ДВИЖИТЕЛЬ (ВИНТ)
PROPELLER (SCREW)

Изобретение предназначено для привода судов, кораблей, а также может быть использовано в самолетах с пропеллерными движителями, вертолетах и других механизмах, приводимых в движение при помощи лопастных движителей.
Изобретение может быть использовано также для увеличения напора вентиляторов, осевых насосов с пропеллерными рабочими колесами, для повышения КПД гидротурбин и других устройств с вращающимися рабочими колесами, обтекаемыми жидкостью или газом, а также для улучшения прочностных характеристик, например, лопаток последних ступеней мощных паровых турбин.
Известно, что эффективность лопастных систем, вращающихся в открытом или замкнутом пространствах жидкости или газа, ограничивается окружными скоростями, так как при увеличении окружных скоростей имеет место «сбегание» потока по высоте лопасти на периферию, что снижает эффективность лопастной системы.
Известны способы борьбы с этим явлением - помещение рабочего колеса во вращающуюся втулку. Однако этот способ неприменим для авиационных винтов, винтов крупнотоннажных судов, так как потери на трение втулки составляют значительную часть мощности приводного двигателя.
Известны также технические решения по выполнению выходной кромки лопасти винта волнистой, что частично препятствует сбегу потока на периферию.
Аналогом изобретения является патент Великобритании GB 2232724 А, МПК В63Н 1/26, опубл. 19.12.1990 г.
Прототипом изобретения является судовой движитель по патенту РФ №2317225, выходные участки лопастей которого с целью снижения шума, начиная с ½-1/3 хорды, выполнены с переменным до ±15° углом выхода.
Недостатком этого конструктивного решения является снижение упора винта за счет неоптимального обтекания профилей в каждом сечении по высоте лопасти.
Задачей настоящего изобретения является повышение упора движителя при сохранении всех других характеристик движителя.
Поставленная задача достигается специальным конструктивным исполнением лопастей винта. Особенностью конструкции винта является форма выходного участка и конфигурация выходной кромки лопастей по высоте, причем амплитуда отклонения выходного угла лопасти от расчетного значения при безударном обтекании переменная по высоте, причем максимальное значение амплитуды у ступицы, минимальное - не периферии лопасти.
На чертеже показан вид на лопасть 1 движителя (на чертеже не показан) и ее выходную кромку 2.
Поставленная задача решается тем, что амплитуда отклонений профиля лопасти от расчетного значения угла потока на каждом радиусе по высоте максимальна на минимальном радиусе 3 лопасти у ступицы движителя и минимальна или равна нулю на максимальном радиусе 4 лопасти.
На чертеже линии А и Б ограничивают изменение амплитуды отклонения профиля лопасти относительно расчетного положения выходной кромки (показана штрихпунктирной линией).
Технический результат состоит в том, что специально выполненное профилирование лопасти винта обеспечивает минимальное сбегание или отклонение потока по радиусу, при этом сохраняется оптимальное профилирование лопастей по радиусу, улучшенные прочностные характеристики лопасти, что позволяет не только увеличить упор винта, но и за счет увеличения жесткости лопасти повысить частоту вращения.
Эффект достигается за счет выполнения отклонения амплитуды профиля от расчетного значения в каждом сечении выходного профиля лопасти по высоте переменной, причем максимальное значение - у ступицы и уменьшается к периферии по определенному, например, линейному закону.
Винт работает следующим образом.
Вследствие различных окружных скоростей по радиусу лопасти поток стремится сместиться на больший радиус. Исполнение лопасти винта с волнистой кромкой препятствует такому смещению. Однако, если амплитуды выходной кромки лопасти отклоняются на одинаковую величину (как у прототипа), то это приводит к дополнительным потерям. В данной конструкции, так как окружная скорость растет пропорционально радиусу, то есть по линейной зависимости, амплитуда отклонения выходной кромки лопасти от расчетного значения уменьшается по высоте, что обеспечивает максимальную эффективность.
Винт предлагаемой конструкции будет иметь расширенный диапазон работы с более высоким значением упора и КПД.
Сравнительные испытания моделей показали, что упор спрофилированного по предлагаемому закону винта на 15% выше, чем у винта традиционной конструкции.