RZECZPOSPOLITA POLSKA

@OPIS PATENTOWY @PL @185885

@B1 ® Numer zgłoszenia: 324320

@ Intcl' B64C 15/00 F04C 13/00

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej

@ Data zgłoszenia: 14.01.1998

@ . Wentylator do samolotu skróconego startu I lądowania lub do poduszkowca

@ Zgłoszenie ogłoszono: 19.07.1999 BUP 15199

@ O udzieleniu patentu ogłoszono: 29.08.2003 WUP 08/03

® 1. Wentylator do samolotu skróconego startu i lądowania lub do poduszkowca po­siadający dwa wirniki o osiach równole­głych, jeden łopatkowy z prostymi zarysu przekroju poprzecmego łopatek, przecinają­cymi się w jego osi obrotu i drugi wewnętrz­ny wirnik wrębowy współpracujący z jego

~ łopatkami, mamienny tym, że wirnik wrę-m bowy (15) ułożyskowany jest w dwóch krąż-kach (11) ~ębionych w nuczach (7 i 9)

In wirnika łopatkowego łączących łopatki (8), 00 zaś krążki (11) połączone są sztywno osłoną ~ walcową (10) opasującą częściowo wirnik 00 wrębowy (15). ~

® Uprawniony z patentu: Politechnika lubelska, lublin, Pl

@ Twórcy wynalazku:

Wacław Mączka, lublin, Pl Stefan Fijalkowski, lublin, Pl

® Pełnomocnik: Milczek Tomasz, Politechnika lubelska

Fig.2

Wentylator do samolotu skróconego startu i lądowania lub do poduszkowca

Zastrzeżenia patentowe

l. Wentylator do samolotu skróconego startu i lądowania lub do poduszkowca posiadający dwa wirniki o osiach równoległych, jeden łopatkowy z prostymi zarysu przekroju poprzecmego łopatek, przecinającymi się w jego osi obrotu i drugi wewnętrzny wirnik wrębowy współpracujący z jego łopatkami, znamienny tym, że wirnik wrębowy (15) ułożyskowany jest w dwóch krążkach (11) zagłębionych w tarczach (7 i 9) wirnika łopatkowego łączących łopatki (8), zaś krążki (11) połączone są sztywno osłoną walcową (10) opasującą częściowo wirnik wrębowy (15).

2. Wentylator według zastrz. 1, znamienny tym, że łożyska (13) wirnika łopatkowego osa­dzone są na tulejach jego tarcz (7, 9) i umieszczone są w tulejach żeber (3) płata (1), wzdłuż które­go biegnie oś obrotu wentylatora od kadłuba samolotu do końca wydłużenia klapy (4) płata (1), przy czym oś leży za kesonem przednim (2) płata (1), za płaszczymąjego maksymalnej grubości.

3. Wentylator wedługzastrz. 1 i 2, znamienny tym, że pobocznica wirnika wrębowego (15) oraz głów łopatek (8) jest zbliżona na wielkość luzu do ścianki przedniej kesonu tylnego płata (1), zaś cały wentylator składa się z kilku sekcji symetrycznie do osi wzdłużnej kadłuba samolotu, z których przykadłubowa sekcja sprzężona, jest z silnikiem napędowym (26) w ten sposób, że układ tych sekcji umieszczony jest w wydłużonym wzdłuż płata (1) oknie przepły­wowym w kształcie prostokąta.

4. Wentylator według zastrz. 1,2 i 3, znamienny tym, że tylna ścianka kesonu przed­niego (2) płata (1) znajduje się przed strefę obrotów wentylatora i ma w przekroju poprzecz­nym zarys spiralny, zaś wylot kanału spiralnego zakończony jest klapą (24) wentylatora połą­czonązawiasem z płatem (1).

5. Wentylator według zastrz. 1 do 4, znamienny tym, że każdy przegub międzysekcyjny wentylatora przenoszący moment obrotowy do sekcji sąsiedniej zawiera tuleję zewnętrzną (18) z dwoma wpustami w jej przekroju osiowo-średnicowym, przy jej pobocznicy wewnętrz­nej, w które wchodzą, suwliwie dwa wypusty tulei łączącej (19), posiadające obrys wspólnego okręgu (D) w płaszczyźnie jej osi i średnicy tej tulei wyposażonej w dwa wpusty przy jej po­bocznicy wewnętrznej, przy czym wpusty te znajdują się w płaszczyźnie średnicowo-osiowej prostopadłej do płaszczyzny średnicowo-osiowej wypustu tej tulei, zaś we wpustach tulei łą­czącej (19) znajdują się dwa wypusty tulei wewnętrznej (20) posiadające obrys wspólnego okręgu (d) w jej płaszczyźnie średnicowo-osiowej, natomiast symetrycznie względem płasz­czyzny symetrii poprzecznej tulei łączącej (19), jej powierzchnia zewnętrzna jest zbieżna ku końcowi tej tulei, natomiast jej otwór jest rozbieżny ku jej końcowi.

6. Wentylator do ?Oduszkowca, znamienny tym, że oś wirnika wrębowego (15) leży w płaszczyźnie poziomej, przechodzącej przez oś obrotu wirnika łopatkowego i prostopadłej do osi pionowej (z) poduszkowca pomiędzy nią a osią obrotu wirnika łopatkowego, przy czym bryła opływowa (44) cyrkulacji powietrza położona jest pomiędzy wirnikiem wrębowym (15) a osią pionową (z) poduszkowca, zaś wentylator znajduje się na obrzeżu poduszkowca

7. Wentylator według zastrz. 6, znamienny tym, że w poduszkowcu znajdują się układy wentylatorów ułożone parami symetrycznie względem płaszczyzny pionowej, przechodzącej przez oś pionową (z) poduszkowca i jednocześnie przez jego oś wzdłużną (x).

• • • Przedmiotem wynalazku jest wentylator do samolotu skróconego startu i lądowania lub

do poduszkowca. W technice lotniczej znane i stosowane są urządzenia do skracania startu i lądowania

samolotu przez zmechanizowanie płata w celu zwiększenia współczynnika siły nośnej. W samolocie typu DC-9 zastosowano wysuwane do przodu sloty oraz nastawne klapy stoso-

185885 3

wane we wszystkich typach płatowców. W samolotach specjalnych znane są próby zbliżenia samolotu do pionowzlotu przez pochylenie siły ciągu silnika odrzutowego z kieninku osi ka­dłuba samolotu do kierunku pionowego za pomocą specjalnego układu kierownic jak na. przykład w samolocie typu A V -8B Barier. Innym rozwiązaniem do wytwarzania si!y nośnej jest wytwarzanie strumienia powietrza przez turbowentylatory zainstalowane w płacie w stre­fie przykadłubowej. Końce łopat wentylatora są połączone wieńcem łopatek turbiny zasilanej spalinami silnika ciągu samolotu odrzutowego. Dotychczas również w technice znany jest samolot pionowego startu i lądowania typy V22-0sprey z przestawionymi osiami wzdłużnymi silników śmigłowych zamontowanych obrotowo na końcach płata. Z polskiego opisu paten­towego nr 152 027 znana jest ma:szyna wirnikowa łopatkowa pt. "Silnik spalinowy i dołado­warka do tego silnika lub maszyna chłodnicza i grzewcza". Mechanizm tej maszyny stanowią dwa wirniki walcowe styczne wewnętrznie wzdłuż tworzącej, jednego wrębowego i drugiego łopatkowego, sprzężone parą kół zębatych, przy czyn każda łopatka współpracująca z wrębem wirnika wrębowego w dwóch jego tworzących zawiera w zarysie dwie proste przecinające się w osi obrotu wirnika łopatkowego, którego średnica teoretyczna jest podwojoną średnicą teo­retyczną wirnika wrębowego. Z literatury A.Moldenhawer "Poduszkowce" Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1966 znane są w poduszkowcach wentylatoryodśrod­kowe niskiego sprężu, montowane w ich środkowych częściach a powietrze wypływa z wen­tylatorów układem kanałów doprowadzających go na obrzeże poduszki powietrznej. W ma­łych poduszkowcach stosowane są wentylatory osiowe.

Istotą, wentylatora do samolotu skróconego startu i l~wania lub do poduszkowca posiada­jącego dwa wirniki o osiach równoległych, jeden łopatkowy z prostymi zarysu przekroju po­przecznego łopatek, przecinającymi się w jego osi obrotu i drugi wewnętrzny wirnik wrębowy współpracujący ż jego łopatkami jest to, że wirnik wrębowy ułożyskowany jest w dwóch krążkac~ zagłębionych w tarczach wirnika łopatkowego łączących łopatki, zaś krążki połączone są sztywno osłoną walcową opasującą częściowo wirnik wrębowy. Łożyska wirnika łopatkowe­go osadzone są na tulejach jego tarcz i umieszczone są w tulejach żeber płata, wzdłuż którego biegnie oś obrotu wentylatora od kadłuba samolotu do końca wydłużenia klapy płata, przy czym oś leży za kesonem przednim płata, za płaszczyzną jego maksymalnej grubości. Po­bocznica wirnika wrębowego oraz głów łopatek jest zblitona na wielkość luzu do ścianki przedniej kesonu tylnego płata, zaś cały wentylator składa się z kilku sekcji symetrycznie do osi wzdłużnej kadłuba samolotu, z których przykadłubowa sekcja sprzężona jest z silnikiem napędowym w ten sposób, że układ tych sekcji umieszczony jest w wydłużonym wzdłuż płata oknie przepływowym w kształcie prostokąta. Tylna ścianka kesonu przedniego płata znajduje się przed strefą obrotów wentylatora i ma w przekroju poprzecznym zarys spi­ralny, zaś wylot kanału spiralnego zakończony jest klapą, wentylatora połączoną zawiasem z płatem. Każdy przegub międzysekcyjny wentylatora przenoszący moment obrotowy do sek­cji sąsiedniej zawiera tuleję zewnętrzną z dwoma wpustami w jej przekroju osiowo­średnicowym, przy jej pobocznicy wewnętrznej, w które wchodzą suwliwie dwa wypusty tulei łączącej, posiadające obrys wspólnego okręgu w płaszczyźnie jej osi i średnicy tej tulei wypo­sażonej w dwa wpusty przy jej pobocznicy wewnętrznej, przy czym wpusty te znajduję się w płaszczyźnie średnicowo-osiowej prostopadłej do płaszczyzny średnicowo-osiowej wypustu tej tulei, zaś we wpustach tulei łączącej znajdują się dwa wypusty tulei wewnętrznej posiada­jące obrys wspólnego okręgu w jej płaszczyźnie średnicowo-osiowej, natomiast symetrycznie względem płaszczyzny symetrii poprzecznej tulei łączącej, jej powierzchnia zewnętrzna jest zbieżna ku końcowi tej tulei, natomiast jej otwór jest rozbieżny ku jej końcowi.

Istotą wentylatora do poduS2'kowca jest to, że oś wirnika wrębowego leży w płaszczyźnie poziomej, przechodzącej przez oś obrotu wirnika łopatkowego i prostopadłej do osi pionowej po­duszkowca pomiędzy nią a osią obrotu wirnika łopatkowego, przy czym bryła opływowa cyrkula­cji powietrza położona jest pomiędzy wirnikiem wrębowym a osią pionową poduszkowca, zaś wentylator znajduje się na obrzeżu poduszkowca. W poduszkowcu znajdują się układy wentyla­torów ułożone parami symetrycznie względem płaszczyzny pionowej, przechodzącej przez oś pionową poduszkowca i jednocześnie przez jego oś wzdłużną.

4 185885

Korzystnym skutkiem stosowania wynalazku w samolocie jest stosowanie dużych kątów natarcia płata z podciśnieniem ssania nad kesonem przednim płata i nadciśnieniem pod płatem z intensywnym napływem powietrza na klapę ze szczelinę, zwiększającym skutecmość jej działania i wzrost współczynnika siły nośnej co spowoduje skrót długości startu i lądowania. Wentylator według wynalazku zachowuje kesonową budowę płata. Zastosowanie wentylatora w poduszkowcu skróci macznie długość kanałów powietrza tłoczonego do poduszki powietrz­nej i spowoduje wykorzystanie jego energii kinetycmej dzięki cyrkulacji w strefie wentylatora. Obniży to moc silnika do wytworzenia poduszki powietrznej. Wentylator według wynalazku może być zastosowany do intensywnej wentylacji pomieszczeń o duz.ej kubaturze.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest na rysunku, na którym fig. l przedstawia prze­krój poprzecmy A-A wentylatora do samolotu, fig. 2 -- przekrój 8-6 osiowy wentylatora sa­molotu, fig. 3 - przekrój D-D poprzeczny połączenia przegubowego dwóch kolejnych sekcji wentylatora samolotu, fig. 4 - przekrój poprzecmy C-C płata z wentylatorem samolotu w uproszczeniu do opisu jego działania, fig. 5a - p6łwidok z kierunku A i p6łprzekrój tulei łączącej przegubu, fig. Sb - rzut aksonometrycmy obrotowego połączenia przegubowego wentylatora samolotu, fig. 5c - widok z kierunku B tulei wewnętrznej przegubu, fig. 6 - rzut pionowy samolotu z położeniem wentylatora w płacie, fig. 7a - przekrój poprzeczny silnika spalinowego napędowego, fig. 7b - zarys rzeczywisty łopatki wirnika silnika spalinowego z zarysem krawędzi wrębu, fig. 8a - układ wentylatorów w poduszkowcu, fig. 8b - przekrój poprzecmy układu wentylatorów w poduszkowcu prostopadły do jego osi wzdłużnej.

Wirnik łopatkowy sekcji wentylatora samolotu składa się z dziesięciu łopatek 8 połą­czonych sztywno swoimi końcami z tarczą 7 posiadającą tuleję wału napędowego i wgłębie­nie walcowe oraz z tarczą 9, której tuleja łączy się wielowypustem z tuleją 20 wewnętrzną przegubu międzysekcyjnego. Wirnik wrębowy 15 ułożyskowany jest w łożyskach 16 umiesz­czonych w dwóch krążkach 11 połączonych sztywno osłoną walcową 10 posiadających krót­kie tuleje, na których osadzone są pierścienie wewnętrzne łożysk, zabezpieczone pierścienia­mi 39. Pierścienie zewnętrzne łożysk 12 osadzone są wewnątrz tulei tarcz 7 i 9. Końcowa sekcja osłony walcowej 10 z krążkami 11 połączona jest sztywno z płatem 1. W jednakowych odcinkach długości wirnika łopatkowego w sekcji nałożone są pierścienie opasujące 17. Ło­żyska 13 i pierścienie osadcze 14 wirnika łopatkowego osadzone są w tulejach żeber 3 płata l, wzdłuż którego przechodzi oś obrotu wirnika łopatkowego wentylatora o rozpiętości od ka­dłuba samolotu do końca wydłużenia klapy 4, przy czym oś ta leży za kesonem przednim 2 płata 1 za płaszczymą jego maksymalnej grubości. Pobocznica wirnika wrębowego 15 oraz głów łopatek 8 jest zbliżona na wielkość luzu do ścianki przedniej tylnego kesonu płata 1. Cały wentylator składa się z kilku sekcji, symetrycznie do osi wzdłużnej 5 kadłuba samolotu, z których przykadłubowe sekcje sprzęgnięte są z silnikami spalinowymi 26. Układ tych sekcji umieszczony jest w wydłużonym wzdłuż, płata l oknie przepływowym w kształcie prostokąta. Tylna ścianka kesonu przedniego 2 ma spiralny zarys w przekroju poprzecmym, zaś kanał u wylotu łączy się z klapą wentylatora samolotu 24 połączoną zawiasem z płatem 1. Część wlotowa okna przepływowego jest wyposażona w żaluzje 25. Dwie kolejne sekcje wirnika łopatkowego wentylatora połączone są przegubem w skład, którego wchodzą tuleja zewnętrz­na 18 połączona wielowypustem z tuleją tarczy s~iedniej sekcji wirnika łopatkowego, zaś tuleja wewnętrzna 20 z tuleją łączącą połączona jest wielowypustem z tuleję tarczy 9. Dwie kolejne sekcje zespołu osłony walcowej 10 i krążków 11 połączone są przegubem stałym, w skład którego wchodzą tuleja zewnętrzna stała 21 połączona wielowypustem z tuleją krążka 11 sekcji s~iedniej, tuleja wewnętrzna stała 23 z tuleją łączącą 22 połączona jest wielowypu­stem z tuleją krążka 11. W tuleję zewnętrzną 18 z dwoma wpustami wchodzą suwliwie dwa wypusty tulei łączącej 19 posiadające obrys wspólnego okręgu D, wyposażonej w dwa wpusty przy jej pobocznicy wewnętrznej w płaszczyźnie średnicowo-osiowej prostopadłej do płasz­czymy średnicowo-osiowej wypustu tej tulei. We wpustach tulei łączącej 19 znajdują się suwliwie dwa wypusty tulei wewnętrznej 20 posiadające obrys wspólnego okręgu d w jej płaszczyźnie średnicowo-osiowej.

W zastosowaniu wentylatora do poduszkowca wchodzi on w układ czterech wentylato­rów na bokaćh prostokąta obrysu poduszkowca z osią 42 utworzoną z osi wzdłużnej x, z osi

185885 5

pionowej z i osi poprzecmej y. Oś wirnika wrębowego 15 leZy w płaszczyźnie poziomej przechodzącej przez oś obrotu wirnika łopatkowego i prostopadłej do osi pionowej z podusz­kowca, pomiędzy tą osią a osią wirnika łopatkowego. Bryła opływowa 44 położona jest po­między wirnikiem wrębowym a osią pionową z poduszkowca z korpusem 41, osłoną brzego­wą 40, tworzącą w przekroju poprzecmym kanał spiralny, którego wylot leZy nad podłożem 43 wodnym lub lądowym.

Silnik spalinowy do napędu wentylatora jednego skrzydła ma podobną budowę jak wentylator, zwłaszcza wirnik wrębowy 35 i łopatkowy 36. Część zewnętrzna korpusu 26 za­myka komory międzyłopatkowe i łączy się z komorą spalania 30 dwoma szeregami otworów, szeregiem otworów 37 powietrza sprężonego i szeregiem otworów 38 wypływu spalin. Otwo­ry powietrza i spalin są umieszczone przemiennie.

Komora spalania wyposażona jest we wtryskiwacz paliwa 32 i świecę zapłonową 31 do inicjacji spalania. Korpus 26 w części przy kesonie przednim 2 płata 1, przechodzi w kanał spiralny 29 wylotu spalin. Część wewnętrzna korpusu 26 tworzy element 27 z oknem prze­pływowym 28 i króćcem 33. Klapa spalinowa 34 połączona jest zawiasem z kesonem przed­nim 2.

Działanie wentylatora samolotu w czasie jego startu polega na tym, że po otwarciu żalu­zji 25, klapy 24, klapy 34 i wychyleniu klapy 4, po uruchomieniu silnika 26 następuje rozpę­dzanie wirników do prędkości kątowej m wentylatora do wartości nominalnej obrotów. Na skutek siły odśrodkowej powietrze znajdujące się w przestrzeniach miedzyłopatkowych prze­pływa promieniowo w dolnej strefie łopatek 8 i następnie w strefie kanału spiralnego. Wy­pływ ten powoduje tworzenie się podciśnienia we wnętrzu wirnika łopatkowego i w jego gór­nej strefie następuje zasysanie strumienia powietrza z nad kesonu przedniego 2 płata l, wy­twarzając nad nim podciśnienie i nad oknem przepływowym. Wówczas następuje przepływ poprzecmy strumienia powietrza przez wentylator. Otwarta klapa 24 kieruje strumień wenty­latorowy powietrza pod ciśnieniem pod płat l i na klapę 4 ze szczeliną z dużą prędkością, przekraczającą małą chwilową prędkość samolotu. Na skutek tego powstaje przyrost siły no­śnej przy małej prędkości samolotu i jego rozpędzanie, co z kolei zwiększa siłę nośną i ode­rwanie samolotu od ziemi, przy duZych kątach natarcia, możliwych do osiągnięcia przez przy­sysanie strug powietrza nad kesonem przednim 2 płata l przez wentylator. Dzięki temu nastę­puje znacmy skrót drogi startu samolotu. Po oderwaniu się od ziemi samolotu i jego wzno­szeniu następuje wzrost siły ciągu silników lotu poziomego z jednoczesnym zwalnianiem ob­rotów wentylatora, zamykaniem żaluzji 25 i klapy 24 aż do całkowitego wyłączenia układu wentylatora z pracy. Podczas podchodzenia samolotu do lądowania następuj~ redukcja ciągu jego silników, wychylenie nieznacme klapy 4, zwiększenie kąta natarcia płata 1 i zniżanie lotu. Po tych operacjach następuje uruchomienie wentylatorów, powolne otwieranie żaluzji 25, klapy 24 i dalsze zwiększanie kąta natarcia płata l co powoduje zmniejszenie prędkości lotu. Wzrost współczynnika siły nośnej jest kompensowany spadkiem prędkości lotu aż do dotknięcia samolotu ziemi 6 i długość drogi ładowania jest krótka.

Działanie wentylatora w poduszkowcu polega na tym, że sprzężony układ wentylatorów jest uruchomiony i wywołuje ruch cyrkulacyjny powietrza w jego strefach, taki że przy podło­żu powietrze wciągane jest pod korpus poduszkowca, gdzie wzrasta ciśnienie dające siłę no­śną. W czasie ustalonej, pracy wentylatorów następuje nieznaczny wypływ powietrza z po­duszki powietrznej przy podłożu 43, a ubytek powietrza jest uzupełniany przez zasysanie go otworami w osłonie 40 poduszkowca. Moment Mm obrotowy silnika spalinowego 26 uzy­skuje się z różnicy momentów rozprężania czynnika spalin w rosnący objętościach komór międzyłopatkowych prącego na łopatki 8 i momentu przy sprężaniu przez zmniejszanie się objętości komór międzyłopatkowych. Sprężone powietrze przepływa otworami 37 do komory spalania 30, gdzie rozpylone paliwo miesza się w cyrkulacji i spala, wypływając otworami 38 do rosnących objętości komór międzyłopatkowych. Po rozprężeniu w kanale spiralnym 29 następuje wymiana ładunku czynnika przez odśrodkowy jego przepływ w komorach między­łopatkowych i zasysanie nowych porcji powietrza przez króciec 33 z atmosfery, poprzez okno przepływowe 28. W ten sposób zamyka się obieg cieplny czynnika, zapewniając ciągłą pracę silnika.

t8S 885

J-L-c.. .... --r -- - --_ .-

B-B Fig. 2

185885

··0-0 18

"';g.3

185885

185885

A -

B

18S 885

185885

E-E Fig~7a27 29 28

I

. ---- -L- -~----ft-t.-

185885

185885

A-A

25

Fig.I

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 4,00 zł.