RU63772U1

RU63772U1 - REACTIVE AIR SCREW

Info

Publication number: RU63772U1
Application number: RU2007103413/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Егоров
Original assignee: Александр Александрович Егоров
Priority date: 2007-01-29
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2007-06-10

Abstract

РЕАКТИВНЫЙ ВОЗДУШНЫЙ ВИНТ, в котором новым, с целью уменьшения лобового сопротивления и увеличения эффективности, является то, что полость ступицы винта, где встроена камера сгорания, связанная с соплами на концах лопастей каналами, расположенными на передних, фронтальных кромках лопастей, атакующая часть которых открыта. Рабочее тело проходя по открытым каналам, смешиваясь с набегающим потоком воздуха, играет роль смазки, перемещает смесь к выходным соплам. Здесь при уменьшенном лобовым сопротивлении происходит интенсивный энергообмен, увеличивается масса смеси и уменьшается скорость, желательно до величин превышающих скорость движения сопл на 6-10%, что обеспечивает максимальный КПД. Другая часть рабочего тела попадает в другие каналы, выходя из которых через множество сопл, в стороны противоположенные вращению, обдувает плоскости лопастей, где с уменьшенным шумом, также происходит интенсивный энергообмен, увеличивается доля подъемной силы (так, как она зависит от разности скоростей над лопастями и под ними) увеличивается термический КПД. Предлагаемая полезная модель объединяет достоинства аналогов и прототипа, предельно уменьшает их недостатки, что в несколько раз уменьшит расход топлива и улучшит экологию. Лопасть винта может быть крылом самолета.A REACTIVE AIR SCREW, in which the new one, in order to reduce drag and increase efficiency, is that the cavity of the hub of the screw, where the combustion chamber is connected, is connected to the nozzles at the ends of the blades by channels located on the front, front edges of the blades, the attacking part of which is open . The working fluid passing through open channels, mixing with the incoming air flow, plays the role of a lubricant, moves the mixture to the outlet nozzles. Here, with reduced drag, intense energy exchange takes place, the mass of the mixture increases and the speed decreases, preferably to values that exceed the speed of the nozzles by 6-10%, which ensures maximum efficiency. Another part of the working fluid enters other channels, exiting through many nozzles, opposite to rotation to the sides, blowing around the planes of the blades, where with reduced noise intensive energy exchange also takes place, the proportion of the lifting force increases (since it depends on the difference of speeds over the blades and beneath them) increases thermal efficiency. The proposed utility model combines the advantages of analogues and prototype, extremely reduces their disadvantages, which will reduce fuel consumption by several times and improve the environment. The propeller blade may be an airplane wing.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к авиации может быть использована на винтокрылых летательных аппаратах, несущие винты которых снабжены реактивным приводом. Заявленное устройство может быть использовано на любом другом транспортном средстве, где движителем служит воздушный винт. А также лопасть винта может быть крылом самолета.The proposed utility model relates to aviation can be used on rotary-wing aircraft, the rotors of which are equipped with a jet drive. The claimed device can be used on any other vehicle, where the propeller is a propeller. Also, the propeller blade may be an airplane wing.

Известны применяемые на вертолетах несущие винты, приводом которых служат установленные по концам лопастей реактивные двигатели, см., например, Хлопенков П.Р. Огонь на винтах вертолета. Энергия, №11, 1987, с.41-42. Ограниченное применение таких винтов вызвано их низкой энергетической эффективностью, для повышения которой требуется повысить эффективность силовой установки. Примером ее повышения может служить изобретение по патенту РФ №1794038, МПК В64С 27/18, 1990, «Силовая установка вертолета».The rotors used for helicopters are known, the drives of which are the jet engines installed at the ends of the blades, see, for example, P. Khlopenkov. Fire on the helicopter screws. Energy, No. 11, 1987, pp. 41-42. The limited use of such screws is caused by their low energy efficiency, to increase which it is necessary to increase the efficiency of the power plant. An example of its increase is the invention according to the patent of the Russian Federation No. 1794038, IPC ВСС 27/18, 1990, “Power plant of a helicopter”.

По мнению авторов указанного изобретения повышение эффективности в нем достигается применением оригинальной кинематики в силовой установке несущего винта.According to the authors of this invention, an increase in efficiency is achieved by using original kinematics in a rotor propulsion system.

Известны и другие решения, в которых наблюдается стремление повысить эффективность несущего винта изменением кинематики его привода, в то время как повышение аэродинамическим путем за счет использования известных приемов и конструктивных решений встречается нечасто.Other solutions are known in which there is a desire to increase the efficiency of the rotor by changing the kinematics of its drive, while the increase in the aerodynamic way through the use of known techniques and design solutions is not common.

Известен, например, прием увеличения подъемной силы летательного аппарата путем обдува верхней поверхности несущего крыла потоком выхлопных газов реактивного маршевого двигателя (см., например, Known, for example, is the method of increasing the lift of an aircraft by blowing the upper surface of the supporting wing with the exhaust stream of a jet propulsion engine (see, for example,

авт. св. №1709690, В64С 29/00, 1989, «Летательный аппарат вертикального взлета и посадки).author St. No. 1709690, B64C 29/00, 1989, “Aircraft of vertical take-off and landing).

Известно также оригинальное в своей неочевидности изобретение, которое хотя и не имеет отношения к аэродинамике воздушного винта, а касается повышения тяги реактивного двигателя, но вызывает интерес, поскольку заявленный воздушный винт имеет реактивный привод (см. патент РФ №2027053, F02К 1/54, 1989, «Комбинированное сопло реактивного двигателя».) Его суть заключается в том, что на выходном участке сопла реактивного двигателя закреплена расширительная камера, противолежащая соплу стенка которой имеет множество сопел малого диаметра, в результате чего поток газов, истекающих из сопла, разбивается на множество малых потоков («мелкоструйное истечение газа»). Такое техническое решение не только снижает шумность реактивного двигателя, но и повышает его КПД за счет увеличения перепада температур газов в камере сгорания и истекающих из сопел (традиционно достигается за счет увеличения температуры в камере сгорания, что не всегда возможно).Also known is an invention, original in its non-obviousness, which, although it does not relate to the aerodynamics of the propeller, and relates to increasing the thrust of a jet engine, is of interest because the claimed propeller has a jet drive (see RF patent No. 2027053, F02K 1/54, 1989, “Combined jet engine nozzle”.) Its essence lies in the fact that an expansion chamber is fixed at the output section of the jet engine nozzle, the wall of which opposite the nozzle has many nozzles of small diameter, as a result why the flow of gases flowing from the nozzle is divided into many small flows (“fine-stream gas outflow”). This technical solution not only reduces the noise of the jet engine, but also increases its efficiency by increasing the temperature difference between the gases in the combustion chamber and the outflowing nozzles (traditionally achieved by increasing the temperature in the combustion chamber, which is not always possible).

По совокупности сходных существенных признаков за прототип заявленного технического решения может быть принято изобретение по патенту РФ №2059536, МПК В64С 27/18, 1993, «Несущий винт с реактивным двигателем для вертолета».Based on the set of similar essential features, the invention of the RF patent No. 2059536, IPC ВСС 27/18, 1993, “Rotor with a jet engine for a helicopter” can be taken as a prototype of the claimed technical solution.

Известное устройство содержит лопасти воздушного винта, закрепленные на полой ступице, в которой смонтирован воздушный компрессор. По концам лопастей установлены реактивные двигатели, придающие винту вращение. Внутри каждой лопасти расположены каналы, по которым к двигателям поступает от компрессора воздух и от отдельного источника топливо.The known device comprises propeller blades mounted on a hollow hub in which an air compressor is mounted. At the ends of the blades installed jet engines that give the screw rotation. Inside each blade there are channels through which air is supplied to the engines from the compressor and from a separate source of fuel.

Вдоль каждой лопасти выполнена щель для обдува верхней поверхности лопасти воздухом поступающим от компрессора за счет чего увеличивается подъемная сила.A slit is made along each blade for blowing the upper surface of the blade with air coming from the compressor, which increases the lifting force.

Известное, устройство имеет недостатки, свойственные винтам вообще: большое лобовое сопротивление, находящееся в квадратичной Known, the device has disadvantages inherent to screws in general: large drag, located in a quadratic

зависимости от скорости движения, а в частности большие потери ценного, компрессорного воздуха выдуваемого из продольных щелей с малой эффективностью. Так же мала эффективность реактивных двигателей на концах лопастей ввиду большой разницы скоростей, выходящего газа из сопл двигателя и скоростью движения концов лопастей, большой шум.depending on the speed of movement, and in particular large losses of valuable, compressor air blown out of the longitudinal slots with low efficiency. The efficiency of jet engines at the ends of the blades is also low due to the large difference in speeds of the gas leaving the engine nozzles and the speed of the ends of the blades, a lot of noise.

Перед заявленным техническим решением была поставлена задача создать более эффективный винт, с расширенным диапазоном применения, за счет трасформации газового потока малого объема с большой скоростью в газовый поток большего объема с меньшей скоростью превышающей скорость движения лопастей на 6-10%, что позволяет увеличить термический КПД реактивных двигателей. Традиционно его поднимают за счет увеличения верхнего предела, что сложно и дорого, а здесь большой перепад температур получается за счет снижения нижнего предела приближая КПД двигателей к максимальному.The claimed technical solution was tasked with creating a more efficient screw, with an expanded range of applications, due to the transformation of a small volume gas stream with a high speed into a larger volume gas stream with a lower speed exceeding the speed of the blades by 6-10%, which allows to increase thermal efficiency jet engines. Traditionally, it is raised by increasing the upper limit, which is difficult and expensive, but here a large temperature difference is obtained by lowering the lower limit, bringing the efficiency of the engines closer to the maximum.

Новым в решении поставленной задачи является то, что в полость ступицы винта встроена камера сгорания, из которой рабочее тело выходит в полость ступицы, далее через выходные сопла попадает в щелевые каналы, расположенные на передних фронтальных кромках лопастей атакующая часть которых открыта, а к концам каналы имеют уширение. Рабочее тело проходя по щелевым каналам через открытую лобовую часть подсасывает набегающий поток воздуха, выполняя роль смазки, уменьшает лобовое сопротивление, с увеличенным объемом и с уменьшенной скоростью и температурой попадает в выходные сопла.New in solving this problem is that a combustion chamber is built into the cavity of the hub of the screw, from which the working fluid enters the cavity of the hub, then through the outlet nozzles it enters the slotted channels located on the front front edges of the blades of which the attacking part is open, and to the ends of the channels have broadening. The working fluid, passing through the slotted channels through the open frontal part, draws in the incoming air flow, acting as a lubricant, reduces drag, with increased volume and with reduced speed and temperature, it enters the outlet nozzles.

В соплах на концах лопастей газовоздушная смесь разворачивается в сторону противоположную вращению, создает вращающий момент и ударяясь о стенки обтекателя, который ограничивает радиальное распространение смеси, разворачивается назад, создавая тягу.In the nozzles at the ends of the blades, the gas-air mixture turns in the direction opposite to rotation, creates a torque and strikes the walls of the fairing, which limits the radial distribution of the mixture, turns back, creating a thrust.

Другая часть рабочего тела из полости ступицы попадает в другие щелевые каналы, расположенные за первыми каналами в задних стенках других каналов Another part of the working fluid from the hub cavity enters other slotted channels located behind the first channels in the rear walls of other channels

встроено множество сопл с выходом в сторону противоположную вращению. Продукты сгорания выходя из сопл, смешиваясь с воздухом обдувают плоскости лопастей, создают большую подъемную силу и ударяясь о стенки обтекателя отбрасываются назад создают тягу.many nozzles are built in with an exit in the direction opposite to rotation. The combustion products leaving the nozzles, mixed with air, blow around the planes of the blades, create a large lifting force, and when they hit the walls of the fairing, they are thrown back to create traction.

Очевидно, время прохождения рабочего тела по указанным схемам увеличивается, что способствует максимальному отбору энергии от рабочего тела. Здесь происходит описанная выше трансформация газовых потоков, увеличивается разница температур в камере сгорания и на выходе из обтекателя, что в разы увеличивает термический КПД. А дробление рабочего тела на множество струй, не только увеличивает тягу, но и снижает шум.Obviously, the travel time of the working fluid according to the indicated schemes is increased, which contributes to the maximum selection of energy from the working fluid. Here, the above-described transformation of gas flows occurs, the temperature difference in the combustion chamber and at the exit of the fairing increases, which significantly increases the thermal efficiency. And crushing the working fluid into many jets, not only increases traction, but also reduces noise.

На фигуре - 1 схематически показано заявленное устройство, вид сверху; на фигуре - 2 - тоже вид сбоку.The figure - 1 schematically shows the claimed device, a top view; in the figure - 2 is also a side view.

Заявленное устройство (винт) содержит лопасти - 1, имеющие по концам выходные реактивные сопла - 2, соединенные через каналы - 4 (атакующая часть которых открыта) и выходные сопла - 3 с камерой сгорания - 5, находящейся в полости пустотелой ступицы винта. Каждая лопасть имеет продольную щель - 6, внутри которой размещены другие реактивные сопла - 7, соединенные с камерой сгорания - 5 другими каналами - 8. Лопасти винта - 1 окружены кольцевым обтекателем - 9, стартер-генератор - 10, компрессор - 11. Конструкция камеры сгорания - 5 и обтекателя - 9 общеизвестны и поэтому в заявке не рассматриваются.The claimed device (screw) contains blades - 1, having outlet jet nozzles - 2 at the ends, connected through channels - 4 (the attacking part of which is open) and output nozzles - 3 with a combustion chamber - 5, located in the cavity of the hollow hub of the screw. Each blade has a longitudinal slot - 6, inside which other jet nozzles - 7 are placed, connected to the combustion chamber - 5 by other channels - 8. The rotor blades - 1 are surrounded by an annular cowl - 9, the starter-generator - 10, the compressor - 11. The design of the chamber combustion - 5 and fairing - 9 are well known and therefore are not considered in the application.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

С запуском стартера-генератора - 10 в режиме стартера раскручиваются лопасти - 1 и компрессор - 11, подающий сжатый воздух в камеру сгорания - 5 (туда же от отдельного источника поступает топливо). После воспламенения рабочей смеси газы (рабочее тело) из камеры сгорания через входные сопла - 3 и канал - 4 по стрелкам «В» поступают к выходным сопла - 2 на концах лопастей - 1, истекая откуда создают реактивный момент, начинающий вращать винт. С началом его вращения стартер-генератор - 10 переходит в режим работы генератора, а лопасти - 1 винта создают With the start of the starter-generator - 10 in the starter mode, the blades - 1 and the compressor - 11, supplying compressed air to the combustion chamber - 5 are untwisted (fuel is supplied from a separate source). After ignition of the working mixture, the gases (working fluid) from the combustion chamber through the inlet nozzles - 3 and the channel - 4 along the arrows "B" go to the outlet nozzles - 2 at the ends of the blades - 1, expiring from where they create a reactive moment that starts to rotate the screw. With the beginning of its rotation, the starter-generator - 10 goes into the generator operation mode, and the blades - 1 screw create

тягу в направлении стрелки «Г» (фигура 2). Одновременно из камеры - 5 через другие каналы - 8 часть газов по стрелкам «Д» истекает через сопла - 7, создавая, во первых, дополнительный реактивный момент для вращения винта, и во вторых, обдувая верхнюю поверхность лопастей - 1, увеличит тем самым тягу и подъемную силу винта.traction in the direction of the arrow "G" (figure 2). At the same time, from the chamber - 5 through other channels - 8, part of the gases in the direction “D” flows out through nozzles - 7, creating, firstly, an additional reactive moment for rotation of the screw, and secondly, blowing the upper surface of the blades - 1, thereby increasing thrust and screw lift.

Очевидно, что в случае применения заявленного воздушного винта в качестве несущего вертолетного неизбежно возникают некоторые конструктивные сложности при передаче высокотемпературного рабочего тела от камеры - 5 к соплам 2 и 7, обусловленные наличием автомата перекоса, что может усложнить конструкцию заявленного по сравнению с известным. Применительно к вертолету лишним по тем же причинам может оказаться и обтекатель - 9. Однако если заявленный винт применить в качестве движателя для другого подходящего транспортного средства (например, аэроглиссера), то его преимущества перед известным проявляются в полной мере. В частности, обтекатель 9 будет не просто ограждать винт, но ощутимо увеличивать его тягу за счет отклонения в заданном направлении истекающих из сопел газов (против направления стрелки «Г», фигура 2).Obviously, in the case of using the claimed propeller as a helicopter rotor, some design difficulties inevitably arise when transferring a high-temperature working fluid from the chamber - 5 to nozzles 2 and 7, due to the presence of a swashplate, which may complicate the design of the claimed compared to the known one. For a helicopter, for example, a fairing - 9 may also be superfluous. However, if the declared propeller is used as a propeller for another suitable vehicle (for example, an airboat), then its advantages over the known one are fully manifested. In particular, the fairing 9 will not only enclose the screw, but significantly increase its thrust due to the deviation in the given direction of the gas flowing out of the nozzles (against the direction of the arrow "G", figure 2).

Claims

1. A jet propeller, the blades of which have longitudinal slots for blowing their upper surfaces, and inside the blades are located at least one channel connecting the cavity in the hub of the screw with jet engines at the ends of the blades, characterized in that the combustion chamber located in the cavity of the hub of the screw is connected with nozzles at the ends of the blades, through the output nozzles, channels, located on the front front edges of the blades, the attacking part of which is open.

2. The screw according to claim 1, characterized in that behind the first channels to the blades are attached other longitudinal channels communicated with the hub, in the rear walls of which are mounted many nozzles with an exit to the sides opposite to the rotation.

3. The screw according to claim 1, characterized in that it is enclosed in a circular reflector.