Результат интеллектуальной деятельности: ВИНТ

Изобретение относится к области аэрогидродинамики и может быть применено преимущественно в судостроении, в качестве гребного винта или в качестве пропеллера в авиастроении.

Известен гребной винт, содержащий ступицу с лопастями, в каждой из которых выполнены сквозные отверстия (см. RU №2094304, B63H 1/18, B63H 1/26, 1997).

Недостатками этого решения являются повышенная материалоемкость и нагрев поверхностей лопастей гребного винта в процессе эксплуатации.

Известен также винт, содержащий ступицу и лопасти, выполненные в виде тонких, предпочтительно плоских упругих пластин с обтекаемыми внешними кромками, кроме того, в лопастях выполнены сквозные отверстия (см. RU №129079, B63H 1/00, 2012). Устройство используется, как гребной винт.

Недостатками этого решения является высокая напряженность конструкции, связанная с «работой» большого количества сквозных отверстий малого диаметра, как концентраторов напряжений, что снижает эффективность работы винта, способствует его ускоренному износу.

Задача, на решение которой направлено изобретение, выражается в снижении напряженности конструкции, повышении эффективности работы винта, снижении его износа.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в снижении напряженности в корневой и рабочей зонах лопастей, кроме того, обеспечивается возможность увеличения площади лопасти при снижении ее материалоемкости, а также и увеличивается упругость лопасти. Причем эффективность винта сохраняется в более широком диапазоне скоростей вращения от 1000 об/мин и выше, в связи с формированием более компактного (не расползающегося в стороны) вихревого потока.

Поставленная задача решается тем, что винт, содержащий ступицу и лопасти, выполненные с наклоном к плоскости, перпендикулярной продольной оси ступицы, в виде тонких, предпочтительно плоских упругих пластин с обтекаемыми внешними кромками, кроме того, в лопастях выполнены сквозные отверстия, отличается тем, что отверстия выполнены в виде сквозных вырезов на рабочих участках лопастей, при этом очертания выреза параллельны кромкам лопасти, в которой он выполнен, причем со стороны ступицы продольно ориентированные кромки выреза плавно сопряжены, при этом ширина выреза составляет от 0,1 до 0,33 от ширины лопасти, причем продольные кромки выреза выгнуты из плоскости лопасти так, что угол атаки передней кромки выреза больше угла атаки лопасти, а угол атаки задней кромки выреза меньше угла атаки лопасти. Кроме того, на участке, примыкающем к ступице, лопасти деформированы с образованием складки, формирующей заданный наклон к плоскости, перпендикулярной продольной оси ступицы.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Признаки формулы изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач.

Признак «…отверстия выполнены в виде сквозных вырезов на рабочих участках лопастей…» обеспечивает сохранение балансировки винта и способствует повышению упругости лопастей.

Признак «…очертания выреза параллельны кромкам лопасти, в которой он выполнен» обеспечивает сходную эффективность «работы» оставшихся кромок лопастей и возможность перетока жидкости с нагнетающих на засасывающие поверхности лопастей, тем самым, создают эффект удержания пограничного слоя, который становится несущим вихрем, создающим упор - силу, толкающую судно вперед (при высоких, не менее 2000 об/мин).

Признак «…со стороны ступицы продольно ориентированные кромки выреза плавно сопряжены…» исключает потерю энергии формируемого вихря за счет формирования хаотично направленных струй и вихрей, который мог бы иметь место при неплавном (остром) сопряжении кромок, кроме того, в этом случае формировался бы концентратор напряжений, который мог способствовать разрушению лопасти.

Признак «…ширина выреза составляет от 0,1 до 0,33 от ширины лопасти…» обеспечивает максимальную эффективность работы выреза. При размерах выреза, меньших заявленного, существенно уменьшаются размеры вихревого потока, формируемого им и перетекающего через него. При размерах выреза, больших заявленного, снижаются прочностные характеристики винта и эффективность его работы на переходных скоростях вращения (меньших близких 2000 об/мин).

Признак, указывающий, что «продольные кромки выреза выгнуты из плоскости лопасти так, что угол атаки передней кромки выреза больше угла атаки лопасти, а угол атаки задней кромки выреза меньше угла атаки лопасти», позволяет сохранить эффективность винта в более широком диапазоне скоростей вращения от 1000 об/мин и выше, в связи с формированием более компактного (не расползающегося в стороны) вихревого потока.

Признаки «…на участке, примыкающем к ступице, лопасти деформированы с образованием складки, формирующей заданный наклон к плоскости, перпендикулярной продольной оси ступицы…» способствуют повышению упругости лопастей.

На фиг. 1 изображен гребной винт в плане. На фиг. 2 изображен вид сбоку лопасти гребного винта.

На чертежах показаны ступица 1, лопасти 2, складки 3, сквозные вырезы 4, продольная ось 5 ступицы 1, кромки 6 лопасти 2, кромки 7 и 8 сквозного выреза 4.

Лопасти 2 выполнены в виде тонких, предпочтительно плоских упругих пластин с обтекаемыми внешними кромками и деформированы с образованием складки 3, формирующей наклон к плоскости, перпендикулярной продольной оси 5 ступицы 1. В каждой из лопастей 2, на участке от конца лопасти до складки 3, выполнены одинаковые сквозные вырезы 4, при этом очертания выреза 4 параллельны кромкам 6 лопасти 2, в которой он выполнен. Со стороны складки 3, продольно ориентированные кромки 7 и 8 выреза 4 плавно сопряжены, ширина выреза 4 составляет от 0,1 до 0,33 от ширины лопасти 2. Продольные кромки выреза 4 выгнуты из плоскости лопасти 2 так, что угол атаки передней кромки выреза 4 больше угла атаки лопасти 2, а угол атаки задней кромки выреза 4 меньше угла атаки лопасти 2. Толщина лопасти 2-7 мм.

Заявляемое устройство работает следующим образом. При вращении надетого на гребной вал (на чертежах не показан) гребного винта возникает разница давлений на нагнетающих и засасывающих поверхностях лопастей 2, вследствие чего образуется подъемная сила, одна из составляющих которой направлена противоположно направлению движения судна и создает упор - силу, толкающую судно вперед. При этом винт работоспособен в широком диапазоне скоростей вращения от 1000 об/мин и выше, в связи с формированием более компактного (не расползающегося в стороны) вихревого потока. Сквозные вырезы 4, через которые происходит переток жидкости с нагнетающих на засасывающие поверхности лопастей 2, создают эффект удержания пограничного слоя, который становится несущим вихрем. При этом, при повышенных оборотах вращения винта центр давления его подъемной силы (упора) смещается к выходной кромке, а при снижении скорости вращения он приходится на входную кромку, т.е. реально лопасти 2 «работают» своими кромками, тогда как их центральная часть, не оказывает существенного влияния на эффективность работы винта.