RU2015062C1

RU2015062C1 - Propeller blade

Info

Publication number: RU2015062C1
Authority: RU
Inventors: Владимир Ильич Петинов
Original assignee: Владимир Ильич Петинов
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1991-09-30
Publication date: 1994-06-30

Abstract

FIELD: aircraft engineering. SUBSTANCE: blade profiles near the root are formed by lower, upper and front flat planes which make sharp angles along the leading and trailing edges. The leading edge angle γ is equal to 45°, and the trailing edge angle b is 15°. The transition section from the upper to front surfaces is rounded and is made circular by radius r determined from incident flow velocity v and coefficient K which depends on the pressure drop rate on the roundness of the joint of the surfaces on the high-velocity side of the profile in the ratio r = vK. The upper and front surfaces converge as they move away from the root and are brought to zero at the end of the blade. Radius r increases lengthwise to the end of the blade forming at the end together with the lower surface a profile in the form of a segment with equal angles b at the leading and trailing edges. The blade trailing edges in plan deviate from the axis at an angle g and intersect at angle of 90°. The profile thickness increases to the root and the surfaces joint of the high-velocity surfaces of the profile has the form closer to triangular with an abrupt transition to the root rod. EFFECT: improved efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к летательным аппаратам, в частности к лопастям воздушных винтов, преобразующих энергию работы двигателя в силу тяги, применяемых в самолетах, дирижаблях, аэросанях, глиссерах и других устройствах. The invention relates to aircraft, in particular to propeller blades that convert the energy of the engine by thrust, used in airplanes, airships, snowmobiles, planes and other devices.

Известны лопасти самых разнообразных форм, в том числе и прямоугольные. Blades of the most diverse shapes are known, including rectangular ones.

Известные лопасти обладают тем недостатком, что они имеют несимметричные выпуклые поверхности, криволинейные кромки, при этом передняя кромка имеет большой радиус закругления, а задняя имеет существенное притупление. Профили по всей длине пера лопасти не рассчитаны для получения максимальной аэродинамической силы тяги. Концевой обтекатель выполняется прямоугольным или закругленной формы. Все это вместе взятое существенно снижает КПД известных воздушных винтов. Known blades have the disadvantage that they have asymmetric convex surfaces, curved edges, while the front edge has a large radius of curvature, and the rear has a significant blunting. Profiles along the entire length of the feather blade are not designed to obtain maximum aerodynamic traction. The end fairing is rectangular or rounded. All this taken together significantly reduces the efficiency of known propellers.

За прототип принимается лопасть, имеющая плоскую нижнюю поверхность, притупленную по большому радиусу переднюю кромку, и притупленную заднюю кромку. Верхняя поверхность имеет кривизну, начиная от передней и до задней кромки. The prototype is a blade having a flat lower surface, a leading edge blunted over a large radius, and a blunted trailing edge. The top surface has a curvature starting from the leading edge to the trailing edge.

Недостаток прототипа в том, что он не имеет наивыгоднейших форм профилей винтовых дужек, а поэтому он имеет низкий КПД, так как не рассчитан для получения максимальной аэродинамической силы тяги. The disadvantage of the prototype is that it does not have the most advantageous shapes of the profiles of screw arches, and therefore it has a low efficiency, as it is not designed to obtain maximum aerodynamic traction.

Предложенная конструкция лопасти не имеет этих недостатков, чем и обеспечивается повышение КПД винта. The proposed blade design does not have these disadvantages, which ensures an increase in the efficiency of the screw.

Сущность предложенного технического решения состоит в том, что профили пера лопасти вблизи комля образованы нижней, верхней и лобовой плоскими поверхностями составляющими острые углы по передней и задней кромкам. Передний угол γ= 45^о, задний β = 15^о, а участок перехода от верхней и лобовой поверхности скруглен и выполнен по окружности радиуса r, определяемого по скорости V набегающего потока и коэффициенту К, зависящему от степени понижения давления на закруглении стыка поверхностей на спинке профилей в соотношении r = V²/К, причем верхняя и лобовая поверхности сужаются по мере удаления от комля и сходят на нет на конце лопасти, а радиус r скругления стыка поверхностей увеличивается по длине к концу лопасти, образуя на конце вместе с нижней поверхностью профиль в форме сегмента с одинаковыми углами β у передней и задней кромок. Кромки на конце лопасти в плане отклонены к ее оси на угол γ и пересекаются под углом 90^о. Толщина С профилей при постоянной хорде b увеличивается по направлению к комлю по мере уменьшения радиуса r скругления стыка поверхностей на спинке профиля, который у комля имеет форму, близкую к треугольной с резким переходом в комлевой стержень.The essence of the proposed technical solution lies in the fact that the profiles of the feather blades near the butt are formed by lower, upper and frontal flat surfaces making sharp angles along the front and rear edges. The front angle γ = 45 ^° , the rear angle β = 15 ^° , and the transition area from the upper and frontal surfaces is rounded and made around a circle of radius r, determined by the velocity V of the incoming flow and the coefficient K, which depends on the degree of decrease in pressure at the curve of the junction of the surfaces on the back profiles in the ratio r = V ² / K, and the upper and frontal surfaces narrow as they move away from the butt and disappear at the end of the blade, and the radius r of the junction of the surfaces increases in length to the end of the blade, forming at the end with the lower surface a profile in the form of a segment with equal angles β at the leading and trailing edges. The edges at the end of the blade are inclined in plan to the axis by an angle γ and intersect at an angle of 90 ^about . The thickness C of the profiles with a constant chord b increases towards the butt as the radius r of the rounding of the junction of the surfaces on the back of the profile, which at the butt has a shape close to triangular with a sharp transition to the butt root, decreases.

На фиг. 1 показана лопасть, сечение вдоль оси пера по максимально утолщенному месту (крутка лопасти не показана); на фиг. 2 - то же, с наложенными профилями в сечениях на различных радиусах от центра через интервалы, измеренные в хордах; на фиг. 3 - схема обтекания профиля потоком со скоростью V под углом атаки α . In FIG. 1 shows a blade, a section along the axis of the pen at the most thickened place (the twist of the blade is not shown); in FIG. 2 - the same, with superimposed profiles in sections at different radii from the center at intervals measured in chords; in FIG. 3 is a diagram of the flow around a profile with a velocity V at an angle of attack α.

Лопасть воздушного винта включает комлевой стержень 1, верхнюю 2 и нижнюю 3 поверхности с параллельными передней 4 и задней 5 кромками. Профиль пера лопасти вблизи комля 1 ограничен нижней 3, верхней 2 и лобовой 6 плоскими поверхностями, образующими острые углы по задней 5 и передней 4 кромкам. Передний угол γ равен 45^о, а задний β равен 15^о, а участок закругления, примыкающий к верхней 2 и лобовой 6 поверхностям, выполнен по радиусу r, определяемому по скорости набегающего потока V и коэффициенту К от возможной степени понижения давления на закруглении в соотношении r = V²/К. Верхняя и лобовая поверхности сужаются по мере удаления от комля и сходят на нет в конце 7 лопасти, где задняя кромка 5 и передняя 4 отклоняются прямолинейно к оси лопасти под углом γ и, пересекаясь на оси, образуют в плане угол в 90^о, а профиль в конце лопасти из сегментной формы 8, с передней 4 и задней 5 заостренными под углом β от нижней плоскости 3 кромками, увеличивая толщину С в направлении к комлю 1 и уменьшая радиус закругления спинки r при постоянной хорде b, принимает вблизи комля 1 форму профиля 9, близкую к треугольной, с последующим резким переходом от пера в комлевой стержень 1.The propeller blade includes a butt root 1, upper 2 and lower 3 surfaces with parallel front 4 and rear 5 edges. The profile of the feather blade near the butt 1 is limited to the lower 3, upper 2 and frontal 6 flat surfaces forming sharp angles at the rear 5 and front 4 edges. The front angle γ is 45 ^° , and the rear angle β is 15 ^° , and the rounding section adjacent to the upper 2 and frontal 6 surfaces is made according to the radius r, determined by the speed of the incident flow V and the coefficient K from the possible degree of pressure reduction on the rounding in the ratio r = V ² / K. The upper and frontal surface are narrowed as the distance from the butt end and taper off at the end 7 of the blade, wherein the trailing edge 5 and the front 4 are deflected rectilinearly to the axis of the blade at an angle γ and intersecting at the axis, forming a plane angle of ⁹⁰ °, and the profile at the end of a blade of segment shape 8, with the front 4 and rear 5 edges pointed at an angle β from the lower plane 3, increasing the thickness C towards the butt 1 and decreasing the radius of curvature of the backrest r with a constant chord b, takes profile 9 near the butt 1 close to triangular, followed by a sharp transition from the pen to the butt root 1.

Примером конкретного выполнения может быть лопасть, у которой хорда b принята равной, примерно 0,25 от длины пера. Радиус кривизны спинки 10 r₆ на радиусе R₆, определяется по формуле:
r =b/2sin15^о. (1) Толщина С лопасти на радиусе R₆ определяется по формуле:
C₆ = r₆(1 - cosβ ) (2) По найденному (1) радиусу r₆, определяется допускаемая скорость V₆ набегания потока на концевую часть лопасти, расположенную на радиусе R₆ ≈ 6˙b, по формуле:
V₆ ² = K r₆, (3) где К = 76000 м/сек² - найдена из условия ускорения потока V из зоны атмосферного давления в вакуум.An example of a specific implementation can be a blade, in which the chord b is taken equal to approximately 0.25 of the length of the pen. The radius of curvature of the backrest 10 r ₆ at a radius of R ₆ is determined by the formula:
r = b / 2sin15 ^about . (1) The thickness C of the blade at a radius of R ₆ is determined by the formula:
C ₆ = r ₆ (1 - cosβ) (2) From the found (1) radius r ₆ , the permissible speed V _{6 of the} flow of the flow onto the end part of the blade located at the radius R ₆ ≈ 6˙b is determined by the formula:
V ₆ ² = K r ₆ , (3) where К = 76000 m / s ² - is found from the condition of acceleration of the flow V from the atmospheric pressure zone to vacuum.

Зная максимально допускаемую скорость V₆ на R₆, можно найти скорость набегания V_i на любом радиусе R_i лопасти и соответственно найти по формуле (3) - нужный радиус r_i закругления спинки 10, который будет обеспечивать постоянную величину К на всей длине пера, начиная от R₂ и до R₆.Knowing the maximum allowable speed V ₆ on R ₆ , you can find the speed of run V _i on any radius R _{i of the} blade and, accordingly, find by formula (3) - the desired radius of curvature r _{i of the} back of 10, which will provide a constant value of K over the entire length of the pen, starting from R ₂ to R ₆ .

А если скорость V на конце лопасти R₆ будет принята какой-то другой, т. е. меньше допускаемой, то по формуле (3) находится и соответствующий ей коэффициент К, а по нему - величина радиуса r_i.And if the speed V at the end of the blade R ₆ will be adopted any other, that is, less than the permissible, then by the formula (3) is found and the corresponding coefficient K, and on it - the value of the radius r _i .

Коэффициент К есть величина заранее заданного ускорения воздушной массы в пограничном слое на закруглении r от той или иной скорости набегающего потока. The coefficient K is the value of a predetermined acceleration of the air mass in the boundary layer at a curve r from one or another velocity of the incoming flow.

Принятая форма отклонения передней 4 и задней 5 кромок к оси лопасти под углом γ замечательна тем, что, обтекая его, поток V как бы постепенно перемещается с нормальной хорды b на уменьшенную и на конце 7 сходит на нет, исключая тем самым концевое завихрение. The accepted form of deflection of the front 4 and rear 5 edges to the axis of the blade at an angle γ is remarkable in that, flowing around it, the flow V gradually moves from the normal chord b to a reduced one and ends at the end 7, thereby eliminating the end swirl.

Таким образом, лопасть воздушного винта, получая от работы двигателя вращательное движение до n-го числа оборотов, будет набегать на воздушную массу со скоростью V, в результате чего от скоростного напора V вдобавок к атмосферному давлению на нижней плоскости 3 будет возникать повышенное давление, а на верхней плоскости 2 - разряжение. Разность давления и разрежения и создает силу тяги. Thus, the propeller blade, receiving rotational motion from the engine to the nth number of revolutions, will run into the air mass with a speed V, as a result of which a pressure will arise from the velocity head V in addition to atmospheric pressure on the lower plane 3, and on the upper plane 2 - vacuum. The difference in pressure and vacuum creates traction.

Claims

AIR SCREW VANE, including a butt root and a feather of the blade, formed by the upper and lower surfaces with parallel front and rear edges, characterized in that the feather profiles of the blade near the butt are formed by the lower, upper and frontal flat surfaces making sharp angles along the front and rear edges, the angle γ at the leading edge is 45 ^o , the angle β at the trailing edge is 15 ^o , and the transition from the upper to the frontal surface is rounded and made around a circle of radius r, determined by the speed V about the flow and coefficient K, depending on the degree of pressure decrease at the rounding of the junction of the surfaces on the profile back in the ratio r = V ² / K, and the upper and frontal surfaces narrow as they move away from the butt and disappear at the end of the blade, and the radius r of rounding the junction of the surfaces increases in length to the end of the blade, forming at the end together with the bottom surface a profile in the form of a segment with equal angles β at the front and rear edges, and the edges at the end of the blade are deflected to its axis by an angle γ and intersect at an angle of 90 ^o , and the thickness C of the profiles with a constant chord b increases towards the butt as the radius r of the rounding of the junction of the surfaces on the backs of the profiles decreases, which in the butt has a shape close to triangular with a sharp transition to the butt root.