ВИНТ

МПК В63Н 1/00
Винт
Полезная модель относится к области аэрогидродинамики и может быть применена преимущественно в судостроении, в качестве гребного винта или в качестве пропеллера в авиастроении.
Известен гребной винт, содержащий ступицу с лопастями, в каждой из которых выполнены сквозные отверстия (см. RU № 2094304, В63Н 1/18, В63Н 1/26,1997).
Недостатками этого решения являются повышенная материалоемкость и нагрев поверхностей лопастей гребного винта в процессе эксплуатации.
Известен также винт, содержащий ступицу и лопасти, которые на участке, примыкающем к ступице, деформированы с образованием складки, формирующей заданный наклон к плоскости, перпендикулярной продольной оси ступицы, причем лопасти выполнены с наклоном к плоскости, перпендикулярной продольной оси ступицы, в виде тонких, предпочтительно плоских упругих пластин с обтекаемыми внешними кромками, при этом в лопастях выполнены сквозные отверстия (см. RU № 129079, В63Н 1/00, 2012).
Недостатками этого решения является высокая напряженность конструкции, связанная с «работой» большого количества сквозных отверстий малого диаметра, как концентраторов напряжений, что снижает эффективность работы винта, способствует его ускоренному износу.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, выражается в снижении напряженности конструкции, повышении эффективности работы винта, снижении его износа.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в снижении напряженности в корневой и рабочей зонах лопастей, кроме того, обеспечивается возможность увеличения площади лопасти при снижении ее материалоемкости, а также и увеличивается прочность лопасти и сопротивление изгибу.
Поставленная задача решается тем, что винт, содержащий ступицу и лопасти, которые на участке, примыкающем к ступице, деформированы с образованием складки, формирующей заданный наклон к плоскости, перпендикулярной продольной оси ступицы, причем лопасти выполнены с наклоном к плоскости, перпендикулярной продольной оси ступицы, в виде тонких, предпочтительно плоских упругих пластин с обтекаемыми внешними кромками, при этом в лопастях выполнены сквозные отверстия, отличающийся тем, что отверстия выполнены в виде, как минимум двух сквозных щелей на рабочих участках лопастей, кромки части которых параллельны передней кромке лопасти, а кромки второй части щелей параллельны задней кромке лопасти, причем, с одной и той же стороны лопастей, над щелями размещены накладки шириной соответствующей ширине щелей, с зазором по отношению к плоскости лопасти не меньшим ширины щелей. Кроме того, кромки щелей и накладок выполнены обтекаемыми.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Отличительные признаки формулы полезной модели обеспечивают решение следующих функциональных задач.
Признаки «…отверстия выполнены в виде, как минимум двух сквозных щелей на рабочих участках лопастей…» обеспечивают сохранение балансировки винта и способствуют повышению упругости лопастей.
Признаки, указывающие, что кромки части щелей «параллельны передней кромке лопасти, а кромки второй части щелей параллельны задней кромке лопасти» обеспечивают высокую эффективность «работы» оставшихся кромок лопастей и возможность перетока жидкости с нагнетающих на засасывающие поверхности лопастей, тем самым, создают эффект удержания пограничного слоя, который становится несущим вихрем, создающим упор - силу, толкающую судно вперед (при высоких, не менее 1000 об/мин).
Признаки, указывающие, что «с одной стороны плоскости лопасти, над щелями размещены накладки шириной соответствующей ширине щелей, с зазором по отношению к плоскости лопасти не меньшим ширины щелей» обеспечивают максимальную эффективность работы выреза, исключая срыв потока с поверхности лопасти, вне зависимости от направления вращения винта.
Признаки, указывающие, что «кромки щелей и накладок выполнены обтекаемыми» исключают потери энергии винта при образовании вихрей на контакте с необтекаемой кромкой.
На фиг. 1 изображен схематически продольный разрез вдоль лопасти винта. На фиг. 2 изображен объемный вид продольного разреза лопастей винта. На фиг. 3 изображен общий вид гребного винта.
На чертежах показана ступица 1 лопасти 2, складки 3, сквозные щели 4, продольная ось 5 ступицы 1, передняя 6 и задняя 7 кромки лопасти 2, кромки 8 и 9 сквозной щели 4, накладки 10, зазор 11.
Лопасти 2 выполнены в виде тонких, предпочтительно плоских, упругих пластин с обтекаемыми внешними кромками 6 и 7, и на участке, примыкающем к ступице деформированы с образованием складки 3. В каждой из лопастей 2, на участке между концом лопасти 2 и ее складкой 3 выполнены как минимум две сквозных щели 4, при этом очертания кромок 8 щелей 4 (тех, что ближе к передней кромке 6 лопасти) параллельны передней кромке 6 лопасти 2, а очертания кромок 9 щелей 4 (тех, что ближе к задней кромке 7 лопасти) параллельны задней кромке 7 лопасти 2. Причем, с одной и той же стороны лопастей 2, над их сквозными щелями 4 размещены накладки 10, шириной соответствующей ширине щелей 4, с зазором 11 по отношению к плоскости лопасти 2 не меньшим ширины щелей 4. Кроме того, кромки щелей 4 и накладок 10 выполнены обтекаемыми. Накладки 10, шириной соответствующей ширине щелей 4, предпочтительно формировать следующим образом: выполнить тонкие прорези вдоль продольных кромок щелей (профрезеровав их или лучом лазера). Далее выдавить материал между прорезями в соответствующую сторону, используя процедуру штамповки. Толщина лопасти 2-7 мм.
Заявляемое устройство работает следующим образом. При вращении надетого на гребной вал (на чертежах не показан) гребного винта возникает разница давлений на нагнетающих и засасывающих поверхностях лопастей 2, вследствие чего образуется подъемная сила, одна из составляющих которой направлена противоположно направлению движения судна и создает упор - силу, толкающую судно вперед. При этом винт работоспособен и при высоких (не менее 2000 об/мин) скоростях.
Сквозные щели 4, через которые происходит переток жидкости с нагнетающих на засасывающие поверхности лопастей 2, создают эффект удержания пограничного слоя, который становится несущим вихрем. При этом, при повышенных оборотах вращения винта центр давления его подъемной силы (упора) смещается к выходной кромке, а при снижении скорости вращения он приходится на входную кромку, т.е. реально лопасти «работают» своими кромками, и участками накладок и «перемычек» между щелями.
При этом снижается напряженность в корневой и рабочей зонах лопастей, кроме того, обеспечивается возможность увеличения рабочей площади лопасти при снижении ее материалоемкости, а также и увеличивается прочность лопасти и сопротивление изгибу. Причем эффективность винта сохраняется в более широком диапазоне скоростей вращения от 1000 об/мин и выше, в связи с формированием более компактного (не расползающегося в стороны) вихревого потока.