вихревой колесный диск

Формула изобретения

Вихревой колесный диск, состоящий из обода, спиц, центрального диска с посадочным отверстием и отверстиями для крепления, отличающийся тем, что жесткие профилированные спицы выполнены в виде равномерно скрученных на угол 90° по длине лопастей, закрепленных так, что приосевая часть спицы ориентирована под углом -45° к плоскости колеса и +45° в периферийной ее части на внутренней части обода, создающая переменный по знаку угол атаки по потоку в центре и у обода, приводящий к нагнетанию воздуха к приосевой части со стороны кузова и выбросу воздуха на периферию в сторону от транспортного средства, причем поперечное сечение лопастной спицы имеет форму, близкую к прямоугольной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к транспортным средствам (ТС), в части конструкции колеса транспортных средств.

Цель изобретения - увеличение функциональных возможностей колесного диска путем улучшения аэродинамических характеристик ТС и повышение эффективности вентиляции тормозных колодок.

Указанная цель достигается изготовлением жестких профилированных спиц колесных дисков в виде равномерно скрученных по длине лопастей, имеющих переменный по знаку угол атаки в центре и у обода, приводящий к нагнетанию воздуха к приосевой части со стороны кузова и выбросу воздуха на периферию в сторону от транспортного средства. Тем самым создается принудительная вентиляция со стороны кузова и вихревая "подушка" снаружи. В итоге повышается эффективность вентиляции тормозов, уменьшается аэродинамическое сопротивление боковых частей, создается разрежение под кузовом, обеспечивая прижимную силу на скорости.

Описание изобретения

Изобретение относится к транспортным средствам (ТС), в части конструкции колеса транспортных средств. Устройство может применяться в легковых, грузовых, гоночных автомобилях без снижения эффективности основных функций колесного диска.

Выбран прототипом известный и наиболее распространенный колесный диск из легкосплавных материалов, состоящий из цилиндрического обода, центральной направляющей с коническими отверстиями для крепления диска к ступице и жестких фигурных колесных спиц в количестве преимущественно от 3 до 6 шт., расположенных радиально (например, "Колесные диски" / Сост. К.П.Быков. - Чернигов: Ранок, 1998 г.).

К основным функциям колесного диска выбранного прототипом, относится прочность, низкая масса, надежность крепления при разнообразном эстетическом дизайне.

Недостатком прототипа является низкая функциональность средней "спицевой" части между центром и ободом, где не эффективно тратится энергия углового вращения на центробежный разгон воздуха в условиях его сдерживания и упругого отражения от внутренней стороны обода.

Общими существенными признаками известного устройства и заявляемого технического решения является наличие центральной направляющей с коническими отверстиями для крепления диска к ступице и периферийного обода, предназначенного для посадки шины.

Основной целью изобретения является повышение функциональной роли спиц колесного диска за счет профилирования их в виде скрученных лопастей, проявляющейся в виде принудительной вентиляции ступицы, тормозов и улучшения общей аэродинамики кузова.

Указанная цель достигается тем, что при изготовлении колесного диска каждая из радиальных спиц выполнена в виде плоской равномерно крученой по длине от центра к периферии на угол 90° лопасти, причем угол скрутки лопасти для левого колеса выполнен против часовой стрелки от ступицы к ободу, правого - по часовой. Фронтальная плоскость спицы ориентирована под углом -45° к плоскости колеса в центре диска и +45° на внутренней части обода. Поперечное сечение лопастной спицы имеет форму, близкую к прямоугольной, или оптимальную - приближенную к форме сечения лопасти воздушного винта самолета.

Сущность изобретения заключается в том, что при движении транспортного средства вращающийся вихревой колесный диск взаимодействует с воздухом наружного и внутреннего объема кузова так, что в приосевой части происходит забор воздуха к ступице под кузов, а в периферийной области диска более мощный выброс наружу. Воздух, попадающий в зону вращения скрученных спиц колеса, приобретает вращательные моменты как в плоскости колеса, так и вокруг крученых спиц, расположенных радиально вследствие центробежного разбегания потока. Взаимодействие вращающих моментов вызывает движение потока воздуха по вихревому тороиду, смещенному вдоль оси вращения в сторону от кузова, что является следствием именно равномерного скручивания лопастей спиц, поскольку отдача периферийных частей спиц больше, чем в приосевой области, по причине их большей удаленности от центра. В результате нагнетания закрученного потока к ступице под кузов и более мощный выброс ближе к ободу вихревого потока наружу создает вытянутый квазистационарный поток с осевым противотоком, более известным как вихревой тороид ("бублик"). Устройство, генерирующее это объемное вращение, в отличие от прототипа имеет ряд дополнительных положительных функций для ТС в целом:

- принудительная вентиляция тормозной системы повышает эффективность торможения, ее вихревой характер усиливает теплоотдачу;

- создание разрежения под кузовом усиливает прижим к трассе, повышает устойчивость на скорости;

- в приосевой части создается разрежение воздуха, охлаждающее подшипник ступицы;

- вихревой поток с внешней стороны кузова создает вращающуюся воздушную "подушку", которая уменьшает аэродинамическое сопротивление кузова в целом, особенно крыльев колеса и боковых выступающих элементов.

Указанное устройство может изготавливаться в виде жесткого сплавного диска методом литья в форме или иными способами с соблюдением предложенной геометрии профиля скрученных спиц.

На фиг.1 изображен общий вид левого по ходу вихревого колесного диска, вращающегося против часовой стрелки 9, с четырьмя спицами 5, расположенными радиально на диске 2, который насажен посадочным отверстием на ступицу 1 и закреплен болтами 3. Каждая спица в приосевой части 4 ориентирована под углом -45° к плоскости колеса в центре и +45° в периферийной 6 на внутренней части обода 7. Внешняя часть обода 8 служит для размещения шины.

На фиг.2 схематично изображены основные вихревые потоки, направленные снаружи к кузову 10 в центре у ступицы и от кузова наружу 11 в районе обода колеса 7, порождаемые вращением 9 приосевых 4 и периферийных 6 оконечностей спиц 5, размещенных радиально вдоль осей Y и Х вокруг ступицы 1, расположенной на оси Z.

На фиг.3 показана схема (вид сверху) движения вихревых потоков под кузовом 17 и в стороне от него 13, вызванных вращением спиц диска с разнонаправленным углом атаки по потоку в периферийной 6 и в приосевой части колеса 5. Набегающий поток 15 по ходу движения ТС 12 засасывается со стороны кузова 14 лопастными спицами 6 на внешнюю сторону 13 от ТС. Часть выбрасываемого потока 13 разворачивается пониженным давлением и противоположным углом атаки спиц в центре 5 направляется на тормозные колодки 18, способствуя активной вентиляции, далее поток, удаляясь от центра к периферии под действием центробежной силы, разворачивается от кузова, приобретает дополнительную угловую и линейную скорость направлением угла атаки периферийной оконечности лопасти спицы 6, покидает зону вращения 13, замещаясь набегающим под кузовом потоком в разрежение 14. Покидая зону вращения, вихревой поток 13 рассекает и амортизирует встречный ветер обтекания 15 ТС, поддерживает окутывающее вихревое поле повышенного давления 13 вдоль кузова 17, обеспечивает пониженный коэффициент аэродинамического сопротивления ТС. Объем исходящего потока под кузовом 16 ТС меньше входящего 15 в результате его распыления по сторонам 13, чем достигается прижимная сила.

Предпочтительно изготавливать колесный диск с четырьмя одинаковыми кручеными спицами. В различных исполнениях количество спиц может быть отлично от четырех.

Предпочтительно выполнять угол скрутки спиц по длине 90°. В различных модификациях угол скрутки спиц по длине может отличаться от 90°.

Предпочтительно ориентировать в месте крепления спицы к ободу под углом 45° относительно плоскости колеса. Этот угол может быть отличным от 45° в разных исполнениях.

Возможно исполнение спиц с переменным углом крутки по длине от центра к ободу для подстройки интенсивности разнонаправленных потоков.

Правое колесо необходимо выполнять зеркально симметричным относительно левого для соблюдения схемы потоков и их равнодействующей.

Допустимо изготовление вихревых колесных дисков с радиальным расположением спиц по конусу с вершиной на оси ступицы и основанием, вписанным в окружность обода, а также другие изгибы крученых спиц.

Устройство работает следующим образом. ТС движется поступательно вперед на колесах, имеющих вихревые колесные диски на каждой оси. Угловое перемещение каждого колеса создает касательное взаимодействие с воздухом спицами, которые выполнены скрученными вдоль их длины от центра колеса к ободу на угол 90°, ориентированными фронтальной плоскостью под углом 45° к плоскости колеса так, что при вращении диска против часовой стрелки угол атаки по потоку в центре колеса равен -45°, а у обода +45°. Тем самым обеспечивается закручивание и нагнетание воздуха в центре по оси колеса в сторону кузова, а на периферии у обода по оси колеса более мощный выброс потока в сторону удаления от кузова. Таким образом происходит объемное завихрение воздуха вокруг центра колесного диска по вытянутому тороиду, своими свойствами добавляющего положительные функции колесного диска по сравнению с прототипом, такие как эффективное охлаждение тормозных колодок, расположенных в центральной части между колесом и кузовом, а также создание вихревой "подушки" снаружи кузова, уменьшающей аэродинамическое сопротивление при усилении прижимной силы под днищем ТС.