ВИНТ ВОЗДУШНЫЙ
AIR SCREW

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.
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.
Недостатком известного винта является недостаточная сила воздушного потока, создаваемая им при большой габаритной ширине винта.
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.
Недостатком известного винта также является недостаточная создаваемая сила воздушного потока при большой габаритной ширине винта, большая материалоемкость винта и большой вес.
Задачей предложенного изобретения является устранение указанных недостатков.
Техническим результатом является повышение силы воздушного потока винта при его компактной ширине и уменьшенной материалоемкости.
Данный результат обеспечивается тем, что винт воздушный включает две опорные втулки, установленные на центральный вал и выполненные с возможностью крепления по меньшей мере одной из них, на приводной вал силовой установки,
при этом центральный вал с левой и правой сторон включает, по меньшей мере, два левых и два правых луча,
на каждом левом и соответствующем ему правом луче, на равном удалении от центрального вала установлена лопасть,
каждая лопасть включает винтовой сегмент, проходящий в направлении вдоль и с отклонением по часовой стрелке относительно центрального вала, при этом каждый винтовой сегмент содержит, по меньшей мере, три ребра жесткости, закрепленные по поверхности винтового сегмента, в соответствии с его образующими поверхностями.
Винтовой сегмент выполнен из воздухонепроницаемого материала.
Ребра жесткости выполнены из упругого металлического прутка.
Лопасти частично выступают за границы лучей в направлении вдоль центрального вала.
Лопасти выполнены с возможностью регулировки перемещения вдоль лучей.
Подробную конструкцию устройства рассмотрим с учетом прилагаемых чертежей, где
Фиг. 1 - конструкция винта воздушного, главный вид;
Фиг. 2 - конструкция винта воздушного (с опорой), вид сбоку;
Фиг. 3 - схематичное расположение трех лучей относительно центральной втулки.
Фиг. 4 - 3D-модель предлагаемого предпочтительного варианта винта воздушного.
Винт воздушный включает две опорные втулки 1, установленные на центральный вал 2 и выполненные с возможностью крепления одной из них, на приводной вал силовой установки, например приводной вал двигателя. В определенных случаях, обе опорные втулки 1 могут быть закреплены на соответствующие приводные валы силовой установки или на приводной вал и ведомый вал.
Центральный вал 2, с левой и правой сторон включает, по меньшей мере, два левых и два правых луча 3. Лучи 3 с каждой из левой и правой сторон 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 на одной стороне, возможно их выполнение в виде единой оси. Лучи 3 могут пронизывать центральный вал 2, через отверстие в центральном валу 2, или крепиться к нему иным способом, например, посредством каких-либо крепежных элементов/приспособлений. Количество лучей 3 выбирается, исходя из размеров лопастей 4, необходимой подъемной силы, возможности движителя (скорость вращения, крутящий момент и пр.) и других факторов.
Луч 3 выполнен в виде металлического прутка или металлического профиля (круглого или квадратного сечения) или иной формы несущей конструкции. Лучи 3 выполняют функцию основания для винта, совместно с центральным валом 2, для крепления на них всех элементов конструкции в одно целое устройство.
На каждом левом и соответствующем ему правом луче 3, на равном удалении от центрального вала 2 установлена лопасть 4.
Закрепление лопасти 4 с двух сторон обеспечивает высокую прочность конструкции и снижение материалоемкости устройства, поскольку усилие, создаваемое на каждую лопасть 4, распределяется между двумя лучами 3, что обеспечивает возможность использовать в устройстве меньшую толщину центрального вала 2 и лучей 3.
Каждая лопасть 4 крепятся с двух сторон на двух опорных элементах - левом и правом лучах 3. Лопасти 4 установлены на лучах 3 путем их фиксации. Как вариант, при креплении к лучу 3, лопасти 4 могут частично выступать за ее границы, вдоль центрального вала 2. Кроме того, предпочтительно, чтобы лопасти 4 были выполнены с возможностью регулировки перемещения вдоль лучей 3, что дополнительно обеспечивает возможность регулировать ширину винта и, соответственно, воздушный поток.
Каждая из лопастей 4 имеет винтовой сегмент 5, выполненный по типу геометрического геликоида. Винтовой сегмент 5 выполнен из воздухонепроницаемого материала, например воздухонепроницаемой ткани, металла, пластика и прочих материалов. Винтовой сегмент 5 проходит в направлении вдоль и с отклонением по часовой стрелке относительно центрального вала 2, то есть плавно поворачивается (закручивается по винту) на определенный угол, приблизительно 45-100°. Винтовой сегмент 5 также одновременно повернут и по часовой стрелке относительно центрального вала 2 приблизительно на угол 60-90°. Углы поворота винтового сегмента 5 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. Кроме того, углы поворота винтового сегмента 5 также зависят и от количества лопастей 4, причем, как правило, чем больше лопастей 4, тем меньше данные углы.
Кроме того, такая заявляемая форма лопастей (глубокий винт), проходящая вдоль центрального вала 2 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 4, далее, проходя по ее глубине, разгоняется к концу лопасти 4, обеспечивая ускорение воздуха по глубине лопасти 4, тем самым создавая большую силу воздушного потока.
Каждый винтовой сегмент 5 включает, по меньшей мере, три ребра жесткости 6, закрепленные по поверхности винтового сегмента 5 в соответствии с образующими поверхностями винтового сегмента 5 лопастей 4. Ребра жесткости 6 выполнены из упругого металлического или иного материала прутка, полосы и прочей формы. Кроме того, если выполнять винтовой сегмент 5 из ткани, то ребра жесткости 6 могут быть выполнены путем заложения складок на самой ткани и их дополнительной обработке, например составом, придающим ткани заданную жесткость. Количество ребер жесткости 6 выбирается исходя из ширины и глубины каждого винтового сегмента 5, материала винтового сегмента 5, скорости вращения воздушного винта и других факторов. Ребра жесткости 6 обеспечивают достаточную жесткость всей конструкции при работе воздушного винта при одновременном уменьшении толщины материала винтового сегмента 5 и лучей 3, что положительно сказывается на материалоемкости конструкции.
Винт воздушный работает следующим образом.
Винт воздушный устанавливается через опорные втулки 1 на приводной вал силовой установки.
Винт воздушный запускается в работу.
Лопасти 4 винта вращаются на центральном валу 2 и создают воздушный поток, который проходит по всей глубине лопасти 4, обеспечивая подъемную/толкающую силу для используемого устройства.
Пример 1 реализации устройства
Винт воздушный включает две опорные втулки 1, установленные на центральный вал 2 и выполненные с возможностью крепления одной из них, на приводной вал силовой установки.
Центральный вал 2 с левой и правой сторон включает, два левых и два правых луча 3, расположенных под углом 180°.
На каждом левом и соответствующем ему правом луче, на равном удалении от центрального вала установлена лопасть 4.
Лопасти 4, на 10 см, с одной стороны, выступают за границы лучей 3 вдоль центрального вала 2.
Каждая лопасть 4 включает четыре ребра жесткости 6, выполненные из упругого металлического прутка.
Винтовой сегмент 5 лопасти 4 выполнен из тканевого воздухонепроницаемого материала.
Пример 2 реализации устройства
Винт воздушный включает две опорные втулки 1, установленные на центральный вал 2 и выполненные с возможностью крепления обоих на приводные валы силовой установки.
Центральный вал 2 с левой и правой сторон включает, три левых и три правых луча 3, расположенных под углом 120°.
На каждом левом и соответствующем ему правом луче, на равном удалении от центрального вала установлена лопасть 4.
Лопасти 4 выполнены с возможностью регулировки перемещения вдоль лучей 3.
Каждая лопасть 4 включает три ребра жесткости 6, выполненные из стеклопласткового прутка.
Винтовой сегмент 5 лопасти 4 выполнен из ПВХ материала.
Предложенное решение, за счет центрального вала 2 с размещенными лучами 3, на которых установлены лопасти 4, каждая из которых имеет винтовой сегмент 5, проходящий в направлении вдоль (по глубине винта) и с отклонением по часовой стрелке относительно центрального вала 2, а также за счет наличия ребер жесткости 6, обеспечивает повышение силы воздушного потока винта при его компактной ширине и уменьшенной материалоемкости.