ВИНТ ВОЗДУШНЫЙ С КОНСОЛЬНО ЗАКРЕПЛЕННЫМИ ЛОПАСТЯМИ
AIR SCREW WITH CANSOLED BLADES

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, равномерности распределения нагрузки и уменьшенной материалоемкости.
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,
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,
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.
Винтовой сегмент выполнен из воздухонепроницаемого материала.
Ребра жесткости выполнены из упругого металлического прутка.
Лопасти выполнены с возможностью регулировки их перемещения вдоль лучей.
Подробную конструкцию устройства рассмотрим с учетом прилагаемых чертежей, где
Фиг. 1 - конструкция винта воздушного, главный вид.
Фиг. 2 - конструкция винта воздушного, вид сбоку.
Фиг. 3 - схематичное расположение трех лучей относительно центральной втулки и схематичное расположение четырех лучей относительно центральной втулки.
Фиг. 4 - 3D модель предлагаемого предпочтительного варианта винта воздушного
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Винт воздушный работает следующим образом.
Винт воздушный устанавливается через центральную втулку 2 на приводной вал силовой установки.
Винт воздушный запускается в работу.
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.
Пример 1 реализации устройства.
Винт воздушный включает центральную втулку 2, на которой установлены два луча, под углом 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.
Каждая лопасть 3 включает пять ребер жесткости 5, выполненные из упругого металлического прутка.
Винтовой сегмент 4 лопасти 3 выполнен из тканевого воздухонепроницаемого материала.
Пример 2 реализации устройства.
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.
Лопасти 3 выполнены с возможностью регулировки перемещения вдоль лучей 1.
Каждая лопасть 3 включает три ребра жесткости 5, выполненные из упругого алюминиевого прутка.
Винтовой сегмент 4 лопасти 3 выполнен из ПВХ материала.
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.