ЛОПАСТЬ НЕСУЩЕГО ВИНТА
ROTOR BLADE

Изобретение относится к летательным аппаратам, в частности к лопастям несущих винтов вертолета, глиссера и т.п., где крутящий момент винта придает массе воздуха кинетическую энергию, что позволяет получить аэродинамическую силу.
Известны лопасти самых разнообразных форм.
Изобретение по патенту РФ №2005660 Устройство для создания подъемной силы в летательных аппаратах вертикального взлета и посадки. Изобретение по патенту РФ №2017652 Лопасть для маршевых или тоннельных воздушных винтов.
Изобретение по патенту РФ №2005655 Несущий винт летательного аппарата с гибкими убираемыми лопастями.
Изобретение по патенту РФ №2005656
Скоростной вертолет.
Наиболее близким к предлагаемому является лопасть воздушного винта по патенту РФ №2015062. Сущность изобретения: профили пера лопасти вблизи комля образованы нижней, верхней и лобовой плоскими поверхностями, составляющими острые углы по попередней и задней кромкам. Угол Y у передней кромки равен 45°, угол b у задней кромки - 15°, а участок перехода от верхней к лобовой поверхности скруглен и выполнен по окружности радиуса r, определяемого по скорости V набегающего потока и коэффициенту К, зависящему от степени понижения давления на закруглении стыка поверхностей на спинке профиля в соотношении r=V/K. Верхняя и лобовая поверхности сужаются по мере удаления от комля и сходят на нет на конце лопасти. Радиус r увеличивается по длине к концу лопасти, образуя на конце вместе с нижней поверхностью профиль в форме сегмента с одинаковыми углами b у передней и задней кромок. Кромки на конце лопасти в плане отклонены от оси на угол g и пересекаются под углом 90°. Толщина профилей увеличивается по направлению к комлю. Стык поверхностей на спинках профилей имеет форму, близкую к треугольной, с резким переходом в комлевой стержень.
Недостатком прототипа является то, что перо лопасти не обеспечивает создание такой аэродинамической тяги, которая приблизила бы коэффициент полезного действия к КПД идеального винта.
Задача решается тем, что профили пера лопасти вблизи комля образованы нижней, верхней и лобовой плоскими поверхностями, составляющими острые углы по передней и задней кромкам. Передний угол составляет 45°, задний - 15°, а участок перехода от верхней к лобовой поверхности скруглен и выполнен по окружности радиуса r, определяемого по скорости V набегающего потока, и коэффициенту k, зависящему от степени понижения давления на закруглении стыка поверхностей на спинке профилей в соотношении r=V/k, причем верхняя и лобовая поверхности сужаются по мере удаления от комля и сходят на нет на конце лопасти, а радиус скругления стыка поверхностей увеличивается по длине к концу лопасти, образуя на конце вместе с нижней поверхностью профиль в форме сегмента с одинаковыми углами β у передней и задней кромок.
Задача, решаемая изобретением, - повышение КПД и снижение шума во время работы винта.
1
1
1
5
3
3
Сущность изобретения заключается в том, что лопасть несущего винта состоит из комля и пера лопасти, профили которого образованы нижней, верхней и лобовой плоскими поверхностями, причем лопасть содержит ячейки, в которых выполнены гребни от верхней до нижней кромки лопасти с нарастающей высотой и шириной, гребни с нижней кромки лопасти начинаются плоским закругленным ребром, выступающим за верхнюю кромку лопасти на 1,5-1,7% ширины лопасти, и составляют с верхней кромкой лопасти угол 110°, а внутренняя сторона гребня наклонена к высоте от своего основания на 42-45°, основание гребня составляет от / до / длины ячейки, внутренняя поверхность гребня составляет с нижней кромкой лопасти угол 45°, а наружная сторона - угол 120°, на внутренней стороне гребня выполнена канавка, уширяющаяся книзу в форме желоба, высота гребня и соответственно канавка максимальны у комля и по мере удаления к концу лопасти уменьшаются пропорционально последовательно, начиная от / длины лопасти каждый на 10% от первоначального.
Выступ ребра разрезает набегающий воздушный поток по всей длине лопасти, образующий впереди угла атаки волны - солитоны, которые оказывают вредное влияние на пограничной зоне захвата воздушной массы лопастями. Здесь усматривается некоторое уменьшение силы воздействия отрицательной тяги в зоне обратного обтекания и вызываемая этим вибрация винта за счет дробления и направленности воздушного потока ребром по всей длине лопасти, уменьшая срыв потока с профиля лопасти, а также понижая шум винта путем ослабления волнового сопротивления. По внутренней середине гребня, начиная с верхней кромки лопасти, проходит канавка, уширяющаяся книзу в форме желоба до нижней кромки, при этом часть натекающего воздушного потока на подъемную плоскость направляется по кривой гребня и желобу, создавая большее векторное давление на стенки. Как известно, при прохождении принудительного воздушного потока по искривленной линии создается эффект закручивания, где в данном случае он создает эту силу закручивания, дающую момент ввинчивания всего винта в воздушный поток.
На чертеже изображена лопасть несущего винта 1, где в ячейках 2 лопасти расположены сегментообразные гребни 3 от верхней кромки 4 до нижней кромки 5, с нарастающей высотой до нижней кромки так, чтобы кривая гребня 6 к нижней кромке образовала угол 45° по отношению к нижней кромке плоскости лопасти. Выступ ребра 6 имеет угол 110° по отношению к верхней кромке плоскости лопасти и разрезает набегающий воздушный поток по всей длине лопасти, образующий впереди угла атаки волны - солитоны, направляя по кривой гребня, которые увеличивают подъемную силу винта, а следовательно, КПД и уменьшают шум винта на пограничной зоне захвата воздушной массы лопастями. Здесь усматривается некоторое уменьшение силы воздействия отрицательной тяги в зоне обратного обтекания, и вызываемая этим вибрация винта, за счет дробления этим ребром натекающего воздушного потока 7 и направленности по кривой гребня по всей длине лопасти, уменьшая срыв потока с профиля лопасти, а также понижения шума винта путем ослабления волнового сопротивления. На внутренней поверхности гребня посередине, начиная с верхней кромки лопасти, проходит канавка 8, в форме желоба до нижней кромки, расширяясь пропорционально нарастающей высоте гребня, при этом часть натекающего воздушного потока на подъемную плоскость направляется по желобу, создавая большее векторное давление на стенки.
1
3
Наружная часть гребня образует с нижней кромкой лопасти угол 120°. При прохождении воздушного потока между гребнями этот поток частично отталкивается этой стенкой к последующему гребню, усиливая касательную силу, сталкиваясь с искривленным потоком последующего гребня, что дает прирост подъемной силы винта за счет образованного зажатого потока воздуха к нижней кромке. Высота гребня и соответственно желобообразные канавы максимальны у комля, и по мере удаления к концу лопасти уменьшаются последовательно, начиная от / длины лопасти по 10% от первоначального.
Технический результат достигается тем, что выступ ребра на верхней кромке лопасти разрезает набегающий воздушный поток, образующий впереди угла атаки волны - солитоны, которые оказывают вредное влияние на пограничной зоне захвата воздушной массы лопастями, способствуя повышению тяги винта, за счет наиболее плотного захвата дробленого потока воздуха подъемной плоскостью лопасти и направляя по кривой гребня, тем самым усиливая боковое давление при прохождении по желобу гребня, что создает некоторый крутящий момент, передающий винту эффект ввинчивания в воздушный поток. Задняя стенка гребня, имея определенный угол по отношению к нижней кромке лопасти, проходящий воздушный поток между гребнями направляет к последующему гребню, искривляя и создавая диффузорное состояние встречными двумя потоками к концу гребня, что создает небольшую тягу у нижней кромки лопасти.