Общественно-научное объединение « Содействие изобретениям и новациям» (CBIIT)
Руководитель проекта,автор и владелец патента на изобретение
Денисов
Александр Константинович,
соавторы проекта, инженеры исследователи:Синельник Александр Сергеевич и
Бабенко Александр Владиславович
Контакты :dalko133@gmail.com, +380953528786
Исходные теоретические предположения.
Трубо-винтовой ротор (далее ТВР) является устройством объединяющим осевой нагнетатель и центробежный канально-роторный насос, в котором внешний винтовой контур (далее ОН),при вращении, обеспечивает осевой поток, а каналы пустотелых лопастей с угловыми сопряжениями – радиально-поворотный, центробежный (далее ЦБН), более скоростной (относительно осевого) поток, от центра общего входа к концам ИС, нагнетательных отверстий на концовках лопастей и общим, совпадающим по направлению, результирующим выбросом потоков ОН и ЦБН.
Основное отличие технической идеи ТВР от идеи академика Б.Н. Юрьева ученика и зятя создателя аэродинамики, как научного направления,
Н.Е. Жуковского «Реактивный турбо-пропеллер» в том, что
В этом техническом решении, (а если вспомнить, еще более ранние устройства, такие как: как шар Герона Александрийского (1 век н.э.), Сегнерово колесо (сер.18.в.) предлагалась система Горячего или Холодного привода, когда воздух, смесь воздуха с жидкостью подается посредством создания искусственного давления во входное отверстие и выбрасывается из концов в разные стороны, таким способом, и таким образом заставляет вращаться винт. Почему эта блестящая и перспективная идея не получила распространения и применения и о ней попросту забыли? Получилось, что с водой выплеснули ребенка. Дело в том, что, именно в той постановке, как она обозначена в патенте заслуженного академика, это действительно тупиковый путь для использования его в качестве НВ или ВВ, потому как радиально-тангенциальный выброс смывает осевой поток, и резко снижает тяговые характеристики такого винта, т.е. вы выигрываете в одном, но одновременно проигрываете в другом.
В идее ТВР, все с точностью до наоборот ( здесь, больше сходства с идеей первого центробежного насоса придуманного в нач.17 в. Французским инженером и известном в истории техники как колесо Бланкано). Вращение принудительное мотором, или в естественном потоке за счет внешнего винтового профиля, обеспечивает естественное (не принудительное) всасывание газа и жидкости в центре оси рабочего колеса, через открытое отверстие трубообразной лопасти и дальнейшее радиальное движение и выброс исходящей струи на периферию плоскости вращения за счет действия центробежных сил.
Вопрос энергетической эффективности, затрат на дополнительную работу центробежного насоса в устройстве ТВР нельзя рассматривать как одинаковую по сравнению с, например, двумя параллельно работающими обычными устройствами, - центробежным насосом и осевым нагнетателем, так как они, в конструкции ТВР, не просто имеют общий привод, вал и плоскость вращения, а еще и активно влияют, взаимодействуют друг с другом без помех в разных АКТИВНЫХ секторах плоскости общего РК устройства. Известно, что у обычного винта - ВВ из активной работы выпадает, именно, центральная и периферийно кольцевая часть. У ТВР задействуются более эффективно, как раз эти области, в центре перед винтом – активный всасыватель, за винтом, по периферийному кольцу – выброс потока ИС ЦБН.
В соответствии с теорией лопастных машин, при одинаковых диаметрах рабочих колес (далее РК) и частоте вращения, работа, совершаемая внешним контуром и внутренними полостями - примерно одинакова. То есть, объемы перекачивания газов или жидкости через рабочее колесо Трубо-винтового ротора, отдельно через его ОН = внешний винтовой профиль, и ЦБН = канально-роторный нагнетатель, будут определяться не только размерными параметрами : площадью ометания всего РК устройства и площадями входного-выходного отверстий ЦБН, что в оптимальной модели Идеального ТВР может варьироваться в пределах от 1% до 30% ( в наших испытательных прототипах соотношение 100 к 1 % диаметр - 375 мм., вход ЦБН – 40 мм., но и, что особенно важно, и более существенно, – самим взаимодействием этих потоков за пределами РК, что и необходимо установить опытно-экспериментальным путем.
Существенно отличительной особенностью, общих динамических характеристик работы ТВР, является значительное дополнительное разряжение перед винтом, создаваемое всасывателем ЦБН, что меняет сами физические условия работы всего устройства, (по сравнению с обычным винтом, у которого перед винтом отсутствует активная зона центростремительного ускорения), тем самым уменьшая энергопотребление привода силовой установки. И, наоборот, при использовании устройства, как обратимую механическую машину для преобразования и генерации энергии происходит увеличение энергетической эффективности установки за счет действия «холодного привода» прямо действующего на изменения частоты вращения и перевода, вовлечения осевого потока в радиальный с усилением Момента силы воздействия на вал.
Это диктует наличие принципиальных конструктивных различий, прежде всего, в ориентации исполнения Исходящих сопел по вектору направления выброса потока ЦБН относительно оси вращения (т.е. вектору направленности осевого потока). Вторым, не менее важным отличием и особенностью возможных конструктивных вариативных решений исполнения прототипов ТВР, является применение различных углов и линий крутизны отклонения лопасти относительно перпендикуляра оси вращения. Третьим - исполнение внутренних трубообразных каналов пустотелой лопасти с различными коэффициентами конфузорности – диффузорности.
То есть, во всех возможных вариантах исполнения ТВР, как устройств специального применения, для получения оптимального технического результата по тяговым, расходным характеристикам, величине Момента силы на вал, термодинамическим показателям, применяются разные отличающиеся друг от друга устройства.
Действует следующая классификация:
движителя, (далее Д) насоса (далее Н) ,ветро-,гидро- турбины (далее Т), устройства Охлаждения (далее Х) и тепла (Г) используются, отличающиеся друг от друга конструкции. Например, ТВР в качестве ветро-турбины, максимально выгодная полезная работа происходит с падением тяговых характеристик, но с увеличением воздействия момента силы вращения на вал установки.
По способу и иерархии и первично-вторичной подчиненности, определены несколько принципиальных схем взаимодействия ОН и ЦБН в общей конструкции ТВР:
1. Оптимально-совместного взаимодействия сбалансированных потоков ОН и ЦБН в единой модульной системе ТВР.
Наиболее оптимальное взаимодействие потоков в конструкции ТВР (классификации – Д, -Н ), как устройстве обеспечивающем максимально возможную тягу (расход), когда выброс ИС ЦБН осуществляется в сторону исходящего осевого потока и 0- 45 градусным тангенциальным угловым смещением от линии оси вращения и 90 – 70 градусным угловым смещением по длине оси вращения на уменьшение, сдавливание центробежным потоком осевого. В этом случае, за винтом ТВР, образуется плавно расходящийся диффузор, или фокусирующийся в определенной точке, спиралевидный, кольцевой воздушный контур – конфузор. Исходящий и более скоростной поток из сопел ЦБН, обеспечивающий дополнительную эжекцию (ускорение) осевого, менее скоростного относительно потока ЦБН, за винтом.
Главными преимуществами конструктивного совмещения двух устройств в одном, по сравнению с обычным ВВ,
является задействование им в работе:
1) Центробежных сил, возникающих при угловом, относительно оси вращении, трубы канала конфузорного типа, инициирующих более скоростное прохождение потока через РК устройства
2) Дополнительного разряжения за счет втягивания и придания центростремительного ускорения потоку перед винтом по типу всасывания в воронку возмущенного вращающегося потока (Фильм «Как возникают Торнадо. С точки зрения Науки. См. мин.8.39 – 9.20 )
3) Эффекта присоединения, эжекции более скоростным ЦБН потоком осевого, т.е. его равноускоренного движения как основного, в смешанно-совмещенном потоке за винтом.
4) Повышенной площади всасываемости за счет применения лопастей с боковым профилем сферического и усеченно-конусного дизайна, придания объемности действия активной рабочей зоны устройства..
5) Улучшения аэродинамики поступательного движения за счет придания формы каплевидности системе винта и потока, образующейся ориентацией струй Исходящих сопел ЦБН в точку фокусировки.
6) Уменьшения противодействия проблемы обратного хода винта ТВР классификации Д, применяемого в качестве Несущего винта, (далее - ТВР (Э180)) за счет внедрения в конструкцию всасывателя элемента втулки экранирования, предотвращающей забор воздуха в сегменте 180 градусов
7) Усиления требуемых термодинамических характеристик за счет применения каналов конфузорной формы, сдавливающих сужающих исходящий поток - для подогрева, и диффузорной формы, расширяющих поток – для охлаждения воздуха в тепловых машинах с роторами ТВР.
8) Возможностей отдельных особенностей, или всей совокупности преимуществ, применения различных модификаций и схем взаимодействия ОН и ЦБН в общей конструкции ТВР для получения максимального технического результата за счет применения и их компоновки в Модульно-винтовые, гибридно-совмещенные системы.
Наиболее оптимальное
взаимодействие потоков в конструкции ТВР,
как устройстве обеспечивающем максимально возможную тягу (расход), когда
выброс ИС ЦБН осуществляется в сторону исходящего осевого потока и 0- 45
градусным угловым смещением от линии оси вращения. В этом случае, за винтом
ТВР, образуется плавно расходящийся спиралевидный, кольцевой воздушный контур =
исходящий и более скоростной поток из сопел ЦБН, обеспечивающий дополнительную
эжекцию (ускорение) осевого, менее скоростного относительно потока ЦБН, за
винтом.
Наиболее оптимальное взаимодействие
потоков в конструкции ТВР, как
устройстве обеспечивающем максимально возможную силу вращательного момента,
когда выброс ИС ЦБН осуществляется в радиальном направлении и тангенциально, строго
в плоскости вращения, без смещения от линии оси вращения, под плавно поворотным
углом в 90 градусов в сторону
противоположную направлению вращения.
В качестве движителя
или нагнетательной установки
используется устройство ТВР с фронтальной дислокацией всасывателя и
тыловой ориентацией ИС, которая при работе от силового привода, образует
дополнительное разряжение перед винтом и эффект воздушной центрифуги за винтом.
Далее этот вариант исполнения ТВР именуется ТВР (Ц)
В качестве ветро-, гидро-турбины используется тот же прототип ТВР, но
развернутый на 180 градусов, т.е. в нем фронтальная, или торцевая дислокация
ИС. При размещении такого устройства в ветровом потоке, внешний винтовой контур
вращает всю конструкцию и обеспечивает работу ЦБН, потоки ИС которого,
направлены под углом к набегающему потоку, взаимодействуя с ним, ускоряют
вращение и образуют эффект воздушного конфузора, концентратор, позволяющий
снимать большую энергию ветра. Далее этот вариант исполнения ТВР именуется ТВР (К)
(смотрите видеофайл №
4 публикации « Новый способ повышения эффективности ветроротора» этого блога)
Результаты экспериментов с испытаниями прототипа № 1 Трубо -винтового ротора (далее ТВР) (смотрите видеофайл 1,2 :http://revolutioninwindenergy-dalko.blogspot.com)
Материал и технология исполнения: - бумага покрытая и проклеенная стекловолокном.
Размеры и форма: диаметр двухлопастного двусторонне выпуклого устройства (с профилем в классификации NASA64(2)-415- 375 мм, угол атаки лопасти от 40 до 10 градусов, диаметр общего входного отверстия – всасыватель (далее - В) 40мм, диаметр вала 8 мм ., общий вес - 720 г. Всасыватель имеет раздельно направляющие сопряжения к внутреннему каналу лопасти, который выполнен в форме конфузора, плавно сужающимся, от центра общего входного отверстия к периферии, концовкам лопасти. Выходные отверстия –исходящие сопла центробежного нагнетателя (далее ИС) расположены на концах с тыльной стороны лопастей, имеют площадь меньшую относительно входного в соотношении 1,25 -1,35, щелевидный профиль, ориентированы относительно друг друга в противоположные стороны по принципу Сегнерова колеса, с результатом истечения потока совпадающим направлению вращения внешнего винтового профиля и исполнены с двойным угловым смещением: 1)90-120 градусов, относительно плоскости вращения в сторону отбрасываемого (набегающего) осевого потока равному половине шага винта, и 2) 0-45 градусов, относительно перпендикуляра к радиусу тангенциально окружности вращения.
Цель экспериментов:
1) Получить общие характеристики
работы ТВР в качестве:
А) нового смешанно-совмещенного типа нагнетателя, вентилятора, ротора силовой установки для прокачки воздуха
обеспечивающий большие расходно-тяговые характеристики, при одинаковой
потребляемой мощности, в сравнении с
обычным пропеллером ( осевым нагнетателем ,ВВ) исполненном как ТВР с закрытым
входным отверстием.
Б) нового типа ветро-ротора, -турбины для ВЭУ, способного обеспечивать
большую силу момента относительно оси вращения на вал электро-генератора, при
одинаковых условиях, размерах и скоростях потока
2) Доказать преимущество ТВР над ВВ :
Приборно-инструментальная
база экспериментов
Бытовой вентилятор, коллекторный электродвигатель с
редуктором, эл.мотор мощностью от 50 до 150вт, вольтметр, амперметр, ваттметр,
анемометр, велосипедный скорость измеритель, Аэродинамическая труба, микроманометр
с трубкой Пито, электронные весы Моделирование
и расчеты в Программе ANSYS.
Основные показатели и
описание экспериментов
При насадке вала ТВР (Ц)на коллекторный электродвигатель
обеспечивающий около 1500 - 2000 об. мин. Получены следующие результаты:
Визуально и
осязательно наблюдается ощутимое и явное преобладание мощности расходного
потока ТВР над расходным потоком ВВ. Входное отверстие активно работает на
всасывание как при вращении в направлении внешнего винтового профиля, так и в
реверсном режиме. В последнем случае нагнетательные отверстия создают смешанный
скоростной вихревой поток противоположный осевому. Усредненные показания
микроманометра в направлении от центра оси вращения к концу лопасти:
Таблица №1
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Смысл столбцов таблиц : 1 – расстояние от оси нагнетателя до
среза трубки Пито; 2 – показания микроманометра при перемещении трубки от оси к
концам лопастей; 3 – показания микроманометра при перемещении труки от концов
лопастей к оси; 4 – среднее показание микроманометра; 5 – скорость.
При вычислении
скорости предполагалось, что статическое давление в плоскости вращения
нагнетателя мало отличается от атмосферного, плотность воздуха 1,2 кб/м3.
Особенностью
результатов измерений являются отрицательные показания микроманометра,
вызванные изменением направления движения воздуха в местах измерения давления.
При этом, трубку Пито нельзя приемником полного давления (её ориентация при
измерениях не изменялась) .Для таких показаний определения скорости проводилось
с использованием предположения , что трубку можно рассматривать как
цилиндрическое тело со скругленной головной частью и плоской донной частью. В
литературе известен коэффициент давления для данной части таких тел, он равен
0,4.
Используя указанное
значение коэффициента давления и показания микроманометра была подсчитана
скорость в этом случае. Столбцы 5 и 1
задают закон изменения осевой скорости потока нагнетателя как функции радиуса (расстояние
от оси вращения до точки, где измерялось скорость). Интегрирование этой функции
вдоль радиуса в пределах rmin=
20 mm, rmax = 190 mm позволило подсчитать объемные расходы
для указанных выше вариантов ТВР (Ц) с открытым всасывателем и ВВ = ТВР с
закрытым всасывателем
Q ТВР = 0,0872 м. куб/с = 8,72 л/с = 314 м куб/час
Q ВВ
= 0,0682 м. куб/с = 6,82 л/с =
245,5 м куб/час
Интегрирование выполнялось с использованием правила трапеций,
в предположении осевой симметричности поля скоростей
ТВР (Ц)= 2, 8, 23,32, 38, 39, 40,17, -18, -18, - 6, -3,
-3. Общий 199, - 48
ВВ = 2, 8,
23, 30, 29, 15, 4, 2, -7, -7, -
2, - 1, 0 . Общий 113, - 17
Соотношение общих
показателей 76% и 57% в пользу ТВР.
Расчет объема расхода :ТВР = 87,2 л .\ сек., 314 куб.м.\ час.
ВВ = 68,2 л .\ сек, 245 куб.м.\
час. Соотношение 1,28 ТВР>BB.
Холостое вращение
электродвигателя при напряжении 220 вольт пусковой 1,1.а., рабочий 0,4 – 0,5 а,
пусковая мощность = 193 ва, рабочая мощность = 70,4 – 88 ва
ВВ (ТВР с закрытым
входным отверстием) – пусковой 1.2- 1,3 а , рабочий 0,7 а,
Пусковая мощность = 211 – 228 ва, рабочая = 123 ва.
ТВР пусковой 1,2-1,3
а , рабочий 0,8 а, пусковая мощность = 211- 228 ва, рабочая = 140 ва
Показатели анемометра
перед винтом ТВР, в центре- 1,51,
ВВ -0,95 , в области осевого потока – ТВР 3,04,
ВВ – 2,28. За винтом : в области осевого
нагнетания ТВР – 8,55, ВВ – 8,08, по
периметру концов лопастей ТВР -2,12,
ВВ – 0,85. Замер скорости потока перпендикулярно плоскости вращения ТВР – 0.85, ВВ – 1,21
Для определения эффективности ТВР, как устройства в качестве движителя
в воздушной и водной среде, мы провели эксперимент сравнительных замеров тяги.
Для ответа, может ли ТВР при одинаковом
энергопотреблении обеспечить большую тягу по сравнению с обычным винтом. (Смотрите
видеофайлы :
На стендовых сравнительных испытаниях ТВР и модельного винта
ВВ диаметром 330мм Использовалось поворотное Г образное крепление с
соотношением рычага 1:2.
с электодвигателем мощностью 330 вт была задействована
только половина мощности 150вт..Получены показатели ТВР = более 0,5 кг, ВВ = 0,314. Теоретический расчет тяги
идеального винта ВВ такого диаметра и мощности эл.дв = 0,412 кг. (Смотрите
расчет: http://www.reaa.ru/yabbfiles/Attachments/Klassika_vozdushnyh_vintov.gif
ТВР (К).
Подтверждено торможение вращения в воздушном потоке варианта ТВР (Ц) В лабораторных условиях в аэродинамической
трубе при скорости потока 6 м.с получены показатели скорости вращения ТВР- 238,
ВВ – 270 оборотов минуту. Разница
=- 13, 4 %
В домашних условиях с использованием двух бытовых
вентиляторов ТВР – 136, ВВ- 162 оборотов мин. 19,1% . Предположительная
скорость потока 3,6 метров в секунду.
С использованием одного бытового вентилятора : ТВР – 51,77,
ВВ 60,12об. мин. Все эти эксперименты проводились при фронтальном расположении входного
отверстия ТВР к набегающему потоку..
При развороте ТВР (Ц)
на 180 градусов и тыльном расположении входного всасывающего отверстия в
направлении набегающего потока от используемого одного бытового вентилятора ТВР
(К) показал скорость 100,2.ВВ – 93,52 об. мин.,
Разница = 7% в пользу ТВР.
При соединении
приводом вала ветроротора ТВР (К) с электродвигателем, который имеет прибор
показателей напряжения при искусственном создании ветропотока со скоростью от 9
до 16 м/сек, разница в показателях вольтметра составила 14-17%!
(Смотрите видеофайл №4
настоящего блога)
Прототип ТВР,
смоделированный и обсчитанный в программе ANSYS,
имеющий исключительно тангенциальный 90 градусный угол ориентации ИС и строго в
плоскости вращения (т.е. без дополнительного смещения в сторону исходящего
потока) в около-максимальных аэродинамических режимах, показала, по сравнению с
такой же моделью, но без задействования внутренних каналов, (т.е без работы ЦБН
) увеличение в 2,4 раза силы момента на ось вращения, при меньшей в 1,929 силы тяги! О чем
свидетельствует и что доказывает такой феноменальный результат. В ротационных
устройствах, снимающих энергию естественного потока, именно способность
обеспечивать больший вращающий момент передачи на вал, является главной и
определяющей энергоэффективность для последующей электрогенерации ветро- или
гидро- установок, в отличии, например, от силы тяги для других устройств
обратного действия. Для того, чтобы правильно понять всю полноту и отличительные
особенности работы ТВР и винта ВВ представим двухлопастной винт как обычные рычажные
весы. И если у винта ВВ, давление создает только внешний винтовой профиль, то у
ТВР, плюс к этому, еще и давление исходящего прямого потока из концовки
лопасти, (заметьте! давление не на
центр, или на середину, а на самый конец рычага и с постоянной силой
воздействия в одном направлении). По правилам рычага – это оптимальная точка и
угол приложения сил , именно, такой результат закономерен, что и объясняет всю физическую
картину процесса. Конструкция ТВР с такой дислокацией ИС и организацией
направленного выброса из каналов ЦБН в строго радиальном направлении, в
качестве ветро- и гидро- турбины обеспечивает съем энергии естественного потока
в существенно большей степени, по сравнению с любой из известных и широко
используемых обычных вертикальных и горизонтальных турбин.
Моделирование и расчеты Прототипа ТВР в
программе ANSYS, (варианты модели винта ТВР с центробежным
канальным нагнетателем внутри пустотелой лопасти) осуществлялось в CADсистеме Solidworks. В качестве внешнего
винтового профиля использовался крыловой профиль NACA 8-H-12. Диаметр винта D=375 мм, диаметр втулки Dвт = 45 мм,
частота вращения ротора в диапазоне n = 1500-8000 об/мин.
Разработаны
несколько вариантов моделей прототипов ТВР, представляющие собой комбинацию
осевой и центробежной турбомашины, с целью получения: повышенной тяги и больших
расходных характеристик устройства, а также определения увеличения момента
вращения за счет холодного привода работающего за счет выброса из исходящих
сопел (ИС) ЦБН.
Численное исследование модели в
программном пакете ANSYSCFX
Для анализа
тяги и потребляемой мощности разработанной модели винта был проведен численный
эксперимент турбомашины в программном пакете ANSYSCFX, в качестве рабочей жидкости был выбран воздух при t=25 C.
Виртуальный
эксперимент представляет собой численное решение системы уравнений динамики
жидкости Навье – Стокса. Для замыкания уравнений Навье – Стокса использовалась SST модель турбулентности.
Расчетная область
В качестве результатов расчета определены тяговая характеристика и
потребляемая мощность конструкции винта с центробежным нагнетателем - ТВР и
вариант винта без центробежного нагнетателя ВВ. Также у ТВР определен расход
через ОН и ЦБН.
На рисунках 1
представлен разработанный вариант модели ТВР винта с полусферическим дизайном
лопастей и углом установки щели ИС ЦБН, в сторону осевого потока в 45 градусов.
Так как применение центробежного нагнетателя (ЦБН) в связке с осевой
турбомашиной является новой идеей, нет проработанных рекомендаций по
проектированию подобных конструкций турбомашин.
Рис. 1
Вариант 1: Полусферические лопасти ИС ЦБН 45 град
|
|||
n, об/мин
|
1500
|
5000
|
8000
|
С ЦБН
|
|||
M, Н*м
|
0.040407
|
0.435995
|
1.11968
|
F, Н
|
0.795339
|
9.02212
|
23.3695
|
N, Вт
|
6.347148
|
228.2864
|
938.0209
|
Qцбн,м3/ч
|
10.34857
|
37.37
|
58.35041
|
Qон,м3/ч
|
322.8446
|
1064.189
|
1704.98
|
Без ЦБН
|
|||
M, Н*м
|
0.035812
|
0.392447
|
1.00889
|
F, Н
|
0.73141
|
8.17686
|
20.6685
|
N, Вт
|
5.625304
|
205.4848
|
845.2057
|
Q, м3/ч
|
291.6997
|
983.2409
|
1566.526
|
На рисунках 2 представлен
разработанный вариант модели ТВР винта со стандартным дизайном лопастей и углом
установки щели ИС ЦБН, в сторону осевого потока в 45 градусов.
Рис. 2
Вариант прототипа ТВР: Лопасти
стандартного вида ИС ЦБН 45
|
|||
n, об/мин
|
1500
|
5000
|
8000
|
ТВР
|
|||
M, Н*м
|
-
|
0.5
|
1.2925
|
F, Н
|
-
|
9.13
|
21.9
|
N, Вт
|
-
|
261.7994
|
1082.802
|
Qцбн,м3/ч
|
-
|
35.67193
|
58.06186
|
Qон,м3/ч
|
-
|
1738.323
|
2791.669
|
ВВ (Без ЦБН)
|
|||
M, Н*м
|
-
|
0.381165
|
1.00889
|
F, Н
|
-
|
7.45826
|
20.6685
|
N, Вт
|
-
|
199.5775
|
845.2057
|
Q, м3/ч
|
-
|
1441.231
|
2392.018
|
Предварительные выводы
подтверждают необходимость проведения полного цикла НИОКР по внедрению
изобретения «Труба- винтовой ротор»
В
ходе экспериментов, моделирования и расчетов установлено:
1.ТВР (Ц)
обеспечивает использование и конструктивное взаимодействие центробежных потоков
ИС с осевым, что создает перед винтом более разряженный поток « эффект
активного всасывания», за винтом - спирально-кольцевой скоростной эжектирующий поток,
«эффект воздушного импеллера» или точнее по форме и способу « эффект воздушной
центрифуги» вокруг осевого потока.
Энергетические
затраты на дополнительное всасывание и нагнетание радиально-поворотными
полостями лопастей составляли от 11 до 19 %. При этом, объем и скорость потока,
создающего ТВР больше, по сравнению с обычным пропеллером. Устройство ТВР в модификациях, спроектированное
под конкретный технический результат обеспечивает около 20% прироста расходных
характеристик (см показатели таблицы 2 варианта 2) и более 13 % прироста в тяге (см показатели таблицы 1 варианта 1) по
сравнению с ВВ такого же диаметра и оборотах!
Воздушные винты предназначены для создания
тяги, возьмем, режим работы со скоростью вращения равной 8000 об в минуту.
При этой скорости вращения окружная скорость лопастей при диаметре винта 0,375 метра составит
0,375 * 3,14 * 8000 / 60 = 157,1 м/с
Для воздушного винта это не совсем приемлемая скорость. Желательно ближе к 200 м/с., но при таких расчетах и более высок уровней погрешностей, поэтому будем исходить из этих параметров
Допустим, что это идеальный воздушный винт который работает на месте. Это похоже на несущий винт в режиме зависания.
Первый винт ТВР в таблице 1 с тягой 23,3695 Ньютон.
Для создания тяги 23,3695 Ньютон при ометаемой площади равной
S = 3,14 * (0,375 / 2)2 = 0,11045 м2
и удельном весе воздуха равном 0,125
Скорость отбрасывания воздуха в плоскости вращения воздушного винта должна быть равна
V = (F / (q*S))2 = 39,83 м/с
При этом идеальному винту потребуется потратить мощность равную
N = F * V = 23,3695 * 39,83 = 930,807 Ватта
Следовательно КПД будет равен
КПД = 930,807 / 938,0209 = 0,9923
Второй винт ВВ в таблице с тягой 20,6685 Ньютон.
Для создания тяги 20,6685 Ньютон при ометаемой площади равной
S = 3,14 * (0,375 / 2)2 = 0,11045 м2
и удельном весе воздуха равном 0,125
Скорость отбрасывания воздуха в плоскости вращения воздушного винта должна быть равна
V = (F / (q*S))2 = 38,69 м/с
При этом идеальному винту потребуется потратить мощность равную
N = F * V = 20,6685 * 38,69 = 799,7 Ватта
Следовательно, КПД = 779,7 / 845,2057 =0, 946
Теперь сравниваем.
ТВР (с каналами ЦБН) имеет КПД 99,23 %
ВВ (без ЦБН) имеет КПД 94,6 %
При этой скорости вращения окружная скорость лопастей при диаметре винта 0,375 метра составит
0,375 * 3,14 * 8000 / 60 = 157,1 м/с
Для воздушного винта это не совсем приемлемая скорость. Желательно ближе к 200 м/с., но при таких расчетах и более высок уровней погрешностей, поэтому будем исходить из этих параметров
Допустим, что это идеальный воздушный винт который работает на месте. Это похоже на несущий винт в режиме зависания.
Первый винт ТВР в таблице 1 с тягой 23,3695 Ньютон.
Для создания тяги 23,3695 Ньютон при ометаемой площади равной
S = 3,14 * (0,375 / 2)2 = 0,11045 м2
и удельном весе воздуха равном 0,125
Скорость отбрасывания воздуха в плоскости вращения воздушного винта должна быть равна
V = (F / (q*S))2 = 39,83 м/с
При этом идеальному винту потребуется потратить мощность равную
N = F * V = 23,3695 * 39,83 = 930,807 Ватта
Следовательно КПД будет равен
КПД = 930,807 / 938,0209 = 0,9923
Второй винт ВВ в таблице с тягой 20,6685 Ньютон.
Для создания тяги 20,6685 Ньютон при ометаемой площади равной
S = 3,14 * (0,375 / 2)2 = 0,11045 м2
и удельном весе воздуха равном 0,125
Скорость отбрасывания воздуха в плоскости вращения воздушного винта должна быть равна
V = (F / (q*S))2 = 38,69 м/с
При этом идеальному винту потребуется потратить мощность равную
N = F * V = 20,6685 * 38,69 = 799,7 Ватта
Следовательно, КПД = 779,7 / 845,2057 =0, 946
Теперь сравниваем.
ТВР (с каналами ЦБН) имеет КПД 99,23 %
ВВ (без ЦБН) имеет КПД 94,6 %
2.ТВР (К) обеспечивает
более скоростное вращение и больший съем энергии ветра за счет встречного
углового потока по отношению к набегающему и создания «эффекта воздушного
конфузора», образующего потоком из исходящих сопел ЦБН и являющимся
своеобразным концентратором, расширяющим площадь поверхности ометания РК с
примерными ощутимыми границами около 1 - 1,5 размера длины диаметра. При
одинаковых условиях ТВР (К) создает дополнительный прирост не менее 15% к
силовому моменту относительно оси вращения, и общей энерго- генерирующей
мощности любой ветро- или гидро- установки!
3 Перспективы использования ТВР (Ц) в качестве нового
движителя ЛА, вентиляторных установках обеспечивающие большую тягу, расход, при
одинаковых энергозатратах делают все использующие конструкции и модификации
воздушных винтов устаревшими и подлежащими замены их на более эффективное
устройство. Такой же вывод можно сделать и по отношению ТВР (К) и используемых
типов современных горизонтальных и вертикальных турбин ветро- и гидро-генераторов.
Сама методология проектирования нагнетательных устройств импеллерного типа, в
которых элементы кока, лопастей и неподвижных стенок исполнены как конфузор
правильной формы экспериментально доказывают преимущество данного подхода. (Смотр. Фото файл №3 настоящего блога).
4. Особенности характеристик и полученные новые
конструктивно-технические возможности, в том числе, и отличающиеся друг от
друга, по техническим результатам, открывают не только возможности
использования изобретения в качестве движителей для любых ЛА, водных суден
известных типов, но и создание принципиально новых конструкций транспортных
средств, насосных установок, систем проветривания с всасывающим и
нагнетательным принципами действия, охлаждающих и нагревающий тепло насосов и целого ряда других устройств.
(Смотрите видеофайлы
1, 2 настоящего блога)
Открывает возможность
в поисках новых типов наземных и водных ветро-приводных транспортных
средств.
5. Оптимальные внедренческие модели ТВР (Ц) и ТВР (К) может
быть определена серией дополнительных экспериментов Временным творческим коллективом
при обязательстве передачи авторских директив и согласования совместной
программы соответствующих НИОКР .в рамках Опционного (Лицензионного) соглашения
предшествующего передачи прав патентообладателя трансферу купли-продажи данного
Объекта Интеллектуальной Собственности.
