ДВИЖИТЕЛЬ, ОСНОВАННЫЙ НА ПРЕОБРАЗОВАНИИ ЭНЕРГИИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ

Полезная модель относится к способам преобразования энергии текучей среды и движителям, использующим способ.
Из уровня техники известны способы преобразования энергии набегающего потока текучей среды и устройства, реализующие такие способы.
Так, из описания изобретения к патенту РФ №2246029 С1, МПК F 03 D 1/00, дата публикации 10.02.2005 года, [1], известен способ преобразования энергии текучей среды, в частности, ветра во вращательное движение путем обеспечения воздействия текучей среды, по меньшей мере, на одну лопасть, консольно установленную относительно оси ее вращения. Недостатком способа является зависимость реализации способа от наличия и скорости ветра.
Из описания изобретения [1] известен движитель для преобразования энергии текучей среды во вращательное движение, содержащий, по меньшей мере, одну лопасть, закрепленную посредством консоли на шарнире, связанном с опорой, с возможностью вращения относительно оси указанного шарнира. Недостатком движителя является его оснащение системами, обеспечивающими изменения угла атаки набегающего на лопасти потока, а также необходимость наличия ветра.
Представленные в описании изобретения [1] способ и устройство приняты за наиболее близкий аналог.
Решаемой технической задачей является расширение эксплуатационных возможностей движителя путем обеспечения получения вращательного движения при отсутствии набегающего потока.
Сущность полезной модели состоит в следующем.
Как и в наиболее близком аналоге [1], способ преобразования энергии текучей среды, во вращательное движение обеспечивается путем
воздействия текучей среды, по меньшей мере, на одну лопасть, консольно установленную относительно оси вращения, но в отличие от наиболее близкого аналога [1], воздействие текучей среды по меньшей мере, на одну лопасть обеспечивают путем создания колебаний указанной лопасти оси, перпендикулярной ее оси вращения, при этом используют лопасть с гибкой задней частью.
Движитель для преобразования энергии текучей среды во вращательное движение, как и в наиболее близком аналоге [1], содержит, по меньшей мере, одну лопасть, закрепленную посредством консоли на шарнире, связанном с опорой, с возможностью вращения относительно оси указанного шарнира, но в отличие от наиболее близкого аналога [1], шарнир выполнен двухстепенным, вторая ось шарнира расположена перпендикулярно оси вращения лопасти, с возможностью колебаний указанной лопасти вокруг второй оси, движитель снабжен приводом колебаний, связанным с консолью, корпус привода жестко связана с вращающейся частью шарнира, а лопасть выполнена с гибкой задней частью.
Движитель характеризуется тем, что он оснащен двумя лопастями, консоль выполнена в виде коромысла, соединенного с шарниром, а лопасти соединены с коромыслом осесимметрично относительно оси вращения.
Кроме того, концевой участок консоли выполнен упругим, а на концевом участке консоли установлен груз.
При этом лопасть содержит жесткую переднюю часть, имеющую каплевидный профиль в поперечном сечении, а гибкая задняя часть лопасти выполнена из примыкающих друг к другу перьев.
Каждое перо содержит переднюю и заднюю кромки, задняя кромка расположена ближе к шарниру, чем передняя кромка, при этом передняя кромка расположена над задней кромкой следующего пера, а задняя
кромка - под передней кромкой предыдущего пера, при этом перо может быть выполнено с S-образным поперечным сечением.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен движитель при виде спереди.
На фиг.2 представлен движитель при виде сверху.
На фиг.3 представлен выносной элемент А на фиг.2.
На фиг.4 показан разрез Б-Б на фиг.3.
На фиг.5 показан вид В на фиг.4.
На фиг.6 показан разрез Г-Г на фиг.3.
На фиг.7 показан разрез Д-Д на фиг.5.
На фиг.8 показан разрез Е-Е на фиг.5.
На фиг.9 показан разрез Ж-Ж на фиг.5.
На фиг.10 показан разрез И-И на фиг.5.
На фиг.11 показан разрез К-К на фиг.2.
Способ преобразования энергии набегающего потока основан на приведении во вращение консольно соединенной с осью вращения, по меньшей мере, одной лопасти, путем генерации вихрей при колебаниях лопасти в плоскости, проходящей через ее ось вращения.
Для генерации вихрей и вращения коромысла движитель для текучей среды содержит энергопривод, платформу 1, консоль, выполненную в виде коромысла 2, по меньшей мере, одну лопасть 3 с гибкой задней частью 4. Энергопривод установлен на платформе 1 и кинематически связан с коромыслом 2, которое соединено с платформой 1 посредством шарнира 5. Коромысло 2 может оснащаться только одной лопастью 3. В случае наличия на коромысле 2 двух лопастей 3 они расположены с противоположных сторон коромысла 1, как правило, осесимметрично относительно шарнира 5 (фиг.1). Шарнир 5 выполнен двухстепенным, с осями 6 и 7, расположенными перпендикулярно коромыслу 1, соответственно поперек коромысла 1 вдоль лопастей 3 и в вертикальной плоскости (фиг.1 и 2).
На платформе 1 установлен энергопривод 8, например электродвигатель с редуктором 9, в качестве механизма 10 колебания коромысла 2 может использоваться пневмопривод или кривошипный, кулисный, кулачковый и другие механизмы (фиг.1).
Коромысло 2 может выполняться в виде единого продольного элемента, либо составным, содержащим центральную часть 11 и соединенные с ней концевые части 12, которые могут выполняться упругими, соединяться с лопастями 3 и/или с грузами 13 (фиг.2, 3). При этом центральная 11 и концевые 12 части могут выполняться сложной конструкции, содержащей такие силовые элементы, как лонжероны 14, нервюры (на фиг не показаны), узлы соединения с лопастями 3. При этом лонжеронам 14 центральной 11 и/или концевым 12 частям придается каплевидный профиль, аналогичный аэродинамическим профилям, в хвостовой части которого расположены узлы крепления лопастей 3 (фиг.4).
Гибкая задняя часть 4, примыкающая, по меньшей мере, к одной лопасти 3, выполнена в виде пера 15 с законцовкой 16, передней 17 и задней 18 кромками (фиг.5). Передняя кромка 17 расположена дальше от шарнира 5, чем задняя кромка 18. В сечении вдоль коромысла передняя кромка 17 расположена над задней кромкой следующего пера 15, а задяя кромка 18 - под передней кромкой предыдущего пера 15 (фиг.6). Перо 15 в поперечном сечении вдоль размаха коромысла 2 выполнено с профилем с S-образной средней линией 19, с увеличением вогнутости S-образной средней линии 19 в средней части размаха лопасти 3 и уменьшением по мере приближения к законцовке 16 пера 15 (фиг.7-10) угла а между плоскостью, перпендикулярной оси 7 вращения коромысла 2, и хордой 20, соединяющей переднюю 17 и заднюю 18 кромки профиля.
Возможно также выполнение гибкой задней части лопасти в виде одной целой гибкой обшивки.
Движитель для текучей среды работает следующим образом.
Энергопривод посредством электродвигателя 8, редуктора 9 и механизма 10 (кривошипного, кулисного и т.п.), соединенного с коромыслом 2, поворачивает коромысло 2 вокруг оси 6 шарнира 5 в вертикальной плоскости, как правило, проходящей через ось 7 шарнира 5 (фиг.1). На движущейся части движителя (фиг.11) за счет упругости концевой части 12 коромысла 2, гибкая задняя часть 4 лопасти 3 прогибаются вниз (фиг.12), отбрасывая воздух назад и генерирует вихри, при сходе которых возникает сила, создающая крутящий момент относительно оси 7 шарнира 5 (фиг.13). При достижении механизмом 10 верхней мертвой точки коромысло 2 начинает двигаться в противоположном направлении, завершая цикл махового движения. За счет профилировки лонжеронов 14 коромысла 2 и гибкой задней части 4 лопасти 3 при маховом движении возникает циркуляция текучей среды, присоединенные массы текучей среды увеличивают возникающие силы.
Выполнение гибкой задней части 4 лопасти 3 упругой, ее выполнение в виде пера 15 в сечении вдоль коромысла 2 с S-образной средней линией 19 профиля (фиг.7-10) способствует увеличению эффективности маха. Наличие грузов 13 на концевых участках 12 лопастей 3 (фиг.2) увеличивает амплитуду маха и снижает перегрузки в верхней и нижней точках механизма 10 и в лонжеронах 14.
Таким образом, за счет колебания относительно оси 6 приводом консольно установленных лопастей 3 генерируются вихри, обеспечивающие вращение консольно установленных (например, посредством коромысла 2) лопастей 3 относительно оси 7 шарнира 5.
Изготовленная модель движителя с площадью одной консоли 130 кв.см, размахом консоли 22 см, средней хордой 12 см, потребляемой мощностью двигателя 1,8 Вт с расходуемой мощностью на колебания 1,6 Вт обеспечил при частоте колебаний 120-180 1/мин раскрутку консоли весом 45 грамм до 60-80 об/мин.