Движитель, основанный на преобразовании энергии текучей среды

Полезная модель относится к устройствам для преобразования энергии набегающего потока во вращательное движение. Технический результат - получение вращательного движения при отсутствии набегающего потока. Движитель для преобразования энергии текучей среды во вращательное движение содержит, по меньшей мере, одну лопасть, закрепленную посредством консоли на шарнире, связанном с опорой, с возможностью вращения относительно оси указанного шарнира. Шарнир выполнен двухстепенным, вторая ось шарнира расположена перпендикулярно оси вращения лопасти, с возможностью колебаний указанной лопасти вокруг второй оси, движитель снабжен приводом колебаний, связанным с консолью, корпус привода жестко связана с вращающейся частью шарнира, а лопасть выполнена с гибкой задней частью. Изобретение повышает эффективность преобразования энергии текучей среды во вращательное движение.

Полезная модель относится к способам преобразования энергии текучей среды и движителям, использующим способ.

Из уровня техники известны способы преобразования энергии набегающего потока текучей среды и устройства, реализующие такие способы.

Так, из описания изобретения к патенту РФ №2246029 С1, МПК F 03 D 1/00, дата публикации 10.02.2005 года, [1], известен способ преобразования энергии текучей среды, в частности, ветра во вращательное движение путем обеспечения воздействия текучей среды, по меньшей мере, на одну лопасть, консольно установленную относительно оси ее вращения. Недостатком способа является зависимость реализации способа от наличия и скорости ветра.

Из описания изобретения [1] известен движитель для преобразования энергии текучей среды во вращательное движение, содержащий, по меньшей мере, одну лопасть, закрепленную посредством консоли на шарнире, связанном с опорой, с возможностью вращения относительно оси указанного шарнира. Недостатком движителя является его оснащение системами, обеспечивающими изменения угла атаки набегающего на лопасти потока, а также необходимость наличия ветра.

Представленные в описании изобретения [1] способ и устройство приняты за наиболее близкий аналог.

Решаемой технической задачей является расширение эксплуатационных возможностей движителя путем обеспечения получения вращательного движения при отсутствии набегающего потока.

Сущность полезной модели состоит в следующем.

Как и в наиболее близком аналоге [1], способ преобразования энергии текучей среды, во вращательное движение обеспечивается путем

воздействия текучей среды, по меньшей мере, на одну лопасть, консольно установленную относительно оси вращения, но в отличие от наиболее близкого аналога [1], воздействие текучей среды по меньшей мере, на одну лопасть обеспечивают путем создания колебаний указанной лопасти оси, перпендикулярной ее оси вращения, при этом используют лопасть с гибкой задней частью.

Движитель для преобразования энергии текучей среды во вращательное движение, как и в наиболее близком аналоге [1], содержит, по меньшей мере, одну лопасть, закрепленную посредством консоли на шарнире, связанном с опорой, с возможностью вращения относительно оси указанного шарнира, но в отличие от наиболее близкого аналога [1], шарнир выполнен двухстепенным, вторая ось шарнира расположена перпендикулярно оси вращения лопасти, с возможностью колебаний указанной лопасти вокруг второй оси, движитель снабжен приводом колебаний, связанным с консолью, корпус привода жестко связана с вращающейся частью шарнира, а лопасть выполнена с гибкой задней частью.

Движитель характеризуется тем, что он оснащен двумя лопастями, консоль выполнена в виде коромысла, соединенного с шарниром, а лопасти соединены с коромыслом осесимметрично относительно оси вращения.

Кроме того, концевой участок консоли выполнен упругим, а на концевом участке консоли установлен груз.

При этом лопасть содержит жесткую переднюю часть, имеющую каплевидный профиль в поперечном сечении, а гибкая задняя часть лопасти выполнена из примыкающих друг к другу перьев.

Каждое перо содержит переднюю и заднюю кромки, задняя кромка расположена ближе к шарниру, чем передняя кромка, при этом передняя кромка расположена над задней кромкой следующего пера, а задняя

кромка - под передней кромкой предыдущего пера, при этом перо может быть выполнено с S-образным поперечным сечением.

Полезная модель поясняется чертежами.

На фиг.1 представлен движитель при виде спереди.

На фиг.2 представлен движитель при виде сверху.

На фиг.3 представлен выносной элемент А на фиг.2.

На фиг.4 показан разрез Б-Б на фиг.3.

На фиг.5 показан вид В на фиг.4.

На фиг.6 показан разрез Г-Г на фиг.3.

На фиг.7 показан разрез Д-Д на фиг.5.

На фиг.8 показан разрез Е-Е на фиг.5.

На фиг.9 показан разрез Ж-Ж на фиг.5.

На фиг.10 показан разрез И-И на фиг.5.

На фиг.11 показан разрез К-К на фиг.2.

Способ преобразования энергии набегающего потока основан на приведении во вращение консольно соединенной с осью вращения, по меньшей мере, одной лопасти, путем генерации вихрей при колебаниях лопасти в плоскости, проходящей через ее ось вращения.

Для генерации вихрей и вращения коромысла движитель для текучей среды содержит энергопривод, платформу 1, консоль, выполненную в виде коромысла 2, по меньшей мере, одну лопасть 3 с гибкой задней частью 4. Энергопривод установлен на платформе 1 и кинематически связан с коромыслом 2, которое соединено с платформой 1 посредством шарнира 5. Коромысло 2 может оснащаться только одной лопастью 3. В случае наличия на коромысле 2 двух лопастей 3 они расположены с противоположных сторон коромысла 1, как правило, осесимметрично относительно шарнира 5 (фиг.1). Шарнир 5 выполнен двухстепенным, с осями 6 и 7, расположенными перпендикулярно коромыслу 1, соответственно поперек коромысла 1 вдоль лопастей 3 и в вертикальной плоскости (фиг.1 и 2).

На платформе 1 установлен энергопривод 8, например электродвигатель с редуктором 9, в качестве механизма 10 колебания коромысла 2 может использоваться пневмопривод или кривошипный, кулисный, кулачковый и другие механизмы (фиг.1).

Коромысло 2 может выполняться в виде единого продольного элемента, либо составным, содержащим центральную часть 11 и соединенные с ней концевые части 12, которые могут выполняться упругими, соединяться с лопастями 3 и/или с грузами 13 (фиг.2, 3). При этом центральная 11 и концевые 12 части могут выполняться сложной конструкции, содержащей такие силовые элементы, как лонжероны 14, нервюры (на фиг не показаны), узлы соединения с лопастями 3. При этом лонжеронам 14 центральной 11 и/или концевым 12 частям придается каплевидный профиль, аналогичный аэродинамическим профилям, в хвостовой части которого расположены узлы крепления лопастей 3 (фиг.4).

Гибкая задняя часть 4, примыкающая, по меньшей мере, к одной лопасти 3, выполнена в виде пера 15 с законцовкой 16, передней 17 и задней 18 кромками (фиг.5). Передняя кромка 17 расположена дальше от шарнира 5, чем задняя кромка 18. В сечении вдоль коромысла передняя кромка 17 расположена над задней кромкой следующего пера 15, а задяя кромка 18 - под передней кромкой предыдущего пера 15 (фиг.6). Перо 15 в поперечном сечении вдоль размаха коромысла 2 выполнено с профилем с S-образной средней линией 19, с увеличением вогнутости S-образной средней линии 19 в средней части размаха лопасти 3 и уменьшением по мере приближения к законцовке 16 пера 15 (фиг.7-10) угла а между плоскостью, перпендикулярной оси 7 вращения коромысла 2, и хордой 20, соединяющей переднюю 17 и заднюю 18 кромки профиля.

Возможно также выполнение гибкой задней части лопасти в виде одной целой гибкой обшивки.

Движитель для текучей среды работает следующим образом.

Энергопривод посредством электродвигателя 8, редуктора 9 и механизма 10 (кривошипного, кулисного и т.п.), соединенного с коромыслом 2, поворачивает коромысло 2 вокруг оси 6 шарнира 5 в вертикальной плоскости, как правило, проходящей через ось 7 шарнира 5 (фиг.1). На движущейся части движителя (фиг.11) за счет упругости концевой части 12 коромысла 2, гибкая задняя часть 4 лопасти 3 прогибаются вниз (фиг.12), отбрасывая воздух назад и генерирует вихри, при сходе которых возникает сила, создающая крутящий момент относительно оси 7 шарнира 5 (фиг.13). При достижении механизмом 10 верхней мертвой точки коромысло 2 начинает двигаться в противоположном направлении, завершая цикл махового движения. За счет профилировки лонжеронов 14 коромысла 2 и гибкой задней части 4 лопасти 3 при маховом движении возникает циркуляция текучей среды, присоединенные массы текучей среды увеличивают возникающие силы.

Выполнение гибкой задней части 4 лопасти 3 упругой, ее выполнение в виде пера 15 в сечении вдоль коромысла 2 с S-образной средней линией 19 профиля (фиг.7-10) способствует увеличению эффективности маха. Наличие грузов 13 на концевых участках 12 лопастей 3 (фиг.2) увеличивает амплитуду маха и снижает перегрузки в верхней и нижней точках механизма 10 и в лонжеронах 14.

Таким образом, за счет колебания относительно оси 6 приводом консольно установленных лопастей 3 генерируются вихри, обеспечивающие вращение консольно установленных (например, посредством коромысла 2) лопастей 3 относительно оси 7 шарнира 5.

Изготовленная модель движителя с площадью одной консоли 130 кв.см, размахом консоли 22 см, средней хордой 12 см, потребляемой мощностью двигателя 1,8 Вт с расходуемой мощностью на колебания 1,6 Вт обеспечил при частоте колебаний 120-180 1/мин раскрутку консоли весом 45 грамм до 60-80 об/мин.

1. Движитель для преобразования энергии текучей среды во вращательное движение, содержащий, по меньшей мере, одну лопасть, закрепленную посредством консоли на шарнире с возможностью вращения относительно оси указанного шарнира, отличающийся тем, что шарнир выполнен двухстепенным, вторая ось шарнира расположена перпендикулярно оси вращения лопасти, с возможностью колебаний указанной лопасти вокруг второй оси, движитель снабжен приводом колебаний, связанным с консолью, а лопасть выполнена с гибкой задней частью.

2. Движитель по п.1, отличающийся тем, что оснащен двумя лопастями, консоль выполнена в виде коромысла, соединенного с шарниром, а лопасти соединены с коромыслом осесимметрично относительно оси вращения.

3. Движитель по п.1, отличающийся тем, что концевой участок консоли выполнен упругим.

4. Движитель по п.3, отличающийся тем, что на концевом участке консоли установлен груз.

5. Движитель по п.1, отличающийся тем, что лопасть содержит жесткую переднюю часть, имеющую каплевидный профиль в поперечном сечении.

6. Движитель по п.1, отличающийся тем, что гибкая задняя часть лопасти выполнена из примыкающих друг к другу перьев.

7. Движитель по п.6, отличающийся тем, что каждое перо содержит переднюю и заднюю кромки, задняя кромка расположена ближе к шарниру, чем передняя кромка, при этом передняя кромка расположена над задней кромкой следующего пера, а задняя кромка - под передней кромкой предыдущего пера.

8. Движитель по п.6, отличающийся тем, что перо выполнено с S-образным поперечным сечением.