Высокоскоростной воздушный винт

Высокоскоростной воздушный винт

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области прикладной аэродинамики, а именно к созданию машин и устройств, преобразующих энергию вращения вала силовой установки в энергию движения потока газа с целью создания тяги по оси винта (напр. тяговый или несущий воздушный винт).

За аналог, и он же прототип, принят воздушный винт, являющийся одним из основных элементов конструкции машин, использующих аэродинамические свойства газовой среды. Лопасть этого винта устанавливается на втулке перпендикулярно оси вращения винта и образует при вращении винта плоскость вращения /В.Н.Далин "Конструкция вертолетов", М., Машиностроение, 1971 г., стр.32-36/.

Угол атаки аэродинамического профиля лопасти позволяет преобразовать силу набегающего на лопасть потока в силу тяги лопасти, которая через втулку винта передается на корпус летательного аппарата /Д.М.Приукер, Г.Н.Сахаров, «Аэродинамика», М., Машиностроение, 1968 г., с.179-182/.

На известном тяговом и несущем воздушном винте в общем случае скорость потока набегающего на элемент лопасти в горизонтальном полете летательного аппарата зависит от вектора окружной скорости сечения лопасти

где - угловая скорость вращения винта, а - радиус сечения лопасти, и от вектора скорости полета летательного аппарата .

Оба эти вектора геометрически складываются между собой и образуют суммарный вектор скорости притекания потока к сечению аэродинамического профиля лопасти , однако скорость полета летательного аппарата, снабженного современным тяговым и несущим воздушным винтом, ограничена тем, что при достижении суммарным вектором высокой дозвуковой скорости на лопасти появляется волновой кризис. В основу изобретения поставлена задача существенного увеличения горизонтальной скорости летательного аппарата, снабженного воздушным винтом. Для достижения поставленной задачи высокоскоростной воздушный винт содержит группу лопастей, установленных с положительным углом, и группу лопастей, установленных с отрицательным углом к плоскости, перпендикулярной вектору окружной скорости сечения лопасти , а концы лопастей обеих групп лопастей связаны между собой. Причем указанный угол - это угол между передней кромкой лопасти и плоскостью, перпендикулярной вектору окружной скорости сечения лопасти .

Между совокупностью существенных признаков изобретения и достигаемым техническим результатом имеется причинно-следственная связь.

Известно, что угол стреловидности крыла самолета χ затягивает начало волнового кризиса при полете самолета со скоростями 950 км/ч (примерно 265 м/с), а на сверхзвуковых скоростях полета способствует получению высоких характеристик крыла, что обусловлено эффектом скольжения (принципом независимости). Стреловидность увеличивает длину поточной хорды и пропорционально уменьшает вектор скорости притекания потока к сечению аэродинамического профиля крыла /П.М.Бауэрс, «Летательные аппараты нетрадиционных схем». Издательство Мир, 1991 г., стр.124/. /Р.Т.Джонс «Теория крыла», М., Мир, 1995 г., стр.88-91/. Следовательно, в высокоскоростном воздушном винте лопасть, расположенная под углом к плоскости, перпендикулярной вектору окружной скорости сечения лопасти, также будет затягивать начало волнового кризиса при обтекании лопасти дозвуковым потоком со скоростями >265 м/с. И также будет способствовать получению высоких характеристик воздушного винта при обтекании лопастей сверхзвуковым потоком.

На чертеже изображена схема устройства жесткого несущего высокоскоростного воздушного винта.

На втулке (1) закреплены комли восьми опорных силовых лопастей (2), установленных перпендикулярно оси вращения винта. На конце опорной силовой лопасти (2) закреплена лопасть прямой стреловидности (3) и лопасть обратной стреловидности (4). Лопасть прямой стреловидности (3) установлена под положительным углом к плоскости, перпендикулярной вектору окружной скорости сечения лопасти Лопасть обратной стреловидности установлена под отрицательным углом Концы лопастей прямой и обратной стреловидности крепятся соответственно с концами лопастей обратной и прямой стреловидности, закрепленных на смежных опорных силовых лопастях (2).

Высокоскоростной несущий воздушный винт работает следующим образом. В горизонтальном полете летательного аппарата, снабженного высокоскоростным воздушным винтом, к аэродинамической поверхности лопасти прямой (3) и обратной (4) стреловидности притекает одновременно два воздушных потока.

Вектор скорости одного потока равен вектору окружной скорости сечения лопасти другого потока равен горизонтальной скорости движения летательного аппарата .

У современного несущего винта в горизонтальном полете практически максимальное значение суммарного вектора скорости притекания потока к сечению профиля лопасти имеет место на конце наступающей лопасти винта, где оба эти вектора суммируются

где - радиус винта.

Но в связи с наличием угла и длина поточной хорды лопасти прямой (3) и обратной (4) стреловидности увеличивается и пропорционально уменьшается суммарный вектор скорости притекания потока к концевому сечению профиля лопасти .

Высокоскоростной воздушный винт, содержащий втулку и лопасти, отличающийся тем, что одна группа лопастей установлена под положительным углом, а другая группа лопастей установлена под отрицательным углом к плоскости, перпендикулярной вектору окружной скорости сечения лопасти, причем указанный угол образован передней кромкой лопасти и плоскостью, перпендикулярной вектору окружной скорости сечения лопасти, при этом концы лопастей обеих групп лопастей связаны между собой.