RU2783425C1

RU2783425C1 - Air screw with cansoled blades

Info

Publication number: RU2783425C1
Application number: RU2022118086A
Authority: RU
Inventors: Владимир Викторович Михайлов
Original assignee: Владимир Викторович Михайлов
Filing date: 2022-07-01
Publication date: 2022-11-14

Abstract

FIELD: aeronautics.

SUBSTANCE: invention relates to the field of aeronautics, in particular to the designs of blade propellers. The propeller includes a central sleeve having an axis of symmetry and made with the possibility of its attachment to the drive shaft of the power plant. The central sleeve includes at least two beams. Blades are cantilevered on each beam at an equal distance from the central hub and are attached to the beams at the attachment points along the geometric middle of the blade depth. Each blade has a helical segment extending in the direction along the hub axis with a clockwise deviation relative to this axis. In this case, each helical segment contains at least three stiffening ribs fixed on the surface of the helical segment.

EFFECT: increased force of the air flow, uniform load distribution and reduced material consumption.

4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области воздухоплавания, а именно к воздушным винтам с лопастями для различного рода движительных и летательных аппаратов, приспособлений, устройств для создания давления воздушного потока.The invention relates to the field of aeronautics, namely to propellers with blades for various types of propulsion and aircraft, devices, devices for creating air flow pressure.

Известен воздушный винт со складывающимися лопастями (RU 2709944 С2, 23.12.2019) для летательного аппарата, содержащий втулку винта, связанную с приводным двигателем и лопастями, а также обтекатель втулки винта, при этом обтекатель соединен с втулкой винта с возможностью его вращения вместе с втулкой винта, лопасти выполнены складывающимися в направлении против направления полета летательного аппарата и связаны с втулкой посредством шарниров, причем лопасти в сложенном положении расположены вдоль обтекателя в нишах, выполненных в виде несквозных выемок на его внешней поверхности, с возможностью их вращения в сложенном положении вместе с обтекателем, по меньшей мере, во время складывания лопастей и их раскладывания.A propeller with folding blades is known (RU 2709944 C2, 12/23/2019) for an aircraft, containing a propeller hub associated with a drive motor and blades, as well as a propeller hub fairing, while the fairing is connected to the propeller hub with the possibility of its rotation together with the hub propeller, the blades are made folding in the direction against the direction of flight of the aircraft and are connected to the hub by means of hinges, and the blades in the folded position are located along the fairing in niches made in the form of blind recesses on its outer surface, with the possibility of their rotation in the folded position together with the fairing at least during the folding and unfolding of the blades.

Недостатком известного винта является недостаточная сила воздушного потока, создаваемая им при большой габаритной ширине винта.A disadvantage of the known screw is the insufficient force of the air flow generated by it with a large overall width of the screw.

В качестве ближайшего аналога выбрано решение RU 122972 U1, 20.12.2012 раскрывающее воздушный винт транспортного средства с неравномерным расположением лопастей, включающий в себя три одиночных винта, установленные один за другим, каждый из которых содержит две лопасти, соединенные комлем, величина угла установки лопасти одиночного винта лежит в пределах от 25 до 30°, лопасти выполнены без крутки, отношение диаметра винта к хорде лопасти лежит в пределах 9÷11, расстояние между воображаемыми окружностями, описываемыми при вращении винта точкой поверхности лопасти одиночного винта и соответствующей ей точкой соседнего одиночного винта, лежит в пределах от 0,6 до 0,8 величины хорды лопасти, а концы лопастей одиночных винтов не перекрывают друг друга в направлении вдоль оси вращения винта.As the closest analogue, the solution RU 122972 U1, 12/20/2012, was chosen, which opens a propeller of a vehicle with an uneven arrangement of blades, including three single propellers installed one after the other, each of which contains two blades connected by a butt, the value of the installation angle of the single blade the propeller lies in the range from 25 to 30 °, the blades are made without twist, the ratio of the propeller diameter to the blade chord lies within 9 ÷ 11, the distance between imaginary circles described during rotation of the propeller by the point of the surface of the single propeller blade and the corresponding point of the adjacent single propeller, lies in the range from 0.6 to 0.8 of the blade chord, and the ends of the blades of single propellers do not overlap in the direction along the axis of rotation of the propeller.

Недостатком известного винта также является недостаточная создаваемая сила воздушного потока при большой габаритной ширине винта, большая материалоемкость винта и большой вес.The disadvantage of the known screw is also the insufficient generated force of the air flow with a large overall width of the screw, the large material consumption of the screw and heavy weight.

Задачей предложенного изобретения является устранение указанных недостатков.The objective of the proposed invention is to eliminate these disadvantages.

Техническим результатом является повышение силы воздушного потока винта при его компактной ширине, равномерности распределения нагрузки и уменьшенной материалоемкости.The technical result is to increase the force of the air flow of the screw with its compact width, uniform load distribution and reduced material consumption.

Данный результат обеспечивается тем, что винт воздушный с консольно закрепленными лопастями включает центральную втулку, имеющую ось симметрии и выполненную с возможностью ее крепления на приводной вал силовой установки,This result is ensured by the fact that the air propeller with cantilevered blades includes a central sleeve having an axis of symmetry and made with the possibility of its attachment to the drive shaft of the power plant,

при этом центральная втулка включает, по меньшей мере, два луча, на каждом луче на равном удалении от центральной втулки консольно установлены лопасти, с креплением к лучам в точках крепления по геометрической середине глубины лопасти,while the central sleeve includes at least two beams, on each beam at an equal distance from the central sleeve, blades are mounted cantilevered, with fastening to the beams at the attachment points along the geometric middle of the blade depth,

при этом каждая лопасть имеет винтовой сегмент, проходящий в направлении вдоль и с отклонением по часовой стрелке относительно оси симметрии центральной втулки, при этом каждый винтовой сегмент содержит, по меньшей мере, три ребра жесткости, закрепленные по поверхности винтового сегмента, в соответствии с его образующими поверхностями.wherein each blade has a helical segment extending in the direction along and with a clockwise deviation relative to the axis of symmetry of the central sleeve, while each helical segment contains at least three stiffening ribs fixed on the surface of the helical segment, in accordance with its generators surfaces.

Винтовой сегмент выполнен из воздухонепроницаемого материала.The screw segment is made of airtight material.

Ребра жесткости выполнены из упругого металлического прутка.The stiffening ribs are made of an elastic metal bar.

Лопасти выполнены с возможностью регулировки их перемещения вдоль лучей.The blades are made with the possibility of adjusting their movement along the beams.

Подробную конструкцию устройства рассмотрим с учетом прилагаемых чертежей, гдеWe will consider the detailed design of the device taking into account the attached drawings, where

Фиг. 1 - конструкция винта воздушного, главный вид.Fig. 1 - air propeller design, main view.

Фиг. 2 - конструкция винта воздушного, вид сбоку.Fig. 2 - air propeller design, side view.

Фиг. 3 - схематичное расположение трех лучей относительно центральной втулки и схематичное расположение четырех лучей относительно центральной втулки.Fig. 3 is a schematic arrangement of three beams relative to the central sleeve and a schematic arrangement of four beams relative to the central sleeve.

Фиг. 4 - 3D модель предлагаемого предпочтительного варианта винта воздушногоFig. 4 - 3D model of the proposed preferred version of the air propeller

Винт воздушный включает центральную втулку 2, имеющую воображаемую ось симметрии 6 (далее, ось симметрии 6). Центральная втулка 2 имеет элемент крепления на какой-либо приводной вал силовой установки, например приводной вал двигателя.The air screw includes a central sleeve 2 having an imaginary axis of symmetry 6 (hereinafter, axis of symmetry 6). The Central sleeve 2 has a fastening element on any drive shaft of the power plant, such as the drive shaft of the engine.

Центральная втулка 2 включает, по меньшей мере, два луча 1. Лучи 1 размещаются на равномерных углах друг от друга, например, два луча размещаются под углом 180°, три луча размещаются под углом 120°, четыре луча размещаются под углом 90° и пр. При выполнении устройства с двумя лучами, возможно их выполнение в виде единой оси. Количество лучей 1 выбирается, исходя из размеров лопастей 3, необходимой подъемной/отталкивающей силы, возможности движителя (скорость вращения, крутящий момент и пр.) и других факторах, но, как правило, редко превышает 5-6 штук.The central sleeve 2 includes at least two beams 1. The beams 1 are placed at uniform angles from each other, for example, two beams are placed at an angle of 180°, three beams are placed at an angle of 120°, four beams are placed at an angle of 90°, etc. When the device is made with two beams, it is possible to make them in the form of a single axis. The number of beams 1 is selected based on the size of the blades 3, the required lifting / repulsive force, the propulsion capabilities (rotation speed, torque, etc.) and other factors, but, as a rule, rarely exceeds 5-6 pieces.

Луч 1 выполнен в виде металлического прутка или металлического профиля (круглого или квадратного сечения) или иной формы несущей конструкции. Лучи 1 выполняют функцию основания для винта, для крепления на них всех элементов конструкции в одно целое устройство.Beam 1 is made in the form of a metal rod or a metal profile (round or square section) or another form of a supporting structure. Beams 1 serve as a base for the screw, for attaching all structural elements to them into one whole device.

На каждом луче 1, на равном удалении от центральной втулки 2, консольно установлены лопасти 3. Лопасти 3 крепятся к лучам 1 в точках крепления по геометрической середине глубины лопастей 3. Необходимо понимать, что геометрическая середина глубины лопастей 3, это участок глубины лопастей 3, примерно находящийся посередине их глубины, с возможным определенным отклонением от точной середины на расстояние до 15-20% в ту или иную сторону глубины лопастей 3.On each beam 1, at an equal distance from the central hub 2, the blades 3 are cantilevered. The blades 3 are attached to the beams 1 at the attachment points along the geometric middle of the blades 3 depth. It must be understood that the geometric middle of the blades 3 depth is the section of the blades 3 depth, located approximately in the middle of their depth, with a possible certain deviation from the exact middle by up to 15-20% in one direction or another of the depth of the blades 3.

Консольное размещение лопастей 3 на луче 1 обеспечивает снижение материалоемкости устройства, поскольку лопасти 3 крепятся на общем опорном элементе - луче 1 по одной стороне (консольно). Кроме того, закрепление лопастей 3 к лучам посередине их глубины, дополнительно обеспечивает оптимальный баланс по прочности/нагрузке, поскольку центр вращения смещен к середине, что обеспечивает равномерность распределения нагрузки и создаваемых результирующих сил на лучи 1, и лопасти 3. Таким образом, данное крепление посередине глубины обеспечивает использование более тонких ребер жесткости 5 или более тонкого материала винтового сегмента 4, что напрямую влияет на уменьшение материалоемкости устройства.Cantilever placement of the blades 3 on the beam 1 reduces the material consumption of the device, since the blades 3 are mounted on a common support element - the beam 1 on one side (cantilever). In addition, the fastening of the blades 3 to the beams in the middle of their depth additionally provides an optimal balance in terms of strength/load, since the center of rotation is shifted to the middle, which ensures uniform distribution of the load and the generated resulting forces on the beams 1 and the blade 3. Thus, this mount in the middle of the depth provides the use of thinner stiffeners 5 or thinner material of the screw segment 4, which directly affects the reduction of material consumption of the device.

Кроме того, предпочтительно, чтобы лопасти 3 были выполнены с возможностью регулировки перемещения вдоль лучей 1, что дополнительно обеспечивает возможность регулировать ширину винта и, соответственно, воздушный поток.In addition, it is preferable that the blades 3 are configured to move along the arms 1, which additionally makes it possible to adjust the width of the propeller and, accordingly, the air flow.

Каждая из лопастей 3 имеет винтовой сегмент 4, выполненный по типу геометрического геликоида. Винтовой сегмент 4 выполнен из воздухонепроницаемого материала, например воздухонепроницаемой ткани, металла, пластика и прочих материалов. Винтовой сегмент 4 проходит в направлении вдоль и с отклонением по часовой стрелке относительно оси симметрии 6 центральной втулки 2, то есть плавно поворачивается от одного края до другого (закручивается по винту) на определенный угол, приблизительно 45-100°. Винтовой сегмент 4 также одновременно повернут и по часовой стрелке относительно оси симметрии 6 приблизительно на угол 60-90°. Углы поворота винтового сегмента 4 в данных диапазонах показывают максимальную силу создаваемого воздушного потока (захват воздушного потока), при соответствующей возможности приводного вала движителя провернуть воздушный винт с определенной расчетной скоростью. Также углы поворота подбираются исходя из количества лопастей 3, скорости вращения, диаметра и глубины винта, необходимости создавать определенную силу потока и прочих факторов. Кроме того, такая заявляемая форма лопастей (глубокий винт), проходящая вниз вдоль оси симметрии 6 увеличивает площадь контакта с воздухом, тем самым увеличивая силу потока воздушного винта, при достаточно компактной ширине винта. Кроме того, воздушный поток, попадая на начало лопасти 3, далее, проходя по ее глубине, разгоняется к концу лопасти, дополнительно обеспечивая ускорение воздуха по глубине лопасти 3, тем самым создавая большую силу воздушного потока.Each of the blades 3 has a helical segment 4 made in the form of a geometric helicoid. The screw segment 4 is made of an airtight material such as an airtight fabric, metal, plastic and other materials. The screw segment 4 runs in the direction along and with a clockwise deviation relative to the axis of symmetry 6 of the central sleeve 2, that is, it smoothly rotates from one edge to the other (twisted along the screw) at a certain angle, approximately 45-100°. The screw segment 4 is also simultaneously rotated and clockwise relative to the axis of symmetry 6 approximately at an angle of 60-90°. The rotation angles of the screw segment 4 in these ranges show the maximum force of the generated air flow (capture of the air flow), with the appropriate ability of the propulsion drive shaft to turn the propeller at a certain design speed. Also, the angles of rotation are selected based on the number of blades 3, rotation speed, diameter and depth of the screw, the need to create a certain flow force and other factors. In addition, such an inventive shape of the blades (deep propeller), passing down along the axis of symmetry 6, increases the area of contact with air, thereby increasing the flow force of the propeller, with a sufficiently compact width of the propeller. In addition, the air flow, falling on the beginning of the blade 3, then, passing through its depth, accelerates to the end of the blade, additionally providing air acceleration along the depth of the blade 3, thereby creating a greater force of the air flow.

Кроме того, каждый винтовой сегмент 4 включает, по меньшей мере, три ребра жесткости 5, закрепленные по поверхности винтового сегмента 4 в соответствии с образующими поверхностями винтового сегмента 4 лопастей 3. Ребра жесткости 5 выполнены из упругого металлического или иного материала прутка, полосы и прочей формы. Количество ребер жесткости 5 выбирается исходя из ширины и глубины каждого винтового сегмента 4, материала винтового сегмента 4, скорости вращения воздушного винта и других факторов. Ребра жесткости 5 обеспечивают достаточную жесткость всей конструкции при работе воздушного винта при одновременном уменьшении толщины материала винтового сегмента 4, что положительно сказывается на материалоемкости конструкции.In addition, each helical segment 4 includes at least three stiffeners 5 fixed on the surface of the helical segment 4 in accordance with the generatrix surfaces of the helical segment 4 of the blades 3. The stiffening ribs 5 are made of an elastic metal or other material of a rod, strip and other forms. The number of stiffeners 5 is selected based on the width and depth of each screw segment 4, the material of the screw segment 4, the speed of rotation of the propeller and other factors. The stiffeners 5 provide sufficient rigidity of the entire structure during the operation of the propeller while reducing the thickness of the material of the screw segment 4, which has a positive effect on the material consumption of the structure.

Винт воздушный работает следующим образом.The air screw works as follows.

Винт воздушный устанавливается через центральную втулку 2 на приводной вал силовой установки.The air screw is installed through the central sleeve 2 on the drive shaft of the power plant.

Винт воздушный запускается в работу.The air screw is put into operation.

Лопасти 3 винта вращаются вокруг оси симметрии 6 и создают воздушный поток, который проходит по всей глубине лопасти 3, обеспечивая подъемную/толкающую силу для используемого устройства.The blades 3 of the propeller rotate around the axis of symmetry 6 and create an air flow that passes through the entire depth of the blade 3, providing a lifting/pushing force for the device in use.

Пример 1 реализации устройства.Example 1 implementation of the device.

Винт воздушный включает центральную втулку 2, на которой установлены два луча, под углом 180°.The air screw includes a central sleeve 2, on which two beams are installed, at an angle of 180°.

На лучах 1, на равном удалении от центральной втулки 2, консольно установлены две лопасти 3 с креплением к лучам в точках крепления по геометрической середине глубины лопасти.On the beams 1, at an equal distance from the central sleeve 2, two blades 3 are cantilevered and attached to the beams at the attachment points along the geometric middle of the blade depth.

Каждая лопасть 3 включает пять ребер жесткости 5, выполненные из упругого металлического прутка.Each blade 3 includes five stiffeners 5 made of an elastic metal rod.

Винтовой сегмент 4 лопасти 3 выполнен из тканевого воздухонепроницаемого материала.The screw segment 4 of the blade 3 is made of fabric airtight material.

Пример 2 реализации устройства.Example 2 device implementation.

Винт воздушный включает центральную втулку 2, на которой установлены четыре луча, под углом 90°. На лучах 1, на равном удалении от центральной втулки 2, консольно установлены четыре лопасти 3 с креплением к лучам в точках крепления по геометрической середине глубины лопасти.The air screw includes a central sleeve 2, on which four beams are installed, at an angle of 90°. On the beams 1, at an equal distance from the central sleeve 2, four blades 3 are cantilevered and attached to the beams at the attachment points along the geometric middle of the blade depth.

Лопасти 3 выполнены с возможностью регулировки перемещения вдоль лучей 1.The blades 3 are made with the possibility of adjusting the movement along the beams 1.

Каждая лопасть 3 включает три ребра жесткости 5, выполненные из упругого алюминиевого прутка.Each blade 3 includes three stiffening ribs 5 made of elastic aluminum rod.

Винтовой сегмент 4 лопасти 3 выполнен из ПВХ материала.The screw segment 4 of the blade 3 is made of PVC material.

Предложенное решение, за счет наличия лучей 1, на которых консольно установлены лопасти 3 с креплением к лучам в точках крепления по геометрической середине глубины лопасти, каждая из которых имеет винтовой сегмент 4, проходящий в направлении вдоль (по глубине винта) и с отклонением по часовой стрелке относительно оси симметрии 6 центральной втулки 2, а также за счет наличия ребер жесткости 5, обеспечивает повышение силы воздушного потока винта при его компактной ширине, равномерности распределения нагрузки и уменьшенной материалоемкости.The proposed solution, due to the presence of beams 1, on which blades 3 are cantilevered with attachment to the beams at the attachment points along the geometric middle of the blade depth, each of which has a helical segment 4 extending in the direction along (along the depth of the screw) and with a clockwise deviation arrow relative to the axis of symmetry 6 of the central sleeve 2, as well as due to the presence of stiffeners 5, provides an increase in the force of the air flow of the screw with its compact width, uniform load distribution and reduced material consumption.

Claims

1. An air propeller with cantilevered blades, characterized in that it includes a central sleeve having an imaginary axis of symmetry and configured to be mounted on the drive shaft of the power plant,

in this case, the central sleeve includes at least two beams, on each beam at an equal distance from the central sleeve, the blades are cantilevered, with fastening to the beams at the attachment points along the geometric middle of the blade depth,

wherein each blade has a helical segment extending in the direction along and with a clockwise deviation relative to the axis of symmetry of the central sleeve, while each helical segment contains at least three stiffening ribs fixed on the surface of the helical segment, in accordance with its generatrix surfaces.

2. An air screw according to claim 1, characterized in that the screw segment is made of an airtight material.

3. An air screw according to claim 1, characterized in that the stiffening ribs are made of an elastic metal bar.

4. Air screw according to claim. 1, characterized in that the blades are made with the possibility of adjusting their movement along the beams.