SE532894C2 - Propeller - Google Patents

Description

25 532 B34» 2 Propellern kan innefatta en 2-bladig propeller, matematiskt konstruerad och byggd av två identiska delar av en minimalyta, en 3-bladig propeller som är liknande konstruerad, och byggd av tre identiska delar av en minimalyta och en n-bladig propeller som är konstruerad, och byggd av n identiska delar av en minimalyta vilket är fördelaktigt då en enkel beskrivning ges till ett antal skilda men besläktade propellrar.

Propellern kan innefatta stigning och bakåtlutande egenskaper som är definierade av minimalytans begränsningar, vilket är fördelaktigt eftersom en generell matematisk beskrivning av propellern uppnås.

Propellern kan innefatta en stav som rotationsaxel som går genom minimalytepropellerns inre Centrala del, som kan vara ihålig vilket är en fördel eftersom vikten minskas och hållfasthet ökas.

Propellern kan innefatta en del av den centrala ytan med Gauss krökning som kan uppnås via en topologisk omvandling av en del av navet från en klassisk propeller med dess medelkrökning, vilket är fördelaktigt då den sagda centrala delen kan närma sig en minimalytas geometri.

Propellern kan innefatta skilda material vilket är fördelaktigt när propellern arbetar i ett flytande, gas eller vätske medium. Sådana material kan bestå av metaller, legeringar, plast, armerad plast eller trä. 10 15 20 25 30 35 53.2 894 Kort ritningsbeskrivning Innehållet i föreliggande uppfinning beskrives nu med exempel med bilagda diagram i vilka Fig l(a) beskriver minimalyte(4)begränsningar(5) för 3 bladiga propellrar(l). Vinkeln är Zn/3.

Fig l(b) beskriver en av tre identiska kopior av ytan(3) Ytan(3) från la som bygger propellern(l) i fig (le). är byggd i glasfiberarmerad plast.

Fig l(c) beskriver 3 identiska ytor separerade i rummet Fig l(d) bladig propeller.

Fig l(e) glasfiberarmerad plast, Fig l(f) Fig 2(a) beskriver minimalyte(3)begränsningar för 4 beskriver hur 3 identiska ytor bygger en 3 beskriver 3 bladig propeller(l) byggd i diameter 16 cm. beskriver annan projektion. bladig propeller(l). Vinkeln är n/2.

Fig 2(b) beskriver en av fyra identiska kopior av ytan(3) (20).

Ytan(3) Fig 2(c) beskriver 4 bladig propeller(l) byggd i från 2a som bygger propellern(1) i fig är byggd i glasfiberarmerad plast glasfiberarmerad plast, diameter 16 cm.

Fig 2(d) Fig 3(a) beskriver typisk fiskebåtpropeller. beskriver annan projektion.

Diameter 56 cm.

Fig3(b) med en given begränsning(5). beskriver en 3 bladig minimalytpropeller(3) Diameter 18 cm.

Fig 4(a) beskriver en halv 4 bladig propeller(l) efter ekvation(l).

Fig 4(b) beskriver en halv 4 bladig propeller (1) efter ekvation(2).

Fig 4(c) kontinuerlig minimalytepropeller(l) 4(b).

Fig 5 beskriver en 4 bladig propeller(l) beskriver en enkel, beräknad och från fig 4(a) och från addition av ekvationer l och 2 med den exponentiella skalan(3). 10 l5 20 25 30 35 Fig propeller(l).

Fig propeller(l).

Fig ekvation Fig ekvation Fig ekvation 6(a) 6(b) 7(a) beskriver beskriver beskriver beskriver beskriver 532 894 en en En En En 4 6 bladig (n=6) halv 10 bladig (n=lO) halv 2 bladig propeller(l) efter 4 bladig propeller(l) efter 6 bladig propeller(1) efter Detaljerad beskrivning av uppfinningen Uppfinningen beskriver en generell propeller(l) med minimalytors matematik( 4).

Uppfinningen beskriver en n bladig(2) propeller(l) byggd av n strukturenheter. En sådan enhet bygger en Kontinuerlig Minimal Yta(KMY)(4) begränsningar kallas KMY. Två identiska KMY(2) tre identiska KMY(3) tvàbladig propeller(l), trebladig propeller(l), som med givna bygger en bygger en fyra identiska KMY(4) bygger en fyrbladig propeller(l) propeller(l). och n identiska KMY(n) bygger en n bladig Genom att variera begränsningar erhålles ändringar i stigning och bakåtsvepning.

Uppfinningen blir klar från den detaljerade beskrivningen nedan. Olika ändringar och modifieringar inom uppfinningens ram är i övrigt välkända för fackmannen på området.

Minimalytor O (mindre än eller lika med noll) Eftersom en minimalyta(4) styrka, (4) är sadelytor med Gauss-krökningen K och medelkrökning H=O. kan anses ha optimal form för är det befogat att utforska de geometriska möjligheterna för att använda minimalytor(4) vid en propeller(l)konstruktion.

Uppfinningen beskriver en n bladig(2) propeller(l) byggd av n strukturenheter. En sådan enhet bygger en kontinuerlig minimal yta(4) som med givna begränsningar 10 15 20 25 30 35 532 8954 5 kallas KMY. Två identiska KMY(2) bygger en tvåbladig propeller(l), tre identiska KMY(3) bygger en trebladig propeller(l),fyra identiska KMY(4) bygger en fyrbladig propeller(l) etc.

Uppfinningen beskrives direkt. De rätlinjiga (5) begränsningarna in figla beskriver utsträckning upp och ner, och de något krökta begränsningarna beskriver den vinkelräta utsträckningen. Om doppad i såpvatten den enkla minimalyt(4)enheten erhålles som beskriver en del av en propelleryta(3,4). Med en form framställd efter såpytan byggdes en model i fiberarmerad plast som visas i fig(lb). Denna enkla enhet bildar en KMY(3) visas i figs(lc-f) tre identiska KMY(3) trebladig propeller(l) enhet. Som bygger en Den fyrbladiga propellerns geometri erhålles analogt via dess begränsningar i fig(2a) som ger en enkel KMY(4) enhet av en minimalyta(4) byggd i fiberarmerad plast som visas i fig(2b).

Fyra av dessa enheter bygger en ihålig fyrbladig propeller(l) visad i fig( 2c-d). I fig (Ba) jämföres en klassisk propeller (KP) för användning i vatten, med en minimalyte(4)propeller(l) i fig (3b). De två propellrarna har liknande stigning. Kiraliteten är också i jämförelse med ovan. De två propellrarna är mycket lika som visas med en frihandsritning i fig(3b), bladen är tunna och ett trigonalt mått, a/c, är ungefär 5 för båda propellrarna.

Matematiskt gäller att kring navet for en klassisk noll Gausskrökning medan motsvarande område för en MSP propeller har man positiv medelkrökning, propeller är en sadel med noll medelkrökning och negativ Gausskrökning.

De rätlinjiga MSP (4) linjer och det klassiska navet kan sägas ersättas av två begränsningarna är skärande singulära punkter där de skärande linjerna möts. En linje som förenar dessa två punkter är propellerns(l) rotationsaxel som i verkligheten kan vara en stav. Den 10 15 20 532 854 6 inre dele av MSP:n(4) som kan vara ihålig penetreras av denna stav.

Det kan sägas att den halva tvàbladiga propellern utgör den enbladiga propellern som används vid rodd med enkel åra.

Med de långa rätlinjiga begränsningarnas(6) geometri (1) och (3b).

De långa raka linjerna ändras till krökta linjer för att kan stigning ändras som framgår av figurer förstärka likheten med en typisk fiskebåtpropeller i fig (3b). begränsningarna(6).

Bakàtsvepning(l) är också lätt att andra inom MSP Andra fördelar och användningar inom uppfinningens ram inses lätt av fackmannen på området.

Tillverkning av den klassiska propellen kan beskrivas i två steg. Fasta blad monteras på ett tidigare Bladens tjocklek ökar närmare navet. Tillverkning av en minimalytepropeller(4) tillverkat nav som synes i fig (3). kan beskrivas i ett steg. n identiska och krökta enheter av en matematisk minimalyta, gjorda av metallplàt, ihopsättes till en n bladig propeller(l). 5 lO 15 20 25 532 B94 Matematisk beskrivning: Minimalytekoordinater (x,y,z) med ett origo (&¶O%)kan beräknas med Weíerstrass ekvationer som en complex analytisk function R(m) enl nedan. w _ x =x0 +Re fle19(l-a)2)R(w)da> w 0 w y=yO+hn ä9fl+w2W@üM2 ”o a, o z =z0 -Re I] e'9(2ro)R(a>)dw (Ü 0 R(m)måste bestämmas för att finna den asymmetriska enheten i en propellerminimalyta.

Det är möjligt att ge en approximativ beskrivning av minimalytor(4) med sadelmatematik som ges i ekvationerna (1), (2) och (4). bekräftar detta. Noggranna koordinater erhålles numeriskt Det Enkla experiment med såpvatten om medelkrökningen hålles noll som för en minimalyta. är välkänt att addition av sadelekvationer med exponentiell matematik bibehåller topologi och krökning och en noggrann minimalyta erhålles.

Sadelmatematikens cykliska natur gör att endast medlemmar med jämna n kan beskrivas, som visas i och (3). n udda diskuteras nedan. ekvationerna (1), (2) Sätt att beskriva ytor för En enkel sadelfunktion beskriver en halv fyrbladig propeller i ekvation (1). 10 15 20 25 532 2394 Ekvation (1): 1 xy cos(- 1172)- cos(-l rrz)- l (x 2 - yz )sin(-l rcz) = 0 s 2 2 s Den andra halvan erhålles genom enkel rotation med ekvation (2), och de två propellerna visas i fig (4a) och (b).

Ekvation (2): 1 1 I . I -xy cos(~ nz) - cos(~ 112) + -(x 2 - yz )sm(- nz) = 0 s 2 2 s För att erhålla den fyrblaiga propellern(l) adderas dessa ekvationer med den exponentiella skalan i ekvation (3).

Ekvation (3): nycoså mycosë m-šp? -yzfiilfš m» e -ßxycosš 112)- cosš nz) +š (X2 -3/2) siflš rrz))“3 +e =0 Den fyrbladiga propellern (1) visas i fig (5).

I Mathematica stil halva propellrar - eller sadlar - beräknas med ekvation (4): Ekvation 4: cos(1rz/8)Product[xcos(i 21: / n) - ysin (i 21: 1 n), { i,0,n/2 -1}]- sin(1tz/8)Product[xcos( i 21: /n + 1: /n) - ysin (i 21: /n + 11: / n),{i,0,n/2 -l }]- cos(1:z/2)= 0 10 15 20 25 532 894 och med A, B och C A = cos(nz/8)Pr0duct[xc0s(i 2:1 / n) - ysin (i 21: in), { í,O,n/2 - l }] B = sin(1rz/8)Pr0duct[xcos( i 2: /n + 1: /n)- ysin (i 21: / n + n / n),{i,O,n/2 -1}] C = cos(1rz / 2) och A-B-C=O Och halva propellrar för n=6 and 10 visas i fig och (b).

Exponentiellt ekvation (5) (ßa) ger den generella formeln for fullständiga propellerar (1).

Ekvation (5) elA-B-Cl +e{-A .LB-då Propellrarna för n=2,4 och 6 bladiga) (två, fyra och sex ges i fig (7). (1,3) böja en asymmetrisk del av en minimalyta som i fig till fig (la), rätlinjiga begränsningarna(6) Propellerytor för n udda erhålles genom att (Za) endast genom att ändra vinklarna mellan de från n/2 till 2n/3. Med känd matematik från fig (2a), ytkoordinater i fig (1) erhållas approximativt. Motsvarande punkter flyttas tills Yta (3) Figurer kan har noll medelkrökning. (la-f) konstruera och bygga matematiska minimalytor (4). och(2a-d) är exempel på hur man kan

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 5:32 B54 10 PATENTKRAV

1. En propeller (1) med n vridna blad (2) karakteriserad av att den yttre ytan (3) av sagda propeller (l) beskrives som sammansatt av n identiska enheter (6) av en matematisk minimalyta(4) definierad av krökta eller raka begränsningslinjer, där enheterna(6) bildar framsidan av ett propellerblad och baksidan av ett narbeläget propellerblad.

2. En propeller (1) enligt krav 1 karakteriserad så att raka och eller krökta linjära begränsningar (5) definierar arean av sagda minimalyta (4).

3. En propeller (1) enligt krav l och 2 karakteriserad så att en propeller(l) är byggd av en enda och kontinuerlig matematisk minimalyta med begränsningar(5).

4. En propeller (1) enligt krav 1,2 och 3 karakteriserad så att en 2-bladig propeller(l) är matematiskt konstruerad och byggd av två identiska delar (6) (4), byggd av tre identiska delar (6) av en minimalyta en 3-bladig propeller(l) är liknande konstruerad och av en minimalyta(4) och en n-bladig (2) är konstruerad och byggd av n identiska delar (6)

5. En propeller (1) av en minimalyta(4). enligt krav 1,2, 3 och 4 karakteriserad så att stigning och bakåtlutande egenskaper äro definierade av minimalyte(4)-begränsningar(5).

6. En propeller (1) enligt krav 1,2, 3, 4 och 5 karakteriserad så att den inre delen av propellern(1) är massiv.

7. En propeller (1) enligt krav 1,2, 3, 4, 5 och 6 karakteriserad så att en stav som rotationsaxel penetrerar den inre centrala delen av minimalyte-propellern(l). 10 15 EEE 854 ll

8. En propeller (1) enligt krav 1,2, 3, 4, 5, 6 och 7 karakteriserad så att rotationen erhålles genom en omgivande yttre kraft.

9. En propeller (1) enligt krav 1,2, 3, 4, 5, 6,7 och 8 karakteriserad så att en central del av ytan innehållande Gausskrökning kan erhållas genom en topologisk omvandling av ett navområde från en klassisk propeller som innehåller medelkrökning.

10. En propeller (1) enligt krav 1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 och 9 karakteriserad så att sagda propeller (l) av minimalyte (4) geometri arbetar i något medium som en gas, en vätska eller något annat flytande tillstànd.