Лопасть

Полезная модель относится к области авиации, а именно к аэродинамической компоновке лопастей несущих винтов винтокрылых летательных аппаратов и лопастей воздушных винтов. Технический результат: обеспечивается увеличение грузоподъемности несущего винта, уменьшение размеров лопасти. Заявленный технический результат достигается за счет того, что лопасть с поперечным сечением в виде аэродинамического профиля, выполненная внутри полой, отличающаяся тем, что внутри лопасти выполнено не менее одной полости, каждая из которых отделена от соседних перегородками, и по краям которой установлены винглеты.

Область применения

Полезная модель относится к области авиации, а именно к аэродинамической компоновке лопастей несущих винтов винтокрылых летательных аппаратов и лопастей воздушных винтов.

Уровень техники

Из уровня техники известна лопасть винта (Патент RU 2123453 от 15.12.96 г., В64С 11/16, 11/18), на которой часть размаха лопасти занимает аэродинамический профиль, описание геометрии профиля приводится в формуле этого изобретения-прототипа. Лопасть винта с поперечным сечением в виде аэродинамического профиля, имеющего хорду длиной В, скругленную переднюю кромку, заостренную или затупленную заднюю кромку, расположенные на концах хорды профиля и соединенные между собой гладкими линиями верхней и нижней частей контура профиля, отличающаяся тем, что передняя кромка профиля лопасти имеет радиус округления верхней части контура, находящийся в диапазоне 0,017 В-0,023 В и радиус скругления нижней части, находящийся в диапазоне 0,006 В-0,0085 В, максимальная относительная толщина профиля находится в диапазоне 0,105-0,109 и расположена на расстоянии Х=0,33 В-0,38 В, измеренном от передней кромки профиля вдоль его хорды, а отнесенные к длине хорды профиля ординаты точек верхней части контура Ув/В и нижней части контура Ун/В, расположенные на относительных расстояниях Х/В, измеренных вдоль его хорды, находятся в диапазонах, приведенных в таблице.

Из уровня техники известна ЛОПАСТЬ НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА (Патент RU 2314230 от 10.01.2008, В64С 27/46), которая включает комлевую и аэродинамически профилированную части и имеет хорду, радиусы скругления носовой части профиля и хвостовую пластину. В диапазоне относительных радиусов от 0,5-0,6 до 1,0 аэродинамические профили нормальных продольной оси лопасти сечений имеют относительную толщину 0,109-0,121 хорды профиля. Координаты максимальной относительной толщины находятся в диапазоне 0,32-0,46 хорды профиля. Радиус единой для верхней и для нижней частей контура профиля касательной окружности носка профиля составляет 0,012-0,026 хорды профиля. Максимальная кривизна средней линии профиля равна 0,02-0,025 хорды и расположена в диапазоне 0,20-0,40 хорды. На задней кромке угол между касательной к средней линии и хордой не положителен и составляет 02°. Геометрическая крутка комлевых сечений нулевая. Оперенная часть лопасти начинается от относительных радиусов 0,20-0,35. Хвостовая пластинка имеет ширину 0,04-0,14 хорды профиля без пластинки.

Наиболее близким решением является опасть рулевого винта вертолета (Патент RU 2230003 от 10.06.2004, _{B64C 11/26, B64С 27/46} ), содержащая полый лонжерон, выполненный из слоистых композиционных материалов, в комлевой части которого установлены наружные металлические пластины и выполнены стыковочные отверстия с втулками в них, и хвостовую часть в виде сотового наполнителя и обшивки, отличающаяся тем, что верхняя и нижняя полки комлевой части лонжерона выполнены в виде чередующихся слоев композиционного материала и слоев металлической фольги, при этом в комлевой части выполнены два дополнительных отверстия с втулками в них для болтового соединения наружных металлических пластин с полками лонжерона и между собой, причем оси этих болтовых соединений разнесены между собой по хорде и по радиусу лопасти на расстояния, составляющие 0,5-0,7 расстояния между осями стыковочных отверстий.

Недостатком известных решений является то, что грузоподъемность несущих винтов достигла предела и никакими поворотными устройствами и внешней аэродинамикой лопасти их повысить уже невозможно.

Технический результат: обеспечивается увеличение грузоподъемности несущего винта, уменьшение размеров лопасти.

Реализация полезной модели

Заявленный технический результат достигается за счет того, что лопасть с поперечным сечением в виде аэродинамического профиля, выполненная внутри полой, отличающаяся тем, что внутри лопасти выполнено не менее одной полости, каждая из которых отделена от соседних перегородками, и по краям которой установлены винглеты. Кроме того, в нижней части лопасти со стороны встречи воздушного потока выполнены отверстия в зону полости с возможностью перекрытия их воздушной заслонкой.

Воздушная заслонка выполнена в виде вращающейся трубки со сквозными щелями, расположенной по всей длине лопасти, где в зонах полостей в ней выполнены отверстия, ведущие в зону полости.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 показано конструктивное устройство лопасти, где 1 -лопасть, 2 - винглеты, 3 - направление вращения, 4 - полость.

На Фиг.2 показано конструктивное устройство лопасти в поперечном разрезе, где 5 - входная щель, 6 - выходная щель.

На Фиг.3 показано конструктивное устройство заслонки крупным планом, где 7 - входное отверстие, 8 - заслонка.

На Фиг.4 показано конструктивное устройство лопасти в продольном разрезе в зоне полости.

На Фиг.5 показан пример винтовой лопасти.

Осуществление полезной модели

Лопасть может быть реализована следующим образом. Внутри аэродинамической лопасти (1) (см. Фиг.1) находятся несколько полостей (4) как на Фиг.2. По краям полости (4) находятся винглеты (2) (см. Фиг.2, Фиг.4). При вращении лопастей (1), часть набегающего потока воздуха обтекает внешние плоскости, создавая подъемную силу, как у обычной лопасти. Другая часть проходит через внутреннюю полость (4). Набегающий поток воздуха сначала сжимается во входной щели (5). Затем, расширяясь, с большой скоростью проходит полость (4), прижимаясь к верхней стенке под действием центробежной силы и оказывая на нее некоторое давление. Так же поток будет отбрасываться в сторону. Поэтому боковые стенки расположены под углом, меньшим 90 градусов по отношению к передней кромке лопасти. Проходящий поток за счет эффекта эжекции отсасывает воздух от нижней стенки, создавая там некоторое разрежение. На нижнюю стенку, кроме повышенного давления снаружи, также действует пониженное давление внутри, что эквивалентно увеличению давления у нижней плоскости обычной лопасти. На верхнюю стенку, кроме пониженного давления снаружи, действует повышенное давление внутри. Что также эквивалентно понижению давления над верхней плоскостью обычной лопасти. Для уменьшения перетекания воздуха от верхней стенки к нижней вдоль боковых стенок, у боковых стенок установлены винглеты (2).

В результате подъемная сила лопасти с внутренней полостью увеличится. Для регулирования подъемной силы, кроме возможности перекоса лопасти, широко известной в технике, может использоваться также воздушная заслонка (8) (см. Фиг.4). Она может быть выполнена, например, в виде вращающейся трубки со сквозными щелями, расположенной по всей длине лопасти, где в зонах полостей в ней выполнены отверстия (7), ведущие в зону полости. Вращая заслонку (8), можно регулировать поступление воздуха в полость, что позволяет регулировать разрежение в полости и соответственно подъемную силу. Управление заслонкой можно совместить с механизмом, регулирующим перекос лопасти. При увеличении угла атаки, одновременно начинает закрывается заслонка (8), перекрывая доступ воздуха в полость (4). При наибольшем угле атаки полностью перекрывается доступ воздуха. Создается максимальная подъемная сила. Лопасть может быть выполнена и без заслонки, например: для автожиров. Так как полости находятся на разном расстоянии от оси вращения, то скорость набегающего потока для каждой полости будет разной. Поэтому размеры входной щели, самой полости, выходной щели надо оптимизировать для каждой полости отдельно. Толщина измененной лопасти не увеличится. Соответственно лобовое сопротивление тоже или немного повысится. Что позволит увеличить грузоподъемность вертолетов, заменив только лопасти, а также снизить скорость снижения на авторотации, что увеличит безопасность полетов. Так как воздушный винт работает также как лопасть, то все перечисленное выше касается и лопастей винтов, за исключением заслонки. В винте она не требуется, так как тяга винта регулируется за счет оборотов. И, так как винт короче несущей лопасти, то количество полостей в нем будет меньше. Для небольшого винта можно обойтись одной полостью (см. пример Фиг.5).

1. Лопасть с поперечным сечением в виде аэродинамического профиля, выполненная внутри полой, отличающаяся тем, что внутри лопасти выполнено не менее одной полости, каждая из которых отделена от соседних перегородками и по краям которой установлены винглеты.

2. Лопасть по п.1, отличающаяся тем, что в нижней части лопасти со стороны встречи воздушного потока выполнены отверстия в зону полости с возможностью перекрытия их воздушной заслонкой.

3. Лопасть по п.2, отличающаяся тем, что воздушная заслонка выполнена в виде вращающейся трубки со сквозными щелями, расположенной по всей длине лопасти, где в зонах полостей в ней выполнены отверстия, ведущие в зону полости.