ГЕНЕРАТОР ВИХРЕВОГО ПОТОКА
VORTEX FLOW GENERATOR

Область техники
Изобретение относится к технической физике, а именно к пневматике, более конкретно к устройствам для создания вихревого потока из воздушного поступательного потока, и может быть использовано в системах кондиционирования, тепловых трубах для улучшения их характеристик. Изобретение может быть также использовано на транспортных средствах: автомобилях, поездах, летательных аппаратах, кораблях для улучшения их аэродинамических характеристик.
Уровень техники.Известен концевой генератор вихря для аэродинамической несущей поверхности, содержащий пустотелую гондолу с высоким соотношением проходного сечения и миделя, снабженную входным устройством с диффузором, соплом и закручивающим устройством. Внутренняя поверхность диффузора выполнена с направляющими элементами, отклоняющими поток в тангенциальном направлении так, чтобы проходящий воздух через гондолу закручивался бы в направлении, противоположном направлению вращения концевого вихря (см. патент Р.Ф. 2148529 С1, 2000 г.). При этом генератор вихря установлен на конце крыла.
Известен генератор вихря преимущественно для законцовки крыла летательного аппарата, включающий гондолу с входным устройством, содержащим конфузор, и вихревую камеру, содержащую диффузор и закручивающее устройство. При этом диффузор выполнен с внутренней поверхностью, образованной малым диффузором с углом расхождения, равным 1-5°, входным сечением сообщенным с конфузором, а выходным сечением связанным с выходным сечением диффузора торцевой криволинейной в сечении поверхностью, обеспечивающей плавное расширение потока на выходе, а закручивающее устройство, например, в виде направляющих лопаток выполнено на поверхности малого диффузора (см. патент РФ №2389649 2010 г.).
Недостатком известных решений является то, что направляющие лопатки, расположенные на поверхности диффузора, создают значительное сопротивление, что приводит к снижению эффективности генератора.
Сущность изобретения.
Задачей изобретения является разработка генератора вихревого потока (ГВП), работающего в поступательном воздушном потоке, который обладал бы повышенной эффективностью, т.е. создавал бы значительный вихревой поток при минимальном собственном сопротивлении.
Кроме того, ГВП должен быть прост по конструкции и быть надежным в работе.
Поставленная задача достигается тем, что в генераторе вихревого потока, выполненного в виде гондолы с входным устройством, содержащим конфузор, диффузором, вихревой камерой, с закручивающим устройством и выходным устройством, при этом закручивающее устройство выполнено в виде направляющих лопаток, направляющие лопатки установлены позади диффузора в начале вихревой камеры, выполненной отдельно от диффузора.
Более того, торец направляющих лопаток может быть соединен с продольными стенками.
Такое выполнение ГВП повышает его эффективность.
Перечень фигур на чертежах
Изобретение поясняется чертежом на Фиг.1, на котором показан общий вид генератора, выполненный в соответствии с изобретением, с частичным продольным вырывом по его оси.
Осуществление изобретения
Генератор вихревого потока (см. Фиг.1) выполнен в виде пустотелой гондолы 1. Гондола выполнена с внутренним воздушным трактом, содержащим последовательно расположенные и сообщающиеся между собой входное устройство 2, выполненное в виде конфузора, диффузор, вихревую камеру 5 и выходное устройство 6. Гондола снабжена также закручивающим устройством.
Диффузор 4 выполнен с внутренней поверхностью, образованной малым диффузором с углом расхождения, равным 1-5°, входным сечением сообщенным с конфузором 4, а выходным сечением связанным с вихревой камерой 5 торцевой криволинейной в сечении поверхностью 12, обеспечивающей плавное расширение потока на выходе.
Вихревая камера 5 выполнена цилиндрической, переходящей в выходное устройство 6 и отдельно от диффузора. Вихревая камера 5 может быть выполнена и в виде дополнительного диффузора в случае значительной крутки проходящего воздуха. Главным назначением вихревой камеры является создание устойчивой структуры вихревого потока, что обеспечивается выбором необходимой ее длины.
Закручивающее устройство выполнено в виде направляющих лопаток 7, установленных позади диффузора под углом 8 к линии 9, параллельной оси воздушного тракта (при виде на его поверхность). Угол 8 может выбираться равным 5-30° в зависимости от требуемой закрутки потока.
Лопатки 7 установлены в начале вихревой камеры под одинаковым углом к продольной оси воздушного тракта (при виде на поверхность вихревой камеры) по всей окружности его поперечного сечения так, что обеспечивают отклонение воздушного потока у поверхности вихревой камеры в тангенциальном направлении, что приводит к закрутке воздушного потока, проходящего через гондолу, превращая его в вихревой. Угол установки лопаток может быть выбран в пределах диапазона 5-30°. При этом выбор угла меньше 5° не обеспечивает требуемую интенсивность создаваемого вихревого потока, а при угле свыше 30° резко увеличиваются потери полного напора потока. Направление наклона лопаток выбирается в зависимости от требуемого направления закрутки потока.
Лопатки 7 своим передним торцом отстоят от конца диффузора на расстояние 11. Передний торец лопаток 7 может быть соединен с диффузором продольными стенками 10. При этом высоту лопаток и продольных стенок предпочтительно выполнять одинаковой и не выше поверхности диффузора в месте соединения. Продольные стенки 10 и направляющие лопатки 7 могут быть выполнены из единых изогнутых пластин, закрепленных продольной стенкой в теле диффузора, а лопаткой - на поверхности вихревой камеры.
Гондола может быть цельной или разъемной, выполнена из металла или композиционных материалов на основе существующих технологий и снабжена крепежными элементами для крепления ее к конструкции изделия.
ГВП работает следующим образом. Входящий воздух 14 после прохождения конфузора и диффузора попадает на направляющие лопатки 7, которые отклоняют поток у стенки вихревой камеры, закручивая его в одном направлении, создавая вихревой поток.
Благодаря тому, что направляющие лопатки находятся позади диффузора, в зоне пониженных скоростей потока, потери импульса минимальны, что, в свою очередь, приводит к повышению эффективности ГВП.