тяговое устройство и приводной динамический несущий элемент тягового устройства

Формула изобретения

1. Тяговое устройство, основанное на эффекте Магнуса и содержащее каркас, на котором установлены приводные динамические несущие элементы конусоидальной формы, объединенные в единую систему с центральной осью вращения, при равномерном расположении их по окружности на каркасе, отличающееся тем, что оси вращения (5) динамических несущих элементов (3) выполнены параллельно центральной оси вращения (4) и направление вращения динамических несущих элементов (3) противоположно направлению вращения каркаса (2).

2. Тяговое устройство по п.1, отличающееся тем, что динамические несущие элементы (3) выполнены полыми и снабжены продольными радиально выполненными щелевыми вырезами (6).

3. Приводной динамический несущий элемент тягового устройства, имеющий конусоидальную форму, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью вращения продольной оси (8) элемента (7) под углом (9) к оси вращения (10).

4. Несущий элемент по п.З, отличающийся тем, что он выполнен в нижней части с обратным конусом (11).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области транспортной технике, а именно к тяговым устройствам, основанным на использовании эффекта Магнуса.

Известно тяговое устройство (роторный движитель), основанное на эффекте Магнуса и содержащее приводные цилиндрические роторы, (динамические несущие элементы) объединенные в единую систему роторов с центральной осью вращения, при симметричном расположении их по отношению к центральной оси, расположенной перпендикулярно продольным осям роторов. Все роторы вращаются в одном направлении и обтекаются потоком, образующимся в результате вращения системы роторов вокруг центральной оси. В результате участия роторов в двух вращениях сразу происходит следующее: вращающийся вокруг своей продольной оси ротор набегает на встречный воздушный поток, который возникает в результате вращения всех поворотных роторов вокруг центральной оси. Над каждым ротором возникает пониженное давление, а под ротором возникает зона повышенного давления, обеспечивающие появление ориентированного тягового усилия параллельно центральной оси вращения системы роторов (см. описание изобретения по патенту РФ №1781970 от 24.11.89, опубл. 10.09.95, В63Н 9/02).

Однако использовать данное устройство препятствует несколько причин:

- цилиндрические роторы, оказывают большое аэродинамическое сопротивление набегающему потоку;

- гироскопический эффект будет противодействовать вращению цилиндрических роторов вокруг центральной оси.

Другое известное тяговое устройство, основанное на использовании эффекта Магнуса для создания тяги в воздушной и водной среде, выбранное заявителем в качестве прототипа, содержит каркас с укрепленными на нем приводными динамическими несущими элементами конусоидальной формы, объединенные в единую систему с центральной осью вращения, при равномерном радиальном расположении их по окружности (см. описание изобретения по патенту РФ №2041137 (фиг.2) от 27.05.92, опубл. 09.08.95, В64С 23/08).

Однако использовать на практике это устройство, например при попытке заменить вертолетный винт, мешает гироскопический эффект. Радиально расположенные динамические несущие элементы, вследствие того, что непрерывно меняют положение своей оси в пространстве, подвержены действию гироскопического эффекта (при котором возникают силы, противодействующие изменению положения осей), что даже при легких динамических элементах ведет к возникновению напряжений в конструкции и потерь в энергии. Гироскопический эффект будет противодействовать вращению динамических элементов вокруг центральной оси вращения. Для уменьшения гироскопического эффекта как указано в патенте №2041137, диаметр динамических элементов менее чем на порядок меньше линейных размеров каркаса.

Технической задачей данных заявляемых решений является повышение тягового усилия путем ликвидации гироскопического эффекта и расширение функциональных возможностей.

Поставленная задача решается путем выполнения известного тягового устройства, основанного на эффекте Магнуса и содержащего каркас, на котором установлены приводные динамические несущие элементы, конусоидальной формы, объединенные в единую систему с центральной осью вращения, при равномерном расположении их по окружности каркаса, в котором, согласно изобретению, оси вращения динамических несущих элементов выполнены параллельно центральной оси вращения и направление вращения их противоположно направлению вращения каркаса.

Динамические несущие элементы выполнены полыми и снабжены продольными радиально выполненными щелевыми вырезами.

Поставленная задача решается также путем выполнения приводного динамического несущего элемент тягового устройства, имеющего конусоидальную форму, который, согласно изобретению, выполнен с возможностью вращения продольной оси элемента под углом к оси вращения.

При этом приводной динамический несущий элемент тягового устройства выполнен в нижней части обратным конусом.

Предлагаемые технические решения объединены единым изобретательским замыслом, т.к. они направлены на повышение тягового усилия устройств, основанных на использовании эффекта Магнуса, путем ликвидации гироскопического эффекта и расширения функциональных возможностей.

В связи с тем, что оси вращения динамических несущих элементов выполнены параллельно центральной оси вращения, то гироскопический эффект полностью отсутствует, что позволяет динамическим несущим элементам иметь большие скорости вращения, уменьшить их длину и увеличить диаметр, что позволит увеличить тяговое усилие и уменьшить габариты устройства.

При этом выполнение в устройстве динамических несущих элементов конусоидальной формы с щелевыми вырезами обеспечивает раскручивание динамических несущих элементов конусоидальной формы от набегающего потока при вращении их вокруг центральной оси вращения, что позволяет избавиться от трансмиссии, приводящей динамические несущие элементы во вращение вокруг собственной оси.

Наиболее эффективен в аэродинамическом и энергетическом отношении вариант выполнения динамического несущего элемента конусоидальной формы с возможностью вращения продольной оси динамического несущего элемента под углом к оси вращения, имитирующего волновое движение с эффектом бегущей волны. От такого вращения возникает поток окружающей среды, а на конусоидальную поверхность динамического несущего элемента действует сила тяги F.

Еще лучшими характеристиками будет обладать динамический несущий элемент, выполненный в нижней части обратным конусом, который обеспечивает лучшее обтекание потоков среды.

Проведенные патентные исследования не выявили идентичных технических решений, что позволяет сделать вывод о новизне и техническом уровне заявляемого технического решения.

Отечественная промышленность располагает всеми средствами (материалами, технологией, оборудованием), необходимыми для изготовления и широкого использования предлагаемого тягового устройства, основанного на эффекте Магнуса, и различных по форме динамических несущих элементов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:

на фиг.1 - общая схема тягового устройства;

на фиг.2 - динамический несущий элемент с щелевыми вырезами;

на фиг.3 - схема взаимодействия динамического несущего элемента конусоидальной формы, выполненного с возможностью вращения продольной оси под углом к оси вращения;

на фиг.4 - форма выполнения динамического несущего элемента на фиг.3 в нижней части обратным конусом.

Предлагаемое тяговое устройство 1 основано на эффекте Магнуса и содержит каркас 2, на котором установлены приводные динамические несущие элементы 3 конусоидальной формы, объединенные в единую систему с центральной осью 4 вращения, при равномерном расположении их по окружности на каркасе 2. Оси 5 вращения динамических несущих элементов 3 выполнены параллельно центральной оси 4 вращения и направление вращения динамических несущих элементов 3 противоположно направлению вращения каркаса 2.

Динамические несущие элементы 3 предлагаемого тягового устройства 1 могут быть выполнены полыми и снабжены продольными радиально выполненными щелевыми вырезами 6.

Предлагается также приводной динамический несущий элемент 7 тягового устройства, имеющий конусоидальную форму, выполненный с возможностью вращения его продольной оси 8 динамического несущего элемента 7 под углом 9 к оси 10 вращения.

Такой динамический несущий элемент может быть выполнен в нижней части обратным конусом 11.

Предлагаемое тяговое устройство 1 работает следующим образом. Вращающимся вокруг своих продольных осей 5 динамическим несущим элементам 3, расположенным на каркасе 2, придают второе вращение вокруг центральной оси 4 тягового устройства 1. Все динамические несущие элементы 3 вращаются в одном направлении. В результате участия динамических несущих элементов 3 в двух вращениях происходит следующее: вращающиеся вокруг своих продольных осей 5 динамические несущие элементы 3 набегают на воздушный поток, который возникает в результате вращения всех динамических несущих элементов 3 вокруг центральной оси 4. При этом одна половина динамических несущих элементов 3 обтекается воздушным потоком (направление вращения элемента совпадает с направлением потока среды). Другая половина каждого динамического несущего элемента 3 движется навстречу этому потоку. На каждом динамическом несущем элементе возникает с одной стороны зона пониженного давления, с другой стороны зона повышенного давления, обеспечивающие появление силы тяги. При этом, чем больше радиус расположения динамических несущих элементов 3 от центральной оси вращения 4 тяговой установки 1, тем больше сила тяги. В результате этого появляется суммарное ориентированное параллельно центральной оси вращения 4 тяговое усилие с использованием эффекта Магнуса.

При выполнении динамических несущих элементов 3 с щелевым вырезами 6, набегающий перпендикулярно осям 5 элементов 3 воздушный поток, проходя через тяговое устройство 1 и воздействуя на динамические несущие элементы 3 через щелевые вырезы 6, вызывает эффективное вращение каждого динамического несущего элемента.

Предлагаемый приводной динамический несущий элемент 7 тягового устройства (на чертеже не показан), имеющий конусоидальную форму, работает следующим образом. При вращении продольной оси 8 динамического несущего элемента 7 под углом 9 к оси 10 вращения осуществляется вращение, которое близко к волновому движению с эффектом бегущей волны. В результате такого движения возникает набегающий сверху на приводной динамический несущий элемент 7 (параллельно оси 10 вращения) воздушный поток, а на динамический несущий элемент действует сила тяги F, направленная параллельно оси 10 вращения.

Если динамический несущий элемент будет выполнен в нижней части обратным конусом 11, то сила тяги будет еще выше.

В настоящее время выполняются работы по изготовлению опытного образца предлагаемого тягового устройства. Испытание вариантов выполнения динамических несущих элементов показали высокие показатели по созданию тяговой силы.