RU2705373C1

RU2705373C1 - Propeller blade

Info

Publication number: RU2705373C1
Application number: RU2018145983A
Authority: RU
Inventors: Виктор Израилевич Думов; Айрат Наилевич Галиев; Николай Юрьевич Львов; Виктор Лазаревич Тучинский
Original assignee: Виктор Израилевич Думов
Priority date: 2018-12-25
Filing date: 2018-12-25
Publication date: 2019-11-07

Abstract

FIELD: aviation.

SUBSTANCE: invention relates to propulsors of vehicles and can be used in fans and wind generators. Air propeller blade comprises a screening surface arranged perpendicular to the blade airfoil along its perimeter directly on the end surface of the airfoil or at a distance from its end surface, which is not more than 0.2 of the chord length of the airfoil, as well as additional screening surfaces installed along the length of the airfoil at a distance between two adjacent screening surfaces of 0.5÷3.0 of the chord length of the airfoil. Height of screening surfaces to surface of airfoil is 0.02÷1.0 from maximum thickness of the profile of the airfoil in the cross-section, in the plane of which the screening surface is installed, and the thickness of the shielding surfaces is 0.01÷0.5 of maximum thickness of the airfoil.

EFFECT: higher efficiency and propeller thrust due to reduction of vortex flows discharged through the end part of the blade.

5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к движителям транспортных средств, а также может быть использовано в вентиляторах, ветрогенераторах и других устройствах, преобразующих кинетическую энергию воздушного потока в механическую энергию вращения.The invention relates to vehicle propulsion, and can also be used in fans, wind generators and other devices that convert the kinetic energy of the air flow into mechanical energy of rotation.

В настоящее время усовершенствование лопастей воздушных винтов летательных аппаратов вертолетного или самолетного типа для повышения КПД и увеличения тяги винтов является актуальной задачей, позволяющей повысить грузоподъемность и скорость полета летательного аппарата с уменьшенным расходом топлива.Currently, the improvement of the propeller blades of helicopter or aircraft type aircraft to increase efficiency and increase propeller thrust is an urgent task that allows to increase the carrying capacity and flight speed of an aircraft with reduced fuel consumption.

Известна лопасть несущего винта, содержащая перо с торцевой поверхностью, в котором выполнены ячейки с установленными в них под определенным углом с наклоном к набегающему потоку гребнями, имеющими нарастающие высоту и ширину от верхней до нижней кромки лопасти. Задняя стенка гребня имеет определенный угол по отношению к нижней кромке лопасти. Проходящий между гребнями воздушный поток направляется от стенки одного гребня к последующему гребню, искривляя и создавая диффузорное состояние двумя встречными потоками к концу гребня, что создает небольшую тягу у нижней кромки лопасти (РФ №2376202, публ. 2009 г.)Known rotor blade containing a feather with an end surface, in which the cells are made with installed in them at a certain angle with an inclination to the incoming flow ridges having increasing height and width from the upper to the lower edge of the blade. The back wall of the ridge has a certain angle with respect to the lower edge of the blade. The air flow passing between the ridges is directed from the wall of one ridge to the subsequent ridge, bending and creating a diffuser state with two oncoming flows towards the end of the ridge, which creates a small draft at the lower edge of the blade (RF No. 2376202, publ. 2009)

Недостатком известной конструкции является то, что она не учитывает воздействие на винт вихревых течений, сбрасываемых с торца лопастей и создающих за ним вихревое движение. Образованные вихревые шнуры пограничного слоя оказывают тормозное воздействие на винт, преодоление которого приводит к росту потребной мощности двигателя на валу винта и в конечном итоге существенно уменьшает его КПД. Интенсивность этих вихрей поддерживается и увеличивается за счет перетекания через торец лопасти из зоны повышенного давления в зону пониженного давления.A disadvantage of the known design is that it does not take into account the effect on the screw of vortex flows discharged from the end of the blades and creating a vortex movement behind it. Formed vortex cords of the boundary layer have a braking effect on the screw, overcoming which leads to an increase in the required engine power on the screw shaft and ultimately significantly reduces its efficiency. The intensity of these vortices is maintained and increases due to the flow through the end of the blade from the zone of high pressure to the zone of low pressure.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение КПД и тяги винта за счет уменьшения образования вихревых течений, сбрасываемых через торцевую часть лопасти.The problem to which the invention is directed is to increase the efficiency and thrust of the screw by reducing the formation of vortex flows discharged through the end part of the blade.

Технический результат достигается тем, что лопасть воздушного винта, содержащая перо с торцевой поверхностью на его концевой части, содержит экранирующую поверхность, размещенную перпендикулярно перу лопасти по его периметру непосредственно на торцевой поверхности пера или на расстоянии от его торцевой поверхности, составляющим не более 0,2 длины хорды профиля пера, при этом высота экранирующей поверхности до поверхности пера составляет 0,02÷1,0 максимальной толщины профиля пера в сечении, в плоскости которого установлена данная экранирующая поверхность. Также лопасть может быть выполнена с дополнительными экранирующими поверхностями, установленными по длине ее пера по периметру профиля перпендикулярно ему, при этом расстояние между двумя соседними экранирующими поверхностями составляет 0,5÷3,0 длины хорды профиля пера, причем высота дополнительных экранирующих поверхности составляет 0,02÷1,0 от максимальной толщины профиля пера в сечении, в плоскости которого установлена данная экранирующая поверхность. Кроме того, все экранирующие поверхности выполнены с толщиной, составляющей 0,01÷0,5 максимальной толщины профиля пера и могут выполнены с площадками для крепления к поверхности пера, совпадающими по форме с поверхностью профиля пера и соединенными с этой поверхностью посредством клеевого состава.The technical result is achieved in that the propeller blade containing a pen with an end surface on its end part contains a shielding surface placed perpendicular to the feather of the blade along its perimeter directly on the end surface of the pen or at a distance from its end surface of not more than 0.2 the length of the chord of the profile of the pen, while the height of the screening surface to the surface of the pen is 0.02 ÷ 1.0 of the maximum thickness of the profile of the pen in the section in the plane of which this screen is installed yuschaya surface. Also, the blade can be made with additional shielding surfaces installed along the length of its pen along the perimeter of the profile perpendicular to it, while the distance between two adjacent shielding surfaces is 0.5 ÷ 3.0 the length of the chord of the pen profile, and the height of the additional shielding surfaces is 0, 02 ÷ 1,0 from the maximum thickness of the pen profile in the cross section in the plane of which this shielding surface is installed. In addition, all shielding surfaces are made with a thickness of 0.01 ÷ 0.5 of the maximum thickness of the pen profile and can be made with pads for attaching to the surface of the pen, matching the shape of the surface of the pen profile and connected to this surface by means of an adhesive composition.

Установка экранирующей поверхности на торцевой поверхности пера лопасти или вблизи этой торцевой поверхности препятствует образованию вихревых шнуров при сбрасывании пограничного слоя с торца лопасти, уменьшая тормозные вихревые течения вокруг винта.The installation of a shielding surface on the end surface of the blade pen or near this end surface prevents the formation of vortex cords when dropping the boundary layer from the end of the blade, reducing the braking vortex flows around the screw.

Установка по длине пера лопасти дополнительных экранирующих поверхностей позволяет разделить лопасть на несколько участков, на каждом из которых происходит выравнивание пограничного слоя. Уменьшение толщины пограничного слоя способствует еще большому уменьшению образований тормозных течений.The installation of additional shielding surfaces along the length of the feather blade allows you to divide the blade into several sections, on each of which the boundary layer is aligned. A decrease in the thickness of the boundary layer contributes to an even greater decrease in the formation of inhibitory flows.

Выполнение экранирующих поверхностей с определенной высотой (0,02÷1,0 от максимальной толщины профиля пера) и толщиной (0,01÷0,5 от максимальной толщины профиля пера) обеспечивает оптимальные характеристики лопасти, при которых достигается максимальная эффективность выравнивания пограничного слоя.The implementation of shielding surfaces with a certain height (0.02 ÷ 1.0 of the maximum thickness of the pen profile) and thickness (0.01 ÷ 0.5 of the maximum thickness of the pen profile) provides optimal blade characteristics at which the maximum leveling efficiency of the boundary layer is achieved.

Выполнение экранирующих поверхностей с площадками для крепления к поверхности пера, которые в месте стыковки с пером лопасти имеет форму профиля лопасти и крепление этих площадок к лопасти с помощью клеевого состава позволяет осуществить модернизацию уже находящихся в эксплуатации лопастей воздушных винтов.The implementation of the shielding surfaces with platforms for attachment to the surface of the pen, which at the junction with the feather of the blade has the shape of a profile of the blade and the attachment of these sites to the blade with the adhesive composition allows the modernization of the blades of propellers already in operation.

Изобретение поясняется графически, где на фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой лопасти воздушного винта; на фиг. 2 представлен профиль пера предлагаемой лопасти; на фиг. 3 представлено место стыковки экранирующей поверхности с пером лопасти; на фиг. 4 представлено фото лопасти, в отношении которой были проведения испытания; на фиг. 5 представлены графики характеристик испытаний, проведенных для лопастей с экранирующими поверхностями и без них.The invention is illustrated graphically, where in FIG. 1 shows a General view of the proposed propeller blades; in FIG. 2 shows a feather profile of a proposed blade; in FIG. 3 shows the junction of the shielding surface with the feather of the blade; in FIG. 4 is a photo of the blade for which the test was conducted; in FIG. 5 is a graph of test performance for blades with and without shielding surfaces.

Лопасть воздушного винта содержит перо 1 с торцевой поверхностью 2. Вблизи торцевой поверхности 2 на расстоянии L₀, составляющим не более 0,2 длины хорды профиля b перпендикулярно к поверхности пера 1 установлена экранирующая поверхность 3 с высотой h, выполненной в пределах от 0,02 до 1,0 максимальной толщины Δ профиля пера в сечении, в плоскости которого установлена экранирующая поверхность 3. Поверхность 3 может быть установлена непосредственно на торцевой поверхности 2. По длине пера размещены дополнительные экранирующие поверхности 4 высотой h в пределах от 0,02 до 1,0 максимальной толщины Δ профиля пера в сечении, в плоскости которого установлена дополнительная экранирующая поверхность 4.The blade of the propeller contains a feather 1 with an end surface 2. Near the end surface 2 at a distance L _{0 of} not more than 0.2 lengths of the chord of profile b, a screening surface 3 with a height h made in the range from 0.02 is installed perpendicular to the surface of feather 1 up to 1.0 of the maximum thickness Δ of the pen profile in the cross section in the plane of which the shielding surface 3 is installed. The surface 3 can be installed directly on the end surface 2. Additional shielding surfaces 4 are placed along the length of the pen h in the range of 0.02 to 1.0 of the maximum thickness Δ pen profile in cross-section in a plane which an extra screening surface 4.

Поверхности 4 установлены друг относительно друга на расстоянии L, составляющим от 0,5 до 3,0 размеров хорды b профиля пера 1 лопасти. На таком же расстоянии установлена первая от торца лопасти дополнительная экранирующая поверхность 4 относительно экранирующей поверхности 3. Экранирующие поверхности 3 и 4 выполнены с толщиной, составляющей 0,01÷0,5 максимальной толщины профиля пера. Экранирующие поверхности 3 и 4 могут быть выполнены из того же материала, что и лопасть винта, а могут устанавливаться на поверхности лопасти винта, например, посредством клея. Для этого поверхности 3, 4 выполнены с полками 5 (фиг. 3), которые имеют форму профиля пера 1, присоединенными к поверхности пера 1.Surfaces 4 are mounted relative to each other at a distance L of from 0.5 to 3.0 sizes of the chord b of the profile of the pen 1 of the blade. At the same distance, the first additional shielding surface 4 from the blade end is installed relative to the shielding surface 3. The shielding surfaces 3 and 4 are made with a thickness of 0.01 ÷ 0.5 of the maximum thickness of the pen profile. The shielding surfaces 3 and 4 can be made of the same material as the screw blade, and can be installed on the surface of the screw blade, for example, by means of glue. For this surface 3, 4 is made with shelves 5 (Fig. 3), which have the shape of the profile of pen 1, attached to the surface of pen 1.

Эффективность предлагаемого изобретения подтверждена испытаниями на воздухе двухлопастного винта диаметром 1500 мм. И с хордой профиля пера, составляющей 150 мм. (см. рис. 4). К лопастям винта были присоединены три экранирующие поверхности, одна из которых - на торцевой поверхности пера лопасти, вторая на расстоянии 320 мм от первой и третья в комлевой части лопасти на расстоянии 300 мм от второй экранирующей поверхности. Все экранирующие поверхности были выполнены толщиной 15 мм.The effectiveness of the invention is confirmed by air tests of a two-blade screw with a diameter of 1500 mm. And with a chord of pen profile of 150 mm. (see fig. 4). Three shielding surfaces were attached to the rotor blades, one of which was on the end surface of the blade feather, the second at a distance of 320 mm from the first and the third in the butt part of the blade at a distance of 300 mm from the second shielding surface. All shielding surfaces were made with a thickness of 15 mm.

Испытания были проведены для вышеописанного двухлопастного винта и аналогичного винта с лопастями без экранирующих поверхностей. Результаты испытаний показали повышение КПД и тяги винта согласно изобретению по сравнению с винтом с традиционно используемыми лопастями без экранирующих поверхностей (см. графики, приведенные на фиг. 5). При одной и той же частоте вращения винта при наличии экранирующих поверхностей можно получить увеличение тяги в среднем на 10-15%.Tests were carried out for the above two-bladed propeller and a similar propeller with blades without shielding surfaces. The test results showed an increase in the efficiency and thrust of the screw according to the invention compared to a screw with traditionally used blades without shielding surfaces (see graphs shown in Fig. 5). At the same rotational speed of the screw in the presence of shielding surfaces, you can get an increase in traction by an average of 10-15%.

Предлагаемое изобретение позволяет уменьшить тормозные вихревые течений вокруг винта, что увеличивает тягу винта и повышает его КПД. Уменьшение тормозных вихревых течений также способствует уменьшению шумовых характеристик транспортного средства при работе винта.The present invention allows to reduce the braking eddy currents around the screw, which increases the thrust of the screw and increases its efficiency. Reducing the braking eddy currents also helps to reduce the noise characteristics of the vehicle during operation of the propeller.

Claims

1. The blade of the propeller, containing a pen with an end surface on its end part, characterized in that it contains a shielding surface placed perpendicular to the feather of the blade along its perimeter directly on the end surface of the pen or at a distance from its end surface of not more than 0, 2 lengths of the chord of the profile of the pen, while the height of the screening surface to the surface of the pen is 0.02 ÷ 1.0 of the maximum thickness of the profile of the pen in the section in the plane of which this screening surface is installed st.

2. The blade according to claim 1, characterized in that it contains additional screening surfaces installed along the length of the pen along the perimeter of its profile perpendicular to it, while the distance between two adjacent screening surfaces is 0.5 ÷ 3.0 of the length of the chord of the profile of the pen.

3. The blade according to claim 2, characterized in that the height of the additional screening surface is 0.02 ÷ 1.0 of the maximum thickness of the pen profile in the cross section in the plane of which this screening surface is installed.

4. The blade according to claim 3, characterized in that the shielding surfaces are made with a thickness of 0.01 ÷ 0.5 of the maximum thickness of the pen profile.

5. The blade according to claim 4, characterized in that the additional shielding surfaces are made with pads for attaching to the surface of the pen, matching in shape with the surface of the profile of the pen and connected to this surface by means of an adhesive composition.