Система підвищення ефективності та керованості авіаційного рушія

Реферат: Система підвищення ефективності та керованості авіаційного рушія містить авіаційний двигун, на валу якого встановлений робочий повітряний гвинт, а система забезпечена електрогенератором, вихід якого підключений до навантаження. Система доповнена допоміжним гвинтом, що розташований співвісно на одному валу за робочим повітряним гвинтом з можливістю його вільного обертання і кінематично з'єднаного з ним ротора електрогенератора. UA 81006 U (12) UA 81006 U UA 81006 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до двигунобудування, у тому числі до конструктивних елементів авіаційних рушіїв, а саме, до системи підвищення ефективності та керованості авіаційного рушія літального апарату. Рушій (рос. движитель; англ. driver, mover, propeller, Vehicle propulsion, нім. Bewegungsantrieb m, Antriebsvorrichtung f, Triebwerk n, Antrieb m) - це пристрій для надання руху певному транспортному засобу [інформація з сайту http://uk.wikipedia.org/wiki/Рушій]. Найбільш близьким аналогом є система підвищення ефективності та керованості авіаційного рушія, що містить авіаційний двигун, на валу якого встановлений робочий повітряний гвинт, а система має електрогенератор, вихід якого підключений до навантаження [Патент РФ № 2359132, МПК (2006.01) F01D15/10, F02K3/04; опубліковано 20.06.2009]. У згаданому документі описаний газотурбінний двигун, що містить турбокомпрессор з компрессором та камерою згоряння, і дві електричні машини - електродвигун, встановлений перед компресором і електрогенератор, вбудований у турбіну, з'єднану з валом компресора. У описаній системі після повітряного гвинта утворюється закручений по спіралі потік повітря. Тяга такого гвинта є рівнодіючою тангенційних сил до спірально закручених потоків, що суттєво зменшує тягу авіаційного двигуна. В основу корисної моделі поставлена задача створення такої системи підвищення ефективності та керованості авіаційного рушія, яка б дозволила зменшити закручування потоків повітря після робочого повітряного гвинта. Поставлена задача вирішується за рахунок встановлення за робочим повітряним гвинтом додаткового аеродинамічного елемента - допоміжного гвинта, що пропускає і одночасно вирівнює потоки повітря. Пропонована, як і відома система підвищення ефективності та керованості авіаційного рушія, містить авіаційний двигун, на валу якого встановлений робочий повітряний гвинт, а система має електрогенератор, вихід якого підключений до навантаження - до бортових споживачів енергії, згідно з корисною моделлю, система доповнена допоміжним гвинтом, розташованим співвісно на одному валу за робочим повітряним гвинтом з можливістю його вільного обертання і кінематично з'єднаного з ним ротора електрогенератора. Особливістю пропонованої системи є і те, що допоміжний гвинт забезпечений концентруючим кільцем, жорстко прикріпленим до кінців його лопатей. Згадане кільце дозволяє підвищити ефективність допоміжного гвинта за рахунок підвищення його жорсткості і зменшення рівнів пружного деформування його лопатей під час роботи рушія, що сприяє підтримуванню стабільності роботи рушія. Пропонована система дозволяє перетворити швидкість повітряного потоку за робочим повітряним гвинтом у тиск, що обертає лопаті допоміжного гвинта, які спрямляють повітряний потік. Довжина лопатей робочого повітряного і допоміжного гвинтів є однаковою, а кількість лопатей робочого повітряного і допоміжного гвинтів є різною. Авторами розрахунковоекспериментальним шляхом встановлено, що для створення спрямляючого ефекту, зміни кута нахилу до осі обертання штовхаючої сили, лопаті допоміжного гвинта повинні обертатись з кутовою швидкістю V2 - меншою за кутову швидкість V1 робочого повітряного гвинта, що призводить до перетворення сили F1 у силу F2, а кількість лопатей допоміжного гвинта повинна бути більшою за кількість лопатей робочого повітряного гвинта і не бути кратною кількості лопатей робочого повітряного гвинта. Для керування роботою допоміжного гвинта - зменшення чи збільшення його кутової швидкості - збільшують або зменшують навантаження електрогенератора і, таким чином, гальмують чи підвищують швидкість обертання допоміжного гвинта. Суть пропонованої корисної моделі пояснюється схематичними кресленнями. На фіг.1 показано загальний вигляд пропонованої системи підвищення ефективності та керованості авіаційного рушія. На фіг. 2 показано форму і напрямки потоків повітря після робочого повітряного гвинта та після допоміжного гвинта, де V1 - кутова швидкість робочого повітряного гвинта, V2 - кутова швидкість допоміжного гвинта; F1, F2, - сили потоків повітря, відповідно після робочого повітряного гвинта та після допоміжного гвинта. Пропонована система підвищення ефективності та керованості авіаційного рушія містить авіаційний двигун 1, на валу 2 якого встановлений робочий повітряний гвинт 3. Система має електрогенератор 4, вихід якого підключений до навантаження - до бортових споживачів енергії, яким може бути, наприклад, система освітлення чи обігріву салону літака /не показано/. Система забезпечена допоміжним гвинтом 5, що розташований співвісно на одному валу 2 за робочим повітряним гвинтом 3 з можливістю його вільного обертання на підшипниковому вузлі 6 1 UA 81006 U 5 10 15 20 під дією потоку повітря від робочого повітряного гвинта 3. Допоміжний гвинт 5 кінематично з'єднаний з ротором електрогенератора 4. До кінців лопатей допоміжного гвинта 5 жорстко прикріплене концентруюче кільце 7. Пропонована система підвищення ефективності та керованості авіаційного рушія працює наступним чином. Авіаційний двигун 1 обертає робочий повітряний гвинт 3, встановлений на валу 2. Двигун 1 створює закручений по спіралі потік повітря. Допоміжний гвинт 5 вільно обертається на підшипниковому вузлі 6 і передає обертальний рух на ротор електрогенератора 4. Електрогенератор 4 виробляє електроенергію на потреби бортових споживачів енергії літального апарату /не показано/. При цьому лопаті допоміжного гвинта 5, встановлені на шляху закрученого по спіралі потоку повітря, утвореного робочим повітряним гвинтом 3, пропускають і одночасно зменшують закручування згаданого потоку повітря, що збільшує тягу рушія і підвищує ефективність авіаційного двигуна 1. Зменшуючи ж чи збільшуючи навантаження електрогенератора 4, гальмують чи підвищують швидкість обертання допоміжного гвинта 5, досягаючи оптимальної тягової характеристики рушія. Концентруюче кільце 7 при цьому сприяє підтримуванню стабільності роботи рушія. Для більш плавного управління роботою допоміжного гвинта 5 система може бути забезпечена пристроєм для управління кроком та кутом повороту лопатей допоміжного гвинта 5 /не показано/. Пропонована система дозволяє підвищити коефіцієнт корисної дії авіаційного рушія і може бути застосована, зокрема, у літальних апаратах, що працюють на сонячних батареях за рахунок можливості повернення виробленої електрогенератором 4 енергії до акумуляторів літального апарату без зменшення тяги авіаційного рушія. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 1. Система підвищення ефективності та керованості авіаційного рушія, що містить авіаційний двигун, на валу якого встановлений робочий повітряний гвинт, а система забезпечена електрогенератором, вихід якого підключений до навантаження, яка відрізняється тим, що система доповнена допоміжним гвинтом, що розташований співвісно на одному валу за робочим повітряним гвинтом з можливістю його вільного обертання і кінематично з'єднаного з ним ротора електрогенератора. 2. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що допоміжний гвинт забезпечений концентруючим кільцем, жорстко прикріпленим до кінців його лопатей. 2 UA 81006 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3