Роторно-импульсный аппарат

Полезная модель относится к устройствам управления потоком газа или жидкости и предназначена для обеспечения работы устройств, входящих в перспективные системы управления обтеканием летательного аппарата (ЛА) при до- и околозвуковых скоростях полета.
Одним из перспективных устройств для систем управления обтеканием ЛА является актуатор, основой которого является импульсный резонаторный эжектор (патент РФ №2716650). Для работы данного эжектора необходим источник избыточного давления и устройство формирования импульсов в потоке газа (роторно-импульсный аппарат) с плавной регулировкой частоты создаваемых импульсов для точной настройки эжектора на резонансный режим, при котором достигается максимальная производительность и экономичность. Необходимо также контролировать скважность последовательности импульсов, от значения которой прямо зависит расход высоконапорного газа, подаваемого на эжектор (значение скважности равно отношению периода между импульсами к длительности самого импульса). Необходимо также в процессе экспериментальных весовых и физических исследований моделей с резонаторными актуаторами в аэродинамических трубах (АДТ) располагать источник импульсов давления (роторно-импульсный аппарат) как можно ближе к резонатору. Это позволяет избежать уменьшения добротности резонаторного актуатора, как колебательного контура, за счет снижения потерь в длинных пневматических трассах. Одновременно это диктует необходимость расположения аппарата внутри модели и его компактности. В процессе эксперимента необходимо управление частотой работы роторно-импульсного аппарата, которое требуется осуществлять дистанционно по радиоканалу или по кабелю, в зависимости от условий работы в конкретной АДТ.
Известны многочисленные технические решения для роторно-импульсных аппаратов (РИА), например, см. патенты РФ: №2149713, №2179896, №2333804, №2179895, №2205073.
Общностью конструкций всех РИА является наличие ротора и статора с подводящими и отводящими жидкую или газообразную среду каналами, периодически совмещающимися при вращении ротора. При этом частота подачи импульсов и их скважность не контролируются, как несущественные для целей применения РИА.
Известно устройство для генерации импульсного потока воздуха (патент ЕР1439312), способное точно и быстро регулировать параметры потока воздуха посредством последовательности его включения/выключения, тем самым генерируя импульсный поток воздуха с острыми и сглаженными пиками амплитуды колебаний, и способное работать без сильных механических колебаний устройства. Известное устройство состоит из основного корпуса с входным и выходным патрубком, имеющего трубчатое полое пространство, и ротора, с возможностью вращения внутри полого пространства основного корпуса.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является роторно-импульсный аппарат (патент РФ №2170611). Роторно-импульсный аппарат содержит корпус, входной патрубок, статор с отверстиями, выходной патрубок, рабочую камеру, ротор с отверстиями, электродвигатель, анод, катод, установленные напротив отверстий ротора и статора. Аппарат позволяет повысить эффективность процессов диспергирования и эмульгирования.
Недостатками известного РИА являются сложность конструкции, высокое энергопотребление, отсутствие возможности плавной регулировки параметров в ходе работы. Устройство не может быть использовано в ходе экспериментов с аэродинамическими моделями в аэродинамических трубах.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является конструкция роторно-импульсного аппарата, позволяющая обеспечить снижение энергетических затрат за счет тонкой регулировки.
Технический результат достигается тем, что роторно-импульсный аппарат, содержащий статор с входным и выходным патрубками и ротор со сквозным отверстием, периодически совмещающимся с отверстиями патрубков при вращении ротора, электродвигатель привода ротора, дополнительно содержит дистанционную систему плавного изменения частоты вращения электродвигателя и приводимого им ротора, включающую установленные на электродвигателе датчик и контроллер числа оборотов электродвигателя, по меньшей мере один автономный источник питания и пульт управления.
Технический результат достигается также тем, что входной и выходной патрубки статора выполнены с возможностью изменения проходного диаметра.
Технический результат достигается также тем, что ротор выполнен с возможностью изменения диаметра сквозного отверстия.
Технический результат достигается также тем, что пульт управления связан с приемником, установленным на электродвигателе, по радиоканалу.
Технический результат достигается также тем, что пульт управления выполнен с передачей сигнала по кабелю.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется фигурами.
На фигуре 1 представлен роторно-импульсный аппарат.
На фигуре 2 приведена блок-схема роторно-импульсного аппарата с системой управления по радиоканалу.
На фигуре 3 приведен общий вид роторно-импульсного аппарата с системой управления.
Роторно-импульсный аппарат состоит из статора (1) с входным (2) и выходным (3) патрубками и ротора (4) со сквозным отверстием. Ротор (4) вращается электродвигателем (5), оснащенным системой плавного управления частотой. Система плавного управления частотой вращения ротора (4) состоит из контроллера и датчика числа оборотов (на фигуре 1 не показаны) электродвигателя (5). Управление может осуществляться с помощью пульта дистанционного управления, сигнал от которого поступает на приемник связанный с контроллером числа оборотов электродвигателя или через провода.
Предлагаемое устройство является дистанционно управляемым роторно-импульсным аппаратом с плавно регулируемой частотой следования импульсов и заданной скважностью. Аппарат предназначен для внутримодельной установки в фюзеляж аэродинамических моделей, имеющих диаметр ~ 150-200 мм. Устройство может управляться дистанционно по проводам или по радиоканалу в зависимости от условий проведения весового или физического эксперимента в конкретной аэродинамической трубе (АДТ).
Пример реализации полезной модели.
Блок-схема роторно-импульсного аппарата с системой управления по радиоканалу приведена на фигуре 2. В систему управления входят:
1. Контроллер числа оборотов электродвигателя, совмещенный с датчиком числа оборотов электродвигателя (6)
2. Приемник (7)
3. Аккумуляторная батарея, питающая контроллер оборотов и электродвигатель (8)
4. Пульт управления с передатчиком (9)
Роторно-импульсный аппарат работает следующим образом. Электродвигатель (5) с системой плавного управления частотой вращения ротора (4), состоящей из контроллера оборотов двигателя (6) со встроенным датчиком оборотов двигателя (на фигуре 1 не показаны) вращает ротор (4) с сквозным отверстием. При вращении ротора (4) его сквозное отверстие периодически (два раза за период) соединяет входной (2) и выходной (3) патрубки, встроенные в статор (1). При вращении ротора (4) в выходном патрубке (3), при постоянном давлении на входе, формируются импульсы давления газа с частотой, равной двойной частоте вращения ротора (4) и некоторой скважностью, зависящей от соотношения диаметров ротора и патрубков подвода-отвода газа.
Предполагается, что источник избыточного давления находится вне конструкции модели в системе обеспечения работы АДТ. Основным отличием предлагаемого устройства от существующих конструкций роторно-импульсных аппаратов является наличие системы управления, обеспечивающей плавное изменение частоты вращения ротора аппарата и ее фиксации на заданном числе оборотов. Основой системы управления, является управляемый электродвигатель постоянного тока. В изготовленном прототипе использовался электродвигатель ЕМР N426/04 KV600 мощностью 600 Вт и максимальной частотой вращения 6000 об/мин, что позволяет аппарату генерировать импульсы давления с частотой до 200 Гц. Питание электродвигателя осуществляется от малогабаритного аккумулятора 12V (в изготовленном прототипе Supra SJS-12). Управление электродвигателем осуществляет контроллер оборотов электродвигателя, совмещенный с датчиком числа оборотов электродвигателя (в прототипе HJ ESC Consistency), управляемый в свою очередь приемником (Turnigy 9X8C-V2), получающим сигналы от пульта управления, оснащенным передатчиком (Turnigy 9Х (М2 2V-F).
Роторно-импульсный аппарат обладает простой конструкцией, доступностью и дешевизной элементов, позволяет снизить энергозатраты за счет тонкой регулировки. Все элементы роторно-импульсного аппарата малогабаритны и могут быть свободно размещены в фюзеляжах аэродинамических моделей.