PL244708B1

PL244708B1 - Propeller

Info

Publication number: PL244708B1
Application number: PL437272A
Authority: PL
Inventors: Łukasz Andrzej Jeziorek
Original assignee: Siec Badawcza Lukasiewicz Inst Lotnictwa
Priority date: 2021-03-11
Filing date: 2021-03-11
Publication date: 2024-02-26
Also published as: PL437272A1

Abstract

Śmigło składające się z piasty oraz co najmniej dwóch połączonych z nią łopat o zmiennym profilu od nasady po końcówkę, charakteryzuje się tym, że piasta (2) posiada wlot (2a) i przedni otwór a łopaty (1) posiadają wydrążony kanał wewnętrzny, ponadto piasta (2) wyposażona jest w otwór piasty (2) a łopata (1) posiada wlot korespondujący z otworem piasty (2) oraz wylot w postaci szczeliny, przy czym kanał wewnętrzny w nasadzie ma kształt kołowy, w ok. 25% rozpiętości przechodzi w przekrój profilu, tworząc profil cienkościenny aż do końca łopaty (1).A propeller consisting of a hub and at least two blades connected to it with a variable profile from the root to the tip, is characterized by the fact that the hub (2) has an inlet (2a) and a front opening, and the blades (1) have a hollow internal channel, and the hub (2) is equipped with a hub hole (2) and the blade (1) has an inlet corresponding to the hub hole (2) and an outlet in the form of a slot, with the internal channel at the root having a circular shape, turning into a cross-section at approximately 25% of the span profile, creating a thin-walled profile up to the end of the blade (1).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest śmigło, zwłaszcza do pojazdów powietrznych.The subject of the invention is a propeller, especially for air vehicles.

Klasyczne śmigło posiada łopaty umocowane na piaście tworzącej wspólną oś obrotu. Piasta osłonięta jest kołpakiem a opływające je powietrze kierowane jest na bliskie mocowaniu części łopat, które nie wytwarzają znaczącej części ciągu całego śmigła, gdyż obracają się one ze zbyt małą prędkością ze względu na mały promień.A classic propeller has blades mounted on a hub that forms a common axis of rotation. The hub is covered with a cap and the air flowing through it is directed to the close mounting of the parts of the blades, which do not produce a significant part of the thrust of the entire propeller because they rotate at too low a speed due to the small radius.

Z publikacji WO2019200941A1 znane jest śmigło szczelinowe o wielosekcyjnej zmienności kąta natarcia. Na każdej łopacie śmigła utworzona jest jedna lub więcej pasmowych szczelin do przepuszczania strumienia powietrza w kierunku średnicy śruby napędowej a szczeliny są rozmieszczone przelotowo od strony nawietrznej do zawietrznej strony łopatek. Ponieważ szczeliny utworzone są na obracających się łopatkach, powietrze najpierw przepływa przez łopatki z większym kątem nachylenia na przednich końcach szczelin i gromadzone jest w szczelinach, aby utworzyć strumień powietrza o pewnym kącie spłukiwania w dół. Następnie strumień powietrza przechodzi przez łopatki z większym kątem nachylenia na tylnych końcach szczelin, aby utworzyć strumień powietrza do spłukiwania pod większym kątem; a im większy kąt przepływu powietrza dolotowego, tym większa siła ciągu śruby napędowej. Dlatego też, gdy statek powietrzny korzysta z tej śruby, można zmniejszyć zużycie energii przez statek powietrzny oraz wydłużyć czas przelotu i poprawić zdolność ładowania.From the publication WO2019200941A1, a slotted propeller with multi-section variability of the angle of attack is known. One or more band-shaped slots are formed on each propeller blade for passing the air flow in the direction of the propeller diameter, and the slots are arranged through from the windward side to the leeward side of the blades. Because the slots are formed on the rotating blades, air first flows through the blades with a greater angle of inclination at the front ends of the slots and is collected in the slots to create an air flow with a certain downward flush angle. The airflow then passes through the higher angle blades at the rear ends of the slots to create a higher angle flush airflow; and the greater the intake airflow angle, the greater the propeller thrust. Therefore, when the aircraft uses this screw, the aircraft's energy consumption can be reduced and the flight time can be extended and the charging ability improved.

Z opisu patentowego US6796533B2 znany jest sposób i urządzenie do ponownego mocowania warstwy przyściennej przy użyciu piezoelektrycznych, syntetycznych siłowników strumieniowych. Jednak płyn używany do tego urządzenia nie pochodzi z układu wydechowego maszyny termicznej, a jego funkcją nie jest obniżenie ciśnienia wstecznego za turbiną.The patent description US6796533B2 discloses a method and device for reattaching the boundary layer using piezoelectric, synthetic jet actuators. However, the fluid used for this device does not come from the exhaust system of the thermal machine, and its function is not to reduce the back pressure behind the turbine.

Z opisu US7946801B2 znana jest turbina gazowa w której powietrze pobierane ze sprężarki kierowane jest do wnętrza wydrążonej łopatki turbiny, z wgłębieniami, przez które wyrzucane powietrze tworzy warstwę ochronną dla łopatki turbiny. Jednak jego funkcją nie jest obniżenie ciśnienia wstecznego za turbiną.From the description US7946801B2, a gas turbine is known in which the air taken from the compressor is directed inside a hollow turbine blade, with recesses through which the ejected air creates a protective layer for the turbine blade. However, its function is not to reduce the back pressure behind the turbine.

US20120027568A1 przedstawia niskociśnieniową turbinę parową i sposób jej działania. Nowa konstrukcja śmigła lub wirnika poprawiająca sprawność silnika i sprawność napędu składa się z łopatki lub szeregu łopatek, które mają otwory lub szczeliny po stronie ssącej. Łopatki są połączone z termicznym układem wydechowym silnika za pomocą rur i złączy obrotowych. Wewnątrz łopatki znajduje się rura, która umożliwia przepływ spalin w kierunku szczelin lub otworów. Zawory kierują spaliny w stronę łopatek wirnika lub śmigła regulując przepływ spalin wewnątrz łopat śmigła.US20120027568A1 shows a low pressure steam turbine and how it works. A new propeller or impeller design that improves engine efficiency and drive efficiency consists of a blade or series of blades that have holes or slots on the suction side. The blades are connected to the engine's thermal exhaust system via pipes and swivel joints. There is a tube inside the blade that allows the exhaust gases to flow towards the slots or holes. Valves direct exhaust gases towards the rotor or propeller blades, regulating the exhaust gas flow inside the propeller blades.

Na najszybciej przemieszczających się końcówkach łopat śmigła występuje zjawisko wyrównywania się ciśnień na dolnej i górnej stronie końcówki łopaty co powoduje dodatkowy opór indukowan y łopaty i zwiększa wymagany moment obrotowy potrzebny do napędu śmigła oraz formowanie się wiru krawędziowego na końcówce łopaty. Duże prędkości zmniejszają lokalny kąt natarcia tej części łopaty oraz zmniejszenie siły nośnej w tym rejonie łopat śmigła, a co za tym idzie zmniejszenie ciągu śmigła oraz jego efektywności.At the fastest moving propeller blade tips, pressure equalization occurs on the lower and upper sides of the blade tip, which causes additional induced blade resistance and increases the required torque needed to drive the propeller, as well as the formation of an edge vortex at the blade tip. High speeds reduce the local angle of attack of this part of the blade and reduce the lift force in this area of the propeller blades, and thus reduce the propeller thrust and its efficiency.

Obecnie stosowane śmigła nie wykorzystują przepływu wewnątrz łopat a jedynymi urządzeniami w których następuje przepływ są łopatki turbin a przepływ wewnętrzny służy głównie do chłodzenia wnętrza łopaty oraz wytwarzaniu filmu chłodzącego.Currently used propellers do not use the flow inside the blades and the only devices in which the flow occurs are the turbine blades, and the internal flow is mainly used to cool the inside of the blade and produce a cooling film.

Przedmiotem wynalazku jest śmigło zbudowane z wydrążonej piasty śmigła z kołpakiem w postaci wlotu powietrza i zamocowanych do piasty wydrążonych łopat śmigła z wylotami powietrza na końcówce lub tylnej zawietrznej części łopaty. Śmigło napędzane jest bezpośrednio przez silnik lub poprzez przekładnię (reduktor).The subject of the invention is a propeller composed of a hollow propeller hub with a cap in the form of an air inlet and hollow propeller blades attached to the hub with air outlets at the tip or rear leeward part of the blade. The propeller is driven directly by the engine or through a gear (reducer).

Śmigło według wynalazku składa się z piasty z przednim otworem, przez który wlatuje powietrze oraz co najmniej dwóch łopat wydrążonych wewnątrz, przez które przepływa powietrze wlatując przez piastę do wnętrza łopaty i wylatując poprzez wylot umiejscowiony na końcówce lub na tylnej części łopaty, w zależności od rodzaju modyfikacji opływu łopaty jaki chce się uzyskać.The propeller according to the invention consists of a hub with a front hole through which air enters and at least two blades hollow inside, through which air flows, entering through the hub into the interior of the blade and leaving through the outlet located at the tip or rear part of the blade, depending on the type. modifying the blade flow you want to achieve.

Śmigło może przyjmować różne kształty, zarówno jeśli chodzi o ukształtowanie piasty i łopat oraz ich liczbę.The propeller can take various shapes, both in terms of the shape of the hub and blades and their number.

Łopaty śmigła są wydrążone w postaci co najmniej jednego kanału począwszy od swojej nasady aż po wylot. Łopata ma zmienny profil od nasady po końcówkę, zmienia się również lokalny kąt natarcia zgodnie z wymaganiami projektowymi śmigła. Przy nasadzie łopata ma profil symetryczny, na końcówce płasko-wypukły. Kanał wewnętrzny w nasadzie ma kształt kołowy, w ok. 25% rozpiętości przechodzi w przekrój profilu, tworząc profil cienkościenny aż do końca łopaty.Propeller blades are hollow in the form of at least one channel from their base to the outlet. The blade has a variable profile from root to tip, and the local angle of attack also changes according to the propeller design requirements. At the base, the blade has a symmetrical profile and a flat-convex profile at the tip. The internal channel at the root has a circular shape, and at approximately 25% of its span it becomes a cross-section of the profile, creating a thin-walled profile up to the end of the blade.

Zmienność pola przekroju kanału wewnętrznego może być dopuszczona w celu zwiększenia lub zmniejszenia lokalnej prędkości przepływu w łopacie. Grubość ścianki łopaty zależy od użytego materiału, profilu oraz prędkości obrotowej. Kanały wewnątrz łopaty mogą mieć różne kształty, korzystnie są to profile cienkościenne, rury wieloobwodowe o powiększonej sztywności na skręcanie lub osobne kanały drążone wewnątrz łopaty. Odrębne kanały w łopacie mogą być wykorzystane w celu odpowiedniej dystrybucji powietrza na wylocie.Variation in the cross-sectional area of the inner channel may be allowed to increase or decrease the local flow velocity in the blade. The thickness of the blade wall depends on the material used, profile and rotational speed. The channels inside the blade may have various shapes, preferably thin-walled profiles, multi-circuit pipes with increased torsional stiffness or separate channels drilled inside the blade. Separate channels in the blade can be used to properly distribute air at the outlet.

Wylot powietrza z łopaty może być umiejscowiony na jej końcówce lub na zewnętrznej powierzchni łopaty w postaci szczeliny w pionie lub poziomie.The air outlet from the blade can be located at its tip or on the outer surface of the blade in the form of a vertical or horizontal slot.

Korzystne jest wydrążenie kanału przez całą długość łopaty. Łopata może nie być wydrążona na końcówce gdy wylot powietrza jest umiejscowiony wcześniej.It is preferable to drill a channel along the entire length of the blade. The blade may not be hollow at the tip when the air outlet is positioned earlier.

Dodatkowy wlot powietrza do łopat korzystnie jest umieszczony w samych łopatach, na krawędzi natarcia w odcinkach bliskich nasady łopaty.The additional air inlet to the blades is preferably located in the blades themselves, on the leading edge in sections close to the blade root.

Mocowanie łopat do piasty można zrealizować na różne sposoby w zależności od potrzeby regulacji skoku ogólnego łopat. Śmigło może posiadać stały skok łopat, nadaje się również do śmigła o łopatach przestawianych na postoju ręcznie podczas regulacji. Proponowane rozwiązanie można również wykorzystać do regulacji skoku łopat w trakcie lotu, gdzie łopaty są łożyskowane w piaście w taki sposób, że mogą się obracać wokół swojej osi podłużnej, czyli zmieniać kąt natarcia. Łopaty są wówczas połączone z popychaczem zmiany skoku łopat. Zmiana położenia popychacza w przód lub w tył pociąga ze sobą kąt zmiany łopat. Oś popychacza jest przeprowadzona przez otwór centralny w piaście co powoduje, że piasta musi być napędzana przez przekładnię i nie może być podłączona bezpośrednio do silnika.Attaching the blades to the hub can be done in various ways, depending on the need to adjust the overall pitch of the blades. The propeller can have a constant pitch of the blades, it is also suitable for propellers with blades that are manually adjusted when stationary. The proposed solution can also be used to adjust the pitch of the blades during flight, where the blades are mounted in the hub in such a way that they can rotate around their longitudinal axis, i.e. change the angle of attack. The blades are then connected to a blade pitch change pusher. Changing the pusher position forward or backward causes the blade angle to change. The pusher axis is passed through the central hole in the hub, which means that the hub must be driven by a gear and cannot be connected directly to the engine.

Ilość powietrza wpadającego do łopat powinna być skorelowana z faktycznymi możliwościami przetłoczenia tego ośrodka przez kanały wewnątrz łopaty. Równowaga zależna jest od wielu czynników, takich jak prędkość obrotowa i postępowa, stosunek wielkość wlotu do piasty do sumy przekrojów poprzecznych kanałów w łopatach, wielkości strat przepływów przez kanały i inne dlatego wiele parametrów geometrycznych śmigła musi być wynikiem iteracyjnego procesu projektowania dla konkretnego punktu pracy. Równowaga może być również ustanowiona dzięki wprowadzeniu do konstrukcji możliwości regulowania ilości powietrza wpływającego do łopat. Piastę można wyposażyć w regulację ilości powietrza wlatującego do piasty lub upusty nadmiarowego powietrza, które wleciało do piasty a nie zostało skierowane do łopat. Regulacja ilości powietrza wpadającego do wlotu może przyjmować postać wysuwanego stożka, którego położenie w kierunku przód/tył przysłania lub odsłania wlot do piast lub w postaci regulowanych żaluzji, których położenie kątowe odsłania lub przysłania wlot. Napęd stożka regulacyjnego i żaluzji jest realizowany podobnie jak popychacz zmiany skoku łopat.The amount of air entering the blades should be correlated with the actual possibilities of forcing this medium through the channels inside the blade. The balance depends on many factors, such as rotational and translational speed, the ratio of the size of the inlet to the hub to the sum of the cross-sections of the channels in the blades, the amount of flow losses through the channels and others, therefore many geometric parameters of the propeller must be the result of an iterative design process for a specific operating point. Balance can also be established by introducing into the design the ability to regulate the amount of air entering the blades. The hub can be equipped with the regulation of the amount of air entering the hub or the release of excess air that entered the hub and was not directed to the blades. Regulation of the amount of air entering the inlet may take the form of a retractable cone, the position of which in the front/back direction covers or uncovers the inlet to the hubs, or in the form of adjustable louvres, the angular position of which covers or covers the inlet. The control cone and shutter are driven in a similar way to the blade pitch change pusher.

Można również stosować piastę z regulowanym upustem. Tego rodzaju piasta posiada upust powietrza umieszczony za łopatami. Powietrze, które nie może zostać przetłoczone przez łopaty może wówczas opuścić piastę bez wywierania nadmiernego ciśnienia na tylną ścianę piasty co spowodowałoby dodatkowy opór. Otwory upustowe mogą być wyposażone w żaluzje regulujące ilość powietrza upuszczanego lub mieć stałą geometrię.A hub with adjustable bleed can also be used. This type of hub has an air bleed located behind the blades. The air that cannot be forced through the blades can then leave the hub without putting excessive pressure on the rear wall of the hub, which would cause additional drag. The bleed holes can be equipped with louvres that regulate the amount of bleed air or have a fixed geometry.

Zwiększenie przepływu przez łopaty można uzyskać przez płaską płytę, która zagarnia powietrze od wlotu do kanału wewnętrznego łopaty. Innym urządzeniem, produkującym dodatkowo siłę ciągu jest sprężarka odśrodkowa. Oba urządzenia są zamocowane sztywno na piaście.Increasing the flow through the blades can be achieved by a flat plate that draws air from the inlet to the internal channel of the blade. Another device that additionally produces thrust is a centrifugal compressor. Both devices are rigidly mounted on the hub.

W proponowanym rozwiązaniu powietrze wyrzucane jest promieniowo lub osiowo do tyłu w stosunku do kierunku lotu w celu oddzielenia warstw powietrza opływających dolną i górną powierzchnię końcówki łopaty. Taki separator w postaci kurtyny powietrznej przeszkadza w formowaniu się wiru krawędziowego na końcówce łopaty śmigła i zmniejsza opór indukowany. Dodatkowo zmniejszeniu ulega całkowity opór śmigła gdyż powietrze trafiające w kołpak jest usuwane i nie jest zmuszone do jego opływania. Zmniejszenie intensywności wiru krawędziowego powoduje także ograniczenie jego wpływu na opływ łopaty oraz zwiększenie jej rzeczywistego kąta natarcia. Wytrzymałość proponowanych łopat drążonych nie odbiega od obecnie stosowanych, gdyż kanały doprowadzające powietrze do wylotów mogą mieć różne kształty i przebiega najbardziej optymalnym przekrojem poprzecznym łopaty jest rura wieloobwodowa, charakteryzująca się wysoką wytrzymałością na zginanie w obu płaszczyznach i wysoką sztywnością na skręcanie.In the proposed solution, air is thrown radially or axially backwards in relation to the direction of flight in order to separate the air layers flowing around the lower and upper surfaces of the blade tip. Such a separator in the form of an air curtain prevents the formation of an edge vortex at the tip of the propeller blade and reduces the induced drag. Additionally, the total resistance of the propeller is reduced because the air hitting the cap is removed and is not forced to flow around it. Reducing the intensity of the edge vortex also reduces its influence on the blade flow and increases its actual angle of attack. The strength of the proposed hollow blades does not differ from those currently used, because the channels supplying air to the outlets can have different shapes and runs. The most optimal cross-section of the blade is a multi-circuit pipe, characterized by high bending strength in both planes and high torsional stiffness.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest na rysunku, na którym:The subject of the invention is presented in the drawing, in which:

Fig. 1 przedstawia schemat ogólny przepływu wewnętrznego przez kołpak i łopatę śmigła a) wypływ w kierunku ruchu, b) wypływ prostopadle do kierunku ruchu,Fig. 1 shows a general diagram of the internal flow through the cap and the propeller blade: a) outflow in the direction of movement, b) outflow perpendicular to the direction of movement,

Fig. 2 przedstawia części składowe śmigła z wydrążonymi łopatami i wpływ wypływu powietrza przez końcówkę łopaty na tworzenie się wiru na końcówce: a) łopata bez wypływu w celach porównawczych, b) łopata z wypływem promieniowym, c) łopata z wypływem osiowym,Fig. 2 shows the components of a hollow blade propeller and the effect of airflow through the blade tip on the formation of a vortex at the tip: a) blade without airflow for comparison purposes, b) blade with radial airflow, c) blade with axial airflow,

Fig. 3 przedstawia widok ogólny śmigła z wydrążonymi łopatami,Fig. 3 shows a general view of a propeller with hollow blades,

Fig. 4 przedstawia przekrój przez urządzenie, widok na kanały przepływu powietrza wewnątrz śmigła,Fig. 4 shows a cross-section through the device, a view of the air flow channels inside the propeller,

Fig. 5 przedstawia zmianę przekroju poprzecznego w zależności od współrzędnej radialnej: A w połowie łopaty, B - w jednej czwartej łopaty, C - u nasady łopaty, D - kanał dolotowy od strony piasty, Fig. 6 przedstawia kształt kanałów wewnątrz łopaty: A - łopata jako skorupa cienkościenna, B rura wieloobwodowa, C - przewody okrągłe,Fig. 5 shows the change of the cross-section depending on the radial coordinate: A in half of the blade, B - in one quarter of the blade, C - at the base of the blade, D - inlet channel from the hub side, Fig. 6 shows the shape of the channels inside the blade: A - shovel as a thin-walled shell, B multi-circuit pipe, C - round pipes,

Fig. 7 przedstawia części składowe śmigła z wydrążonymi łopatami,Fig. 7 shows the components of a hollow blade propeller,

Fig. 8 przedstawia umiejscowienie wylotu powietrza: na końcówce łopaty: A - radialnie, B - na dolnej stronie profilu, C - pod kątem, oraz poniżej końcówki: D - równolegle do przepływu, E - prostopadle do przepływu,Fig. 8 shows the location of the air outlet: at the tip of the blade: A - radially, B - on the lower side of the profile, C - at an angle, and below the tip: D - parallel to the flow, E - perpendicular to the flow,

Fig. 9 przedstawia pomocnicze wloty powietrza do wnętrza łopaty umieszczone na łopatach,Fig. 9 shows the auxiliary air inlets placed on the blades,

Fig. 10 przedstawia śmigło z regulowanym kątem łopat i popychaczem,Fig. 10 shows a propeller with adjustable blade angle and pusher,

Fig. 11 A i 11 B przedstawiają schemat głównych elementów śmigła z regulowanym kątem łopat i popychaczem,Figures 11A and 11B show a diagram of the main components of a propeller with adjustable blade angle and pusher,

Fig. 12 przedstawia piastę z regulowanym wlotem powietrza z przesuwanym stożkiem: A - stożek wysunięty, wlot zamknięty, brak przepływu przez łopaty śmigła, B - stożek częściowo wsunięty, częściowy przepływ przez łopaty śmigła, C - stożek całkowicie schowany, maksymalny przepływ przez łopaty,Fig. 12 shows a hub with an adjustable air inlet with a sliding cone: A - cone extended, inlet closed, no flow through the propeller blades, B - cone partially retracted, partial flow through the propeller blades, C - cone completely retracted, maximum flow through the blades,

Fig. 13 przedstawia piastę wyposażoną w żaluzje regulujące ilość powietrza dopływającego do łopat, A - żaluzje częściowo otwarte, B - żaluzje zamknięte, C - żaluzje otwarte,Fig. 13 shows the hub equipped with louvres regulating the amount of air flowing to the blades, A - partially open louvres, B - closed louvres, C - open louvres,

Fig. 14 przedstawia piastę wyposażoną w upusty nadmiarowego powietrza za mocowaniem łopat, Fig. 15 przedstawia centralną kierownicę powietrza, zwiększająca dopływ powietrza do łopat, Fig. 16 przedstawia sprężarkę odśrodkową w roli kierownicy powietrza, zwiększająca dopływ powietrza do łopat.Fig. 14 shows a hub equipped with excess air bleeds behind the blade mounting, Fig. 15 shows a central air guide, increasing the air supply to the blades, Fig. 16 shows a centrifugal compressor as an air guide, increasing the air supply to the blades.

Przykład 1.Example 1.

Śmigło składa się z piasty 2 z wlotem 2a i przednim otworem 2b, przez który wlatuje powietrze oraz dwóch łopat 1 z wydrążonym kanałem wewnętrznym 1d, przez które przepływa powietrze wlatując przez piastę 2 do wnętrza łopaty 1 poprzez otwór 2b i 2c piasty 2 oraz wlot 1a łopaty 1. Powietrze wylatuje poprzez wylot 1b umiejscowiony na końcówce łopaty 1. Łopaty 1 śmigła są wydrążone w postaci jednego kanału począwszy od swojej nasady aż po wylot 1b. Łopata 1 ma zmienny profil od nasady po końcówkę, zmienia się również lokalny kąt natarcia zgodnie z wymaganiami projektowymi śmigła. Przy nasadzie łopata 1 ma profil symetryczny, na końcówce płasko-wypukły. Kanał wewnętrzny 1d w nasadzie ma kształt kołowy, w ok. 25% rozpiętości przechodzi w przekrój profilu, tworząc profil cienkościenny aż do końca łopaty. Zmienność pola przekroju kanału wewnętrznego 1b może być dopuszczona w celu zwiększenia lub zmniejszenia lokalnej prędkości przepływu w łopacie 1. Grubość ścianki łopaty 1 zależy od użytego materiału, profilu oraz prędkości obrotowej, w tym przypadku 0,85 mm. Wylot 1b powietrza z łopaty 1 jest umiejscowiony na jej końcówce w postaci szczeliny. Wlot 2a mocowany jest do piasty 2 za pomocą śrub 8. Piasta 2 połączona jest z silnikiem 3 tuleją zaciskową 5 z nakrętką zaciskową 4 i nakrętką 6 z podkładką 7.The propeller consists of a hub 2 with an inlet 2a and a front hole 2b through which air enters and two blades 1 with a hollow internal channel 1d through which air flows, entering through the hub 2 into the interior of the blade 1 through the holes 2b and 2c of the hub 2 and the inlet 1a blades 1. The air escapes through the outlet 1b located at the tip of the blade 1. The propeller blades 1 are hollow in the form of one channel from their base to the outlet 1b. Blade 1 has a variable profile from root to tip, and the local angle of attack also changes according to the propeller design requirements. At the base, blade 1 has a symmetrical profile and a plano-convex profile at the tip. The internal channel 1d at the root has a circular shape, at approximately 25% of its span it becomes a cross-section of the profile, creating a thin-walled profile up to the end of the blade. Variation in the cross-sectional area of the inner channel 1b can be allowed to increase or decrease the local flow velocity in the blade 1. The wall thickness of the blade 1 depends on the material used, the profile and the rotational speed, in this case 0.85 mm. The air outlet 1b from the blade 1 is located at its tip in the form of a slot. The inlet 2a is attached to the hub 2 with screws 8. The hub 2 is connected to the engine 3 with a clamping sleeve 5 with a clamping nut 4 and a nut 6 with a washer 7.

Ilość powietrza wpadającego do łopat 1 powinna być skorelowana z faktycznymi możliwościami przetłoczenia tego ośrodka przez kanały wewnętrzne 1d łopat 1. Równowaga zależna jest od wielu czynników, takich jak prędkość obrotowa i postępowa, stosunek wielkość wlotu 2a do piasty 2 do sumy przekrojów poprzecznych kanałów wewnętrznych 1d w łopatach 1, wielkości strat przepływów przez kanały 1d i inne dlatego wiele parametrów geometrycznych śmigła musi być wynikiem iteracyjnego procesu projektowania dla konkretnego punktu pracy.The amount of air entering the blades 1 should be correlated with the actual possibilities of forcing this medium through the internal channels 1d of the blades 1. The balance depends on many factors, such as rotational and translational speed, the ratio of the size of the inlet 2a to the hub 2 to the sum of the cross-sections of the internal channels 1d. in blades 1, the amount of flow losses through channels 1d and others, therefore many geometric parameters of the propeller must be the result of an iterative design process for a specific operating point.

P r z y k ł a d 2.EXAMPLE 2.

Śmigło ma analogiczną budowę jak w przykładzie 1, przy czym stosowano wymiennie różne kanały wewnętrzne 1d a mianowicie profile cienkościenne lub rury wieloobwodowe. Ponadto zmieniano położenie wylotów 1a z łopaty 1 umiejscawiając je na jej końcówce lub na zewnętrznej powierzchni łopaty 1 w postaci szczeliny w pionie lub poziomie.The propeller has an analogous structure as in example 1, but different internal channels 1d were used interchangeably, namely thin-walled profiles or multi-circuit pipes. Moreover, the position of the outlets 1a from the blade 1 was changed, placing them on its tip or on the outer surface of the blade 1 in the form of a vertical or horizontal slot.

Przykład 3.Example 3.

Śmigło ma analogiczną budowę jak w przykładzie 1 lub 2, przy czym wspomagająco w samych łopatach 1, na krawędzi natarcia, w odcinkach bliskich nasady łopaty 1, znajdują się dodatkowe wloty 1c.The propeller has an analogous structure as in example 1 or 2, but additional inlets 1c are located in the blades 1 themselves, on the leading edge, in the sections close to the root of the blade 1.

Przykład 4.Example 4.

Śmigło ma analogiczną budowę jak w przykładzie 1 lub kombinacjach z przykładu 2 do 3, przy czym łopaty 1 są połączone z popychaczem 1e zmiany skoku łopat 1. Zmiana położenia popychacza 1e w przód lub w tył pociąga ze sobą kąt zmiany łopat 1. Oś popychacza 1e jest przeprowadzona przez otwór centralny w piaście 2 co powoduje, że piasta 2 musi być napędzana przez przekładnię i nie może być podłączona bezpośrednio do silnika 3.The propeller has an analogous structure as in example 1 or the combinations from examples 2 to 3, with the blades 1 being connected to the pusher 1e for changing the pitch of the blades 1. Changing the position of the pusher 1e forward or backward results in the angle of changing the blades 1. The axis of the pusher 1e is led through the central hole in hub 2, which means that hub 2 must be driven by a gear and cannot be connected directly to engine 3.

Przykład 5.Example 5.

Śmigło ma analogiczną budowę jak w przykładzie 1 lub kombinacjach z przykładu od 2 do 4 przy czym piasta 2 wyposażona jest w regulację ilości powietrza wlatującego do piasty 2 lub upusty nadmiarowego powietrza, które wleciało do piasty 2 a nie zostało skierowane do łopat 1. Regulacja ilości powietrza wpadającego do wlotu 2a piasty 2 może przyjmować postać wysuwanego stożka 9, którego położenie w kierunku przód/tył przysłania lub odsłania wlot 2a do piasty 2 lub w postaci regulowanych żaluzji 10, których położenie kątowe odsłania lub przysłania wlot 2a. Napęd stożka 9 i żaluzji 10 jest realizowany podobnie jak popychacz 1e zmiany skoku łopat 1 z tym, że napęd 1e ma charakter posuwisty, a napęd żaluzji 10 obrotowy.The propeller has a structure analogous to example 1 or combinations from examples 2 to 4, but the hub 2 is equipped with an adjustment for the amount of air entering the hub 2 or a vent for excess air that entered the hub 2 and was not directed to the blades 1. Adjusting the amount air flowing into the inlet 2a of the hub 2 may take the form of a retractable cone 9, the position of which in the front/back direction covers or uncovers the inlet 2a to the hub 2, or in the form of adjustable louvres 10, the angular position of which covers or covers the inlet 2a. The drive of the cone 9 and the shutter 10 is implemented similarly to the pusher 1e for changing the pitch of the blades 1, except that the drive 1e is sliding and the drive of the shutter 10 is rotary.

Przykład 6.Example 6.

Śmigło ma analogiczną budowę jak w przykładzie 1 lub kombinacjach z przykładu od 2 do 5, przy czym zastosowano piastę 2 z regulowanym upustem. Tego rodzaju piasta 2 posiada upust powietrza 2d umieszczony za łopatami 1. Powietrze, które nie może zostać przetoczone przez łopaty 1 może wówczas opuścić piastę 2 bez wywierania nadmiernego ciśnienia na tylną ścianę piasty 2 co spowodowałoby dodatkowy opór.The propeller has an analogous structure as in example 1 or combinations from examples 2 to 5, but hub 2 with adjustable bleed is used. Such a hub 2 has an air bleed 2d located behind the blades 1. The air that cannot be forced through the blades 1 can then leave the hub 2 without exerting excessive pressure on the rear wall of the hub 2 which would cause additional drag.

P rzy kład 7.Example 7.

Śmigło ma analogiczną budowę jak w przykładzie 1 lub kombinacjach z przykładu od 2 do 6, przy czym uzyskano zwiększenie przepływu przez łopaty 1 przez płaską płytę 11 zamocowaną sztywno w piaście 2, która zagarnia powietrze od wlotu 2a do kanału wewnętrznego 1d łopaty 1. W roli elementu zagarniającego powietrze do łopat możne zostać wykorzystany także wirnik sprężarki odśrodkowej 12, zintegrowany z piastą 2.The propeller has an analogous structure as in example 1 or the combinations from examples 2 to 6, but the flow through the blades 1 is increased by a flat plate 11 rigidly mounted in the hub 2, which collects air from the inlet 2a to the internal channel 1d of the blade 1. As the element collecting air into the blades, the rotor of the centrifugal compressor 12, integrated with the hub 2, can also be used.

Claims

1. A propeller consisting of a hub and at least two blades connected to it with a variable profile from the root to the tip, characterized in that the hub (2) has an inlet (2a) and a front opening (2b) and the blades (1) have a hollow channel internal (1d), moreover, the hub (2) is equipped with a hole (2c) in the hub (2) and the blade (1) has an inlet (1a) corresponding to the hole (2c) in the hub (2) and an outlet (1b) in the form of a slot, the internal channel (1d) at the root has a circular shape, at approximately 25% of its span it becomes a cross-section of the profile, creating a thin-walled profile up to the end of the blade (1).

2. Propeller according to claim 1, characterized in that the internal channels (1d) have the form of thin-walled profiles or a multi-circuit pipe.

3. Propeller according to claim 1 or 2, characterized in that the outlets (1b) from the blade (1) are located at its tip or on the outer surface of the blade (1) in the form of a vertical or horizontal slot.

4. A propeller according to any of the preceding claims, characterized in that there are additional inlets (1c) in the blades (1), on the leading edge, in sections close to the root of the blade (1).

5. Propeller according to any of the preceding claims, characterized in that the blades (1) are connected to the pusher (1e) for changing the pitch of the blades (1) and the axis of the pusher (1e) is led through the central hole in the hub (2).

6. Propeller according to any of the preceding claims, characterized in that the hub (2) is equipped with a retractable cone (9) or adjustable louvres (10).

7. Propeller according to any of the preceding claims, characterized in that the hub (2) has an air bleed (2d) located behind the blades (1).

8. A propeller according to any of the preceding claims, characterized in that a flat plate (11) or a centrifugal compressor (12) is rigidly mounted in the hub (2).