аппарата с осевой симметрией характеризуется тем, что перед передней поверхностью всей его осесимметричной конструкции создают поток среды с преимущественно радиально расходящимся движением, который касательно обтекает эту поверхность. При этом поток среды создают центробежным вентилятором 2 с помощью профилированных участков радиальных лопаток 5, изогнутых в направлении движения. Поток внутри центробежного вентилятора 2 захватывают и направляют его от оси и вдоль оси ротора. Профилированные участки радиальных лопаток наклонены так, что поток имеет аксиальную составляющую и при этом он азимутально закручен. В результате действия центробежной силы в потоке формируется радиальная составляющая. В целом движение потека среды представляет собой винтовое расходящееся движение.The method of creating a driving force of a transport apparatus with axial symmetry in a gas or liquid medium is characterized in that a medium stream with a predominantly radially diverging movement that tangentially flows around this surface is created in front of the front surface of its entire axisymmetric structure. In this case, the medium flow is created by a centrifugal fan 2 using profiled sections of radial blades 5, curved in the direction of movement. The flow inside the centrifugal fan 2 is captured and directed from the axis and along the axis of the rotor. The profiled sections of the radial blades are inclined so that the flow has an axial component and at the same time it is azimuthally twisted. As a result of the action of centrifugal force, a radial component is formed in the flow. In general, the motion of the medium flow is a spiral diverging movement.
Совместным действием изогнутых участков лопаток и конусного профилированного днища 7 поток ускоряется от оси и при этом ускоряется вдоль оси аппарата. И в результате формируется аксиальное усилие, передаваемое от винта всему аппарату. Профилированное днище 7 выполнено пористым, например, щелевым. Поток частично проникает через щели в пространство ниже днища 7, но действием плоских участков лопаток вращающегося ротора вентилятора он отбрасывается от оси и с потоком выходит из него. Тем самым, перед плоским участком осесимметричного корпуса создается разрежение. Поскольку с нижней стороны этого крыла давление равно атмосферному давлению, то в этой области в целом создается подъемная сила, равная перепаду этих давлений, в пределе, равном скоростному разрежению на нижней крайней кромке лопасти, умноженном на площадь этого участка.By the combined action of the curved sections of the blades and the conical shaped bottom 7, the flow is accelerated from the axis and accelerated along the axis of the apparatus. And as a result, an axial force is formed, transmitted from the screw to the entire apparatus. The profiled bottom 7 is made porous, for example, slotted. The flow partially penetrates through the cracks into the space below the bottom 7, but by the action of flat sections of the blades of the rotating fan rotor it is discarded from the axis and exits from it with the flow. Thus, a vacuum is created in front of the flat portion of the axisymmetric body. Since the pressure on the lower side of this wing is equal to atmospheric pressure, a lifting force is created in this region as a whole, equal to the pressure drop, in the limit equal to the velocity vacuum at the lower extreme edge of the blade, multiplied by the area of this section.
Перепад давления, или разрежение, формируемое на нижней кромке центробежного вентилятора, является динамическим. Поток газа, входящего в вентилятор, от верхней кромки винта пытается нейтрализовать его, но поскольку он действием центробежных сил отклоняется от оси, то в целом в нижней части винта создается разрежение.The pressure drop, or vacuum, formed at the lower edge of the centrifugal fan is dynamic. The flow of gas entering the fan from the upper edge of the screw tries to neutralize it, but since it deviates from the axis by the action of centrifugal forces, a vacuum is generally created in the lower part of the screw.
Плоскость корпуса, на радиусе, большем размеров лопаток вентилятора, искривлена к оси, и поток, выходящий из вентилятора, касается ее. Поскольку скоростной поток, который вытекает из вентилятора, является источником разрежения, а с нижней стороны этого потока находится крыло, то подъемная сила формируется и в этой области крыла. С внешней стороны крыла к области разрежения движется газ (или жидкость). Он ускоряется в области разрежения скоростного потока, и чтобы полученный аксиальный импульс не гасился поверхностью, она выполнена искривленной. Радиус кривизны поверхности близок к радиусу центробежного вентилятора.The plane of the body, at a radius larger than the size of the fan blades, is curved to the axis, and the flow exiting the fan touches it. Since the high-speed flow that flows from the fan is a source of rarefaction, and the wing is located on the lower side of this flow, the lifting force is also formed in this region of the wing. From the outside of the wing, a gas (or liquid) moves to the rarefaction region. It is accelerated in the region of rarefaction of the velocity stream, and so that the received axial momentum is not quenched by the surface, it is made curved. The radius of curvature of the surface is close to the radius of a centrifugal fan.
В процессе движения перед корпусом аппарата, при его взаимодействии со средой, создается скачок давления, тормозящего движение. Но если поток среды, с преимущественно радиально расходящимся движением, создаваемый винтом и касательно обтекающий его поверхность, по меньшей мере, вдвое превышает скорость движения аппарата, то при его движении перед поверхностью формируется и сохраняется область разрежения. Она, наряду с реактивным импульсом среды и является источником силы, ускоряющей аппарат.In the process of movement in front of the body of the device, when it interacts with the environment, a pressure jump is created that inhibits the movement. But if the flow of the medium, with a predominantly radially diverging movement, created by the screw and tangentially flowing around its surface, is at least twice the speed of the apparatus, then when it moves in front of the surface, a rarefaction region is formed and maintained. It, along with the reactive impulse of the medium, is the source of the force accelerating the apparatus.
Длина корпуса аппарата для уменьшения индуктивного сопротивления, вызванного подсосом газа (или жидкости) под днище аппарата, должна быть достаточно большой, сравнимой с диаметром винта или быть его больше, а его форма должна быть достаточно гладкой и без резких скачков огибать корпус.The length of the apparatus body to reduce the inductive resistance caused by the suction of gas (or liquid) under the apparatus bottom should be sufficiently large, comparable with the diameter of the screw or be larger, and its shape should be smooth enough and without abrupt jumps to bend around the case.
Выходящий из центробежного вентилятора поток имеет аксиальную, радиальную и азимутальную составляющие. Лопатки, размещенные за центробежным вентилятором, позволяют направлять и управлять потоком. Лопатки можно выполнить ориентированными вдоль оси и профилировать так, что поток, не теряя своей аксиальной составляющей, будет иметь заданную и управляемую поворотом этих лопаток азимутальную составляющую. Тем самым мы можем управлять вращением аппарата вокруг его оси.The stream leaving the centrifugal fan has axial, radial and azimuthal components. The blades located behind the centrifugal fan allow you to direct and control the flow. The blades can be made oriented along the axis and shaped so that the flow, without losing its axial component, will have a given and controlled azimuthal component controlled by the rotation of these blades. Thus, we can control the rotation of the apparatus around its axis.
Кольцевое крыло транспортного аппарата 9 размещено в радиально расходящемся потоке среды, вытекающем из центробежного вентилятора. Угол наклона кольцевого крыла к потоку является положительным, это позволяет создать дополнительную движущую силу транспортному аппарату. Профиль сечения кольцевого крыла может быть классическим, обычным, например, В-6308 с наклоном к потоку в 10°. Наличие такого крыла может в качестве тормозящей поверхности обеспечивать снижение аппарата в аварийной ситуации. Крыло 9 может быть выполнено из секций, которые в процессе движения, посредством устройства управления поворачивают на необходимый угол наклона к потоку. Важно, что между крыльями возникает эффект передачи импульса с его сохранением большей массе газа. При этом скорость струи падает, но растет весовая эффективность, поскольку для струи газа: Fz/WF (кг/кВт) = 204/vz (м/сек). Кроме того, поскольку нам нет необходимости иметь аэродинамическое качество большим (крыло закреплено), и важна лишь подъемная сила, то возможны изогнутые крылья толстого или тонкого профиля и «открытые» крылья со срывом потока с наличием скачка на верхней грани за его передней кромкой. Крыльев может быть несколько и профилированных особо, для получения максимальной подъемной силы.The annular wing of the transport apparatus 9 is placed in a radially divergent flow of medium flowing from a centrifugal fan. The angle of inclination of the annular wing to the flow is positive, this allows you to create additional driving force to the transport device. The cross-sectional profile of the annular wing can be classic, conventional, for example, B-6308 with an inclination to a stream of 10 °. The presence of such a wing can, as a braking surface, provide a reduction in the apparatus in an emergency. The wing 9 can be made of sections, which in the process of movement, by means of a control device, are turned by the necessary angle of inclination to the flow. It is important that between the wings there is an effect of momentum transfer with its conservation to a larger mass of gas. In this case, the jet velocity decreases, but the weight efficiency increases, since for a gas jet: F z / W F (kg / kW) = 204 / v z (m / s). In addition, since we don’t need to have a high aerodynamic quality (the wing is fixed), and only lift is important, curved wings of a thick or thin profile and “open” wings with flow stall with the presence of a jump on the upper face beyond its leading edge are possible. The wings can be several and specially profiled to obtain maximum lifting force.
Транспортный аппарат может дополнительно содержать управляющие плоскости, которые размещены непосредственно на корпусе аппарата или на закрепленных на корпусе отдельных технологических конструкциях. Это необходимо для эффективного управления аппаратом.The transport apparatus may further comprise control planes that are located directly on the apparatus body or on separate technological structures fixed to the body. This is necessary for effective control of the device.
Для лучшего понимания изобретения приводится пример выполнения устройства.For a better understanding of the invention provides an example implementation of the device.
Рассмотрим вариант, когда угол нагона, помещенного внутри ротора центробежного вентилятора, формирующего конусного профилированного днища, близок к 45°, а высота лопаток вентилятора равна его радиусу. Оценим основные характеристики аппарата.Consider the option when the angle of the surge placed inside the rotor of the centrifugal fan forming the conical shaped bottom is close to 45 °, and the height of the fan blades is equal to its radius. Let's evaluate the main characteristics of the device.
В этом случае радиальная, аксиальная и азимутальная скорости выходящего потока равны, и их можно оценить как: vr=vz=vϕ=ω·Rm.In this case, the radial, axial and azimuthal velocities of the outgoing stream are equal, and they can be estimated as: v r = v z = v ϕ = ω · R m .
Соответственно входной поток воздуха, с учетом удвоения из-за подсоса лопатками, и мощность, затрачиваемая на получение этого потока, составляют:Accordingly, the input air flow, taking into account the doubling due to the suction of the blades, and the power spent on obtaining this flow, are:
где ω - угловая скорость вращения вентилятора;where ω is the angular speed of rotation of the fan;
Rm - наружный радиус вентилятора;R m is the outer radius of the fan;
Ri - внутренний радиус вентилятора в районе кока;R i is the internal radius of the fan in the region of the coca;
ρ - плотность среды;ρ is the density of the medium;
r - текущий радиус элемента потока;r is the current radius of the flow element;
kin=tgα - коэффициент захвата, обусловленный наклоном лопаток α.k in = tgα is the capture coefficient due to the inclination of the blades α.
Подъемная сила создается только аксиальной составляющей этого потока и она равна:The lifting force is created only by the axial component of this flow and it is equal to:
Подъемная сила, создаваемая ниже центробежного винта, плоской частью крыла, формируемого профилированным корпусом аппарата, составляет:The lifting force created below the centrifugal screw by the flat part of the wing formed by the profiled body of the apparatus is:
Подъемная сила, создаваемая ниже центробежного винта, изогнутой частью крыла, формируемого профилированным корпусом аппарата, составляет:The lifting force generated below the centrifugal screw by the curved part of the wing formed by the profiled body of the apparatus is:
где Rout1 - наружный радиус крыла, формируемого корпусом аппарата.where R out1 is the outer radius of the wing formed by the body of the apparatus.
При этом показатель степени определяется суммой двух процессов. Во-первых, тем, что в вытекающей из вентилятора «затопленной струе» скорость потока спадает как корень квадратный. И из-за осевой симметрии струи она спадает обратно пропорционально радиусу. Можно оценить, что Rout≈1.5 Rm и поэтомуMoreover, the exponent is determined by the sum of two processes. Firstly, by the fact that in the “flooded stream” flowing out from the fan, the flow velocity decreases as a square root. And because of the axial symmetry of the jet, it drops in inverse proportion to the radius. It can be estimated that R out ≈1.5 R m and therefore
Ff1≈0.9·π·ρ·ω2Rm 4.F f1 ≈0.9 · π · ρ · ω 2 R m 4 .
Подъемная сила второго крыла, помещенного в расширяющийся поток, будет равна:The lifting force of the second wing, placed in an expanding stream, will be equal to:
Сy≈1.5, a S - площадь крыла. Отсюда можно оценить:С y ≈1.5, and S is the wing area. From here you can evaluate:
где Rout2 - наружный радиус кольцевого крыла;where R out2 is the outer radius of the annular wing;
где Rin2 - внутренний радиус кольцевого крыла;where R in2 is the inner radius of the annular wing;
И общая подъемная сила будет paвнa: F=F1+Fd2+Ff1+Ff2.And the total lifting force will be equal to: F = F 1 + F d2 + F f1 + F f2 .
Поскольку нам важна весовая эффективность устройства, оценим ее:Since the weight efficiency of the device is important to us, we will evaluate it:
При угле наклона входных лопаток к потоку в 15°, kвх≈0.26, a 1/kвх≈4, и эта величина может достигать величины в: Fz/WF (кг/кВт) ≈ 2000/vz (м/сек), что представляет интерес для реализации подобного устройства.At an angle of inclination of the input blades to the flow of 15 °, k in ≈ 0.26, a 1 / k in ≈ 4, and this value can reach a value of: F z / W F (kg / kW) ≈ 2000 / v z (m / sec), which is of interest for the implementation of such a device.
Приведем таблицу некоторых вариантов реализации устройстваHere is a table of some embodiments of the device
Таким образом, предлагаемый способ и устройство для его реализации позволяют повысить энергетические и эксплуатационные характеристики при перемещении различных полезных нагрузок транспортными аппаратами.Thus, the proposed method and device for its implementation can improve energy and operational characteristics when moving various payloads by transport vehicles.
В жидкой среде с другими характеристиками среды по плотности закономерности сохраняются, а эффективность работы транспортных аппаратов также вырастет, поскольку в результате реализации способа будет резко снижено лобовое сопротивление движению аппарата.In a liquid medium with other characteristics of the medium, regularities are retained in terms of density, and the efficiency of transport vehicles will also increase, since as a result of the implementation of the method, the frontal resistance to the movement of the device will be sharply reduced.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008116646/11A RU2380281C1 (en) | 2008-04-29 | 2008-04-29 | Method and device to move in gaseous or fluid medium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008116646/11A RU2380281C1 (en) | 2008-04-29 | 2008-04-29 | Method and device to move in gaseous or fluid medium |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008116646A RU2008116646A (en) | 2009-11-10 |
| RU2380281C1 true RU2380281C1 (en) | 2010-01-27 |
Family
ID=41354199
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008116646/11A RU2380281C1 (en) | 2008-04-29 | 2008-04-29 | Method and device to move in gaseous or fluid medium |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2380281C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2453474C1 (en) * | 2010-11-19 | 2012-06-20 | Юрий Васильевич Дробышевский | Method and device to move in gases or fluids |
| RU2518143C2 (en) * | 2012-09-04 | 2014-06-10 | Юрий Сергеевич Воронков | Vertical take-off and landing aircraft |
| RU2532443C2 (en) * | 2013-02-26 | 2014-11-10 | Владимир Николаевич Карфидов | Airborne vehicle |
| RU199562U1 (en) * | 2020-05-13 | 2020-09-08 | Анатолий Васильевич Менщиков | AIRCRAFT VERTICAL TAKE-OFF |
| RU202580U1 (en) * | 2020-11-30 | 2021-02-25 | Игорь Сергеевич Ковалев | Lift device |
| RU208771U1 (en) * | 2021-10-18 | 2022-01-12 | Игорь Сергеевич Ковалев | Device for creating lifting force |
| RU2775291C2 (en) * | 2019-10-28 | 2022-06-29 | Анатолий Николаевич Посторонка | Aircraft |
-
2008
- 2008-04-29 RU RU2008116646/11A patent/RU2380281C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2453474C1 (en) * | 2010-11-19 | 2012-06-20 | Юрий Васильевич Дробышевский | Method and device to move in gases or fluids |
| RU2518143C2 (en) * | 2012-09-04 | 2014-06-10 | Юрий Сергеевич Воронков | Vertical take-off and landing aircraft |
| RU2532443C2 (en) * | 2013-02-26 | 2014-11-10 | Владимир Николаевич Карфидов | Airborne vehicle |
| RU2775291C2 (en) * | 2019-10-28 | 2022-06-29 | Анатолий Николаевич Посторонка | Aircraft |
| RU199562U1 (en) * | 2020-05-13 | 2020-09-08 | Анатолий Васильевич Менщиков | AIRCRAFT VERTICAL TAKE-OFF |
| RU202580U1 (en) * | 2020-11-30 | 2021-02-25 | Игорь Сергеевич Ковалев | Lift device |
| RU208771U1 (en) * | 2021-10-18 | 2022-01-12 | Игорь Сергеевич Ковалев | Device for creating lifting force |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008116646A (en) | 2009-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2380281C1 (en) | Method and device to move in gaseous or fluid medium | |
| EP3344536B1 (en) | Fluidic propulsive system | |
| JP5779643B2 (en) | Peripheral control ejector | |
| US11053012B2 (en) | Winglet ejector configurations | |
| US20090214338A1 (en) | Propeller Propulsion Systems Using Mixer Ejectors | |
| JP2002180903A (en) | Rectangular vane-shaped part exhaust nozzle | |
| US9045227B1 (en) | Dual fan aerodynamic lift device | |
| JP2009002336A (en) | Thrust generator for propulsion systems | |
| US9771151B2 (en) | Reaction drive helicopter with circulation control | |
| RU2531432C2 (en) | Development of vtol aircraft drive forces and aircraft to this end | |
| US10532806B2 (en) | Low-noise novel thruster | |
| RU2618355C1 (en) | Device for lifting force generation | |
| US3041010A (en) | Air vortex sustained aircraft | |
| RU2495795C1 (en) | Transport facility | |
| CN113226925A (en) | Adaptive vertical take-off and landing propulsion system | |
| US10273903B2 (en) | Engine nacelle | |
| US2571586A (en) | Aircraft of the reaction propulsion type | |
| RU2668766C1 (en) | Device for inducing lift | |
| RU2412082C1 (en) | Method and device to move in gases or fluids | |
| RU2453474C1 (en) | Method and device to move in gases or fluids | |
| RU2436987C1 (en) | Method for creating driving force for movement of transport vehicle and jet engine for its implementation | |
| RU2004129255A (en) | DISCOUNT | |
| RU2305649C2 (en) | Method of creating lifting force for vertical takeoff flying vehicle | |
| RU2557830C2 (en) | Creation of propulsive force for aircraft displacement and turbojet to this end | |
| WO2018232340A1 (en) | Winglet ejector configurations |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130430 |