Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Воздушный двигатель
ВОЗДУШНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Начнем рассматривать каждую часть такого воздушного двигателя по отдельности. Данный двигатель способен дать от 500 до 1000 оборотов в минуту и благодаря применению маxовика обладает приличной мощностью. Запаса сжатого воздуxа в резонаторе xватает на 20 минут непрерывной работы двигателя, но можно и увеличить время работы, если в качестве резервуара использовать автомобильное колесо. Данный двигатель может работать и с паром. Принцип работы состоит в следующем - цилиндр с припаянной к одной из его сторон призмой имеет отверстие в своей верxней части, которое проxодит и через призму качается вместе с укрепленной в нем осью в подшипнике стойки.
Справа и слева от подшипника сделаны два отверстия, одно для впуска воздуxа из резервуара в цилиндр, второе для выпуска отработанного воздуxа. Первое положение работы двигателя показывает момент впуска воздуxа (отверстие в цилиндре совпадает с правым отверстием в стойке). Воздуx из резервуара войдя в полость цилиндра давит на поршень и толкает его вниз. Движение поршня через шатун передается к маxовику, который поворачиваясь, выводит цилиндр из крайнего правого положения и продолжает вращаться. Цилиндр принимает вертикальное положение и в этот момент впуск воздуxа прекращается, так как отверстия цилиндра и стойки не совпадают.
Благодаря инерции маxовика движение продолжается и цилиндр переxодит уже в крайнее левое положение. Отверстие цилиндра совпадает с левым отверстием в стойке и через это отверстие отработанный воздуx выталкивается наружу. И цикл повторяется снова и снова.
Детали воздушного двигателя
ЦИЛИНДР - изготавливается из латунной, медной или стальной трубки с диаметром 10 - 12 мм,. В качестве качестве цилиндра можно использовать латунную гильзу ружейного патрона подxодящего калибра. Трубка должна иметь гладкие внутренние стены. На цилиндр нужно напаять выпиленная из куска железа призма, в которой плотно укреплен винт с гайкой (ось качания), выше винта, на расстоянии 10 мм от его оси, просверлено через призму внутрь цилиндра отверстие диаметром 2мм для впуска и выпуска воздуxа.
ПОРШЕНЬ - отливают из свинца непосредственно в цилиндре. Для этого в жестяную банку насыпают суxой речной песок. Затем заготовленную для цилиндра трубку вставляем в песок, оставляя снаружи выступ 12мм. Для уничтожения влаги, банку с песком и цилиндр нужно прогреть в печи или на газовой плите. Теперь нужно расплавлять свинец в цилиндр и сразу же нужно погружать туда шатун. Шатун нужно установить точно в центре поршня. Когда отливка остынет , из банки с песком вынимают цилиндр и выталкивают из него готовый поршень. Все неравномерности сглаживаем мелким напильником. 
МАXОВИК - можно подобрать готовый или отлить из свинца (раньше выпускались машинки с инерционным двигателем, там присутствует нужный нам маxовик). Если вы все же решили отлить его из свинца, то не забудьте в центре формы установить вал (ось) с диаметром 5мм. Размеры маxовика также указаны на рисунке. Для крепления кривошипа на одном конце вала имеется резьба. КРИВОШИП - выпиливаем из железа или латуни с толщиной 3 мм по рисунку. Палец кривошипа можно изготовить из стальной проволки с диаметром 3 мм и впаивается в отверстие кривошипа. КРЫШКА ЦИЛИНДРА - изготовливаем и 2-х миллиметровой латуни и после отливки поршня припаивают к верxней части цилиндра. После сборки всеx частей двигателя собираем его. В пайке латуни и стали следует использовать мощный советский паяльниик и соленую кислоту для прочной пайки. Резервуар в моей конструкции применен от краски, трубки резиновые. Мой двигатель собран чуть по иному, размеры я поменял, но принцип работы тоже самое. Двигатель раньше у меня работал часами, к нему был подключен самодельный генератор переменного тока. Такой двигатель особенно может заинтересовать моделистов. Используйте двигатель там, где сочтете нужным и на сегодня все. Удачи в сборке - АКАОбсудить статью ВОЗДУШНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
radioskot.ru
Экологичные авто | Журнал Популярная Механика
MDI AIRpod — это нечто среднее между автомобилем и мотоциклом, прямой аналог мотоколяски-«инвалидки», как ее частенько называли в СССР. Благодаря 5,45-сильному воздушному двигателю трехколесная малолитражка массой всего 220 кг может разогнаться до 75 км/ч, а запас ее хода составляет 100 км в базовом варианте или 250 км в более серьезной конфигурации. Интересно, что у AIRpod вообще нет руля — машина управляется джойстиком. В теории она может передвигаться как по дорогам общего пользования, так и по велодорожкам.
У AIRpod есть все шансы на серийное производство, поскольку в городах с развитой велоструктурой, например в Амстердаме, такие машинки могут быть востребованы. Одна заправка воздухом на специально оборудованной станции занимает около полутора минут, а стоимость передвижения составляет в итоге порядка 0,5 на 100 км — дешевле просто некуда. Тем не менее заявленный срок серийного производства (весна 2014 года) уже прошел, а воз и ныне там. Возможно, MDI AIRpod появится на улицах европейских городов в 2015-м.
O2 Pursuit Кроссовый мотоцикл, построенный австралийцем Дином Бенстедом на шасси Yamaha, способен разгоняться до 140 км/ч и безостановочно ехать в течение трех часов на скорости 60 км/ч. Воздушный двигатель системы Анжело ди Пьетро весит всего лишь 10 кг.
Изначально Tata собиралась поставить MiniCAT на конвейер в середине 2012 года и производить порядка 6000 единиц в год. Но обкатка продолжается, а серийное производство отложено до лучших времен. За время разработки концепт успел сменить имя (ранее он назывался OneCAT) и дизайн, так что какая его версия поступит в итоге в продажу, не знает никто. Кажется, даже представители Tata.
На двух колесах
Чем легче автомобиль на сжатом воздухе, тем он более эффективен в плане эксплуатационных и экономических показателей. Логичный вывод из этого утверждения — почему бы не сделать скутер или мотоцикл?
Этим озаботился австралиец Дин Бенстед, который в 2011 году продемонстрировал миру кроссовый мотоцикл O2 Pursuit с силовым агрегатом, разработанным фирмой Engineair. Последняя специализируется на уже упомянутых роторных воздушных двигателях разработки Анжело ди Пьетро. По сути, это классической компоновки «ванкели» без сгорания — ротор приводится в движение подачей воздуха в камеры. Бенстед пошел при разработке от обратного. Сперва он заказал Engineair двигатель, а потом построил вокруг него мотоцикл, использовав раму и часть элементов от серийной Yamaha WR250R. Машина получилась на удивление энергоэффективной: на одной заправке она проходит 100 км и в теории развивает максимальную скорость 140 км/ч. Эти показатели, к слову, превышают аналогичные у многих электрических мотоциклов. Бенстед остроумно сыграл на форме баллона, вписав его в раму, — это позволило сэкономить место; двигатель в два раза компактнее своего бензинового собрата, а свободное место позволяет установить второй баллон, увеличив пробег мотоцикла в два раза.
Но, к сожалению, O2 Pursuit остался лишь одноразовой игрушкой, хотя и был номинирован на престижную изобретательскую премию, учрежденную Джеймсом Дайсоном. Спустя два года идею Бенстеда подхватил другой австралиец, Дарби Бичено, который предложил создать по схожей схеме не мотоцикл, а сугубо городское транспортное средство, скутер. Его EcoMoto 2013 должен быть сделан из металла и бамбука (никакого пластика), но дальше рендеров и чертежей дело пока что не продвинулось.
Помимо Бенстеда и Бичено, схожую машину в 2010 году построил Эвин И Ян (его проект назывался Green Speed Air Motorcycle). Все три конструктора, к слову, были студентами Королевского технологического института Мельбурна, и потому их проекты схожи, используют один и тот же двигатель и… не имеют шанса на серию, оставаясь исследовательскими работами.
Соревнование на скорость В 2011 году спортивный автомобиль Toyota Ku: Rin установил мировой рекорд скорости для транспортных средств, приводимых в движение энергией сжатого воздуха. Обычно пневмоавтомобили не разгоняются более чем до 100−110 км/ч, концепт же Toyota показал официальный результат 129,2 км/ч. Ввиду «заточенности» на скорость, Ku: Rin на одной зарядке мог проехать всего 3,2 км, но больше трехколесному одноместному болиду и не требовалось. Рекорд установлен. Интересно, что до того рекорд составлял всего лишь 75,2 км/ч и был установлен в Бонневилле болидом Silver Rod конструкции американца Дерека Маклиша летом 2010 года.
Корпорации на старте
Вышесказанное подтверждает, что у воздушных автомобилей будущее есть, но, скорее всего, не в «чистом виде». Все-таки они имеют свои ограничения. Тот же MDI AIRpod провалил абсолютно все краш-тесты, поскольку его сверхлегкая конструкция не позволяла должным образом защищать водителя и пассажиров.
А вот использовать пневмотехнологии в качестве дополнительного источника энергии в гибридном автомобиле вполне реально. В связи с этим компания Peugeot объявила о том, что с 2016 года часть кроссоверов Peugeot 2008 будет выпускаться в гибридном варианте, одним из элементов которого будет установка Hybrid Air. Эта система разработана в сотрудничестве с Bosch; суть ее в том, что энергия ДВС будет запасаться не в форме электроэнергии (как в обычных гибридах), а в баллонах со сжатым воздухом. Планы, правда, так и остались планами: на данный момент на серийные автомобили установка не ставится.
www.popmech.ru
Типы авиационных двигателей | АВИАЦИЯ, ПОНЯТНАЯ ВСЕМ.
Здравствуйте!
Поршневой двигатель.
Неоднократно в своих рассказах я упоминал авиадвигатели, но ведь при таком разнообразии летательных аппаратов неизбежно и разнообразие двигателей. Поэтому, я думаю, пришла пора этот вопрос рассмотреть поближе.
Типы авиационных двигателей. На самом деле их существует не так уж мало и всю информацию о них в одной статье уместить было бы неправильно. Получилось бы слишком длинно. Поэтому я подумал: пусть будет цикл статей о типах авиадвигателей. В нем каждому типу будет посвящена одна статья, со всеми необходимыми подробностями. А эта, первая, будет общая, так сказать ознакомительная :-)… Я тут попытался изобразить схемку, надеюсь она вам поможет :-). Итак, начнем…
Авиадвигатели можно подразделять по разному, но мне больше нравится их деление по отношению к атмосферному воздуху. То есть они делятся на такие, которым атмосфера для работы необходима и такие, которым она в принципе не нужна, более того даже снижает их эффективность.
Вторые – это ракетные двигатели, а первые назовем атмосферными (воздушными). Любой из авиадвигателей использует химическую реакцию окисления топлива или, говоря человеческим языком, горения. Для окисления (горения) в воздушных двигателях используется атмосферный окислитель – кислород, а в ракетных он не нужен, потому что запас окислителя (как и топлива) имеется на борту. Более того для создания самого процесса движения воздушный двигатель так или иначе взаимодействует с атмосферой, либо посредством винта, либо воздух становится рабочим телом двигателя. В ракетном двигателе рабочее тело – это газы, получившиеся при сгорании топлива.
Жидкостный ракетный двигатель. Правда неавиационный 🙂
Ракетные двигатели делятся на твердотопливные (РДТТ) и жидкостные (ЖРД). В первых и топливо, и окислитель в готовом виде спрессованы в корпусе в специальную шашку. А во втором они подаются определенным образом в жидком виде в камеру сгорания.
Воздушные двигатели делятся на реактивные (их еще называют в соответствии с темой воздушно-реактивными, ВРД) и винтовые. В первых тяга образуется за счет выхода из сопла реактивной струи, а во вторых за счет взаимодействия с воздушной средой вращающегося воздушного винта.
Еще один поршневой двигатель :-). Фирма Siemens.
Винтовые, в свою очередь, могут быть винто-моторными, то есть, попросту говоря, поршневыми (о них мы уже не раз упоминали и еще не раз вспомним :-)) или турбовинтовыми (ТВД). ТВД – это по сути своей ТРД, у которого львиная доля мощности срабатывается на турбине для вращения воздушного винта, который укреплен на валу перед компрессором (через редуктор).
Турбовинтовой двигатель ТВ3-117ВМА-СБМ1.
АН-140. На этом самолете установлены двигатели ТВ3-117ВМА-СБМ1.
Реактивные двигатели – это, в первую очередь турбореактивные (ТРД). О них вы уже знаете из этой статьи. Далее, развитие ТРД – двухконтурный турбореактивный двигатель (ДТРД или ТРДД). Это двигатель в котором помимо основного тракта (контура) добавлен еще один контур, в котором воздух прогоняется передними ступенями компрессора (их еще назвают вентилятором) поверх основного контура прямо в сопло. Эти двигатели славятся большой экономичностью.
Двухконтурный ТРД.
Как простой ТРД, так и двухконтурный могут быть форсированными. Бывает, что необходимо дополнительное увеличение мощности (часто кратковременное). А так как в газах, прошедших турбину, обычно есть еще достаточное количество кислорода, то организуют дополнительный подвод топлива в затурбинное пространство, его поджог, и получается форсажная камера. С ее помощью мощность двигателя можно значительно увеличить (обычно более, чем на треть). Получаем ТРДФ или ТРДДФ. Такой прием чаще всего применяется на военных самолетах.
Еще два вида реактивных двигателей – это прямоточный и пульсирующий воздушно-реактивные двигатели (ПВРД и ПуВРД). Это те самые реактивные двигатели, у которых нет турбины, как, впрочем, и компрессора. То есть у них нет вращающегося вала. Это очень специфичные малоприменяемые, однако достаточно интересные двигатели. О них я расскажу в отдельных статьях.
Основные типы авиационных двигателей я перечислил. Однако обязательно надо сказать, что в науке о тепловых машинах существует понятие газотурбинного двигателя (ГТД). И вобщем-то, строго говоря, ТРД – это разновидность ГТД. И первоначально был разработан именно ГТД, как полезный механизм, но не для авиации. В ГТД практически нет выходящей реактивной струи. Вся его мощность превращается турбиной в мощность на валу двигателя, а этот вал вращает нужные человеку агрегаты. В нашем авиационном случае он вращает винт, и чаще всего это несущий винт вертолета. Такие двигатели так и называются: вертолетные ГТД. Или еще по-другому турбовальные двигатели (от слов турбина, вал). В этом же ключе к ГТД можно отнести и турбовинтовые двигатели(ТВД), так как реактивной тяги у них сохранилась только очень малая часть.
Вертолетный ГТД (турбовальный) Д-136. Устанавливается на вертолеты МИ-26
В заключение скажу, что есть еще, скажем так, экзотические виды двигателей. Это такие, как, например, ракетные двигатели на ядерном или электро-ядерном топливе, турборакетные или ракетно- прямоточные двигатели и т.д. Такие двигатели обычно либо в практической (или даже теоретической) разработке, либо в единичных опытных образцах, будущее которых туманно. Я даже не стал включать их в схему. В дальнейшем, если будет к ним интерес и достаточно информации, я о них напишу.
Вот, пожалуй, и все. С вводной темой «Типы авиационных двигателей» мы покончили. Теперь черед более детальных и обязательно более интересных статей 🙂 о каждом типе в отдельности.
No related posts.
avia-simply.ru
Двигатель воздушного охлаждения: особенности, принцип работы
Чтобы уберечь двигатель от перегрева, тем самым увеличивая срок безотказной эксплуатации автомобиля, необходима действенная система охлаждения. Предстоящее исследование посвящено «воздушникам», их устройству, а также достоинствам и недостаткам. Изучив предлагаемую информацию, можно сравнить принудительное охлаждение воздухом с жидкостным, чтобы сделать правильный выбор системы.
Чем привлекателен двигатель воздушного охлаждения
В функционирующем моторе температура цилиндров способна достигать 2000 градусов, тогда как оптимально допустимым считается режим 80-90 градусов. Разумеется, в таких экстремальных условиях ни одна деталь не прослужит долго. Для сохранности рабочих фрагментов автомашины двигатель нуждается в достаточно надежной системе охлаждения. Подобные конструкции имеют две разновидности:
- система, использующая воздушное охлаждение. Здесь в качестве защиты работающего агрегата от перегрева выступает воздух;
- жидкостное охлаждение ранее, в былые времена осуществлялось обычной водой. Технический прогресс отразился на создании специального вещества, названного антифризом. Также для снижения температуры мотора применяется тосол.
В настоящей публикации подробно рассматривается первая разновидность систем, оберегающих функционирующий двигатель от чрезмерного перегрева. Это позволит несведущему автолюбителю ознакомиться с устройством и принципом работы сложного технологического механизма.
Функции охлаждающих систем
Следует отметить, что поддержание оптимального температурного режима в двигателе автомобиля требует защиты не только от непомерного перегревания, но также от промерзания. Переохлаждение агрегата способно вызвать конденсацию топливно-воздушной смеси, вызванную соприкосновением горючего с прохладной поверхностью цилиндров.
Попадая в картер силовой установки, она приводит к разжижению смазочного вещества, что отражается потерей большинства его полезных характеристик.
Смешивание топлива с маслом вызывает досадное падение мощности мотора. Функционально важные детали двигателя быстрее изнашиваются. Также отрицательным моментом является загустевание масла в переохлажденном агрегате. Ухудшение своевременной подачи смазочного вещества в цилиндры приводит к непомерной растрате горючего, функциональная способность двигателя существенно понижается.
Помимо выполнения основной функции, системы охлаждения дополнительно обеспечивают:
- понижение температуры отработанных газов в системе рециркуляции;
- вентиляцию и кондиционирование воздуха в салоне автомобиля. Также они отвечают за отопление;
- своевременное охлаждение моторного масла;
- поддержание оптимального температурного баланса в турбокомпрессорных агрегатах;
- охлаждение рабочей жидкости, заполняющей коробку-автомат.
Назначение и принцип действия системы воздушного охлаждения
Установлено, что перегревающийся двигатель вызывает непомерный расход топлива, также тратится большое количество машинного масла. Важные для нормального функционирования автомобиля детали быстро выходят из строя вследствие скорого износа. К тому же, нарушение температурного режима может привести к необоснованной потере мотором необходимой мощности.
С помощью воздушной системы охлаждения в двигателе поддерживается оптимальная температура. Также ее предназначением является контроль подогрева воздуха в салоне автомобиля. Она следит за своевременным охлаждением смазочных материалов, снижает температуру рабочей жидкости, заполняющей коробку-автомат, а порой поддерживает оптимальный режим в дроссельном узле и приемном коллекторе.
Принцип действия системы заключается в отведении тепла потоком воздуха от чрезмерно нагревающихся деталей работающего двигателя. Таким путем охлаждаются цилиндры, головки блока и масляного радиатора.
Воздушный поток к двигателю нагнетается принудительно алюминиевыми лопастями вентилятора, защищенного специальной сеткой от нежелательного попадания случайных предметов, способных повредить агрегат. Дефлекторы равномерно распределяют воздух, поступающий через ребра охлаждения, между всеми деталями функционирующего мотора.
Конструкция вентилятора
Следует отметить, что принудительное воздушное охлаждение невозможно без специального устройства. Вентилятор, являющийся необходимым звеном рассматриваемой системы, состоит из следующих деталей:
- направляющего диффузора, оснащенного по окружности стационарными, радиально расположенными лопастями переменного сечения, влияющими на равномерное распределение воздушного потока;
- ротора, имеющего восемь особых лопаток, размещенных по радиусу;
- алюминиевых лопастей, нагнетающих поток воздуха в требуемом направлении;
- кожуха, предотвращающего попадание тепла из внешнего пространства;
- защитной сетки, предохраняющей механизм от случайного проникновения посторонних предметов внутрь устройства.
Лопастями диффузора изменяется направление воздушного потока, и он устремляется в сторону, противоположную вращению ротора. Это способствует увеличению атмосферного давления, вызывая лучшее охлаждение двигателя.
Преимущества и недостатки системы охлаждения двигателя воздухом
Отдельно следует заметить, что иногда для обеспечения нормального температурного режима вполне достаточно естественной циркуляции атмосферных потоков. Внешняя поверхность цилиндров мопедов, мотоциклов, поршневых и прочих простейших двигателей оснащается специальными ребрами, способствующими отдаче тепла во внешнюю среду.
Сложная конструкция автомобильного мотора требует принудительного охлаждения. Воздушному потоку необходимо придать определенное направление. Для этой цели используются вентиляторы.
Двигатели с воздушным охлаждением обладают следующими достоинствами:
- чрезвычайной простотой конструкции, значительно упрощающей процесс ремонта или замены пришедших в непригодность деталей;
- сравнительно небольшим весом;
- основательной надежностью;
- приемлемой стоимостью;
- хорошими характеристиками холодного запуска мотора.
Однако, прежде чем выбрать автомобиль, имеющий двигатель воздушного охлаждения, следует ознакомиться и с недостатками рассматриваемых систем. Они характеризуются:
- непомерным шумом, который создается работающим вентилятором;
- увеличением размера двигателя в связи с необходимостью дополнительного пространства для размещения обдувающего устройства;
- неравномерностью направленности воздушных потоков, что определяет возможность локального перегрева;
- чрезмерной чувствительностью к качеству горючего, смазочных материалов, а также повышенными требованиями к состоянию запчастей.
Тем не менее, воздушное охлаждение приобрело свою нишу в автомобилестроении. Такими моторами оснащают грузовики, сельскохозяйственную технику и машины с дизельными ДВС.
Распространенные мифы о «воздушниках», истина или вымысел
К сожалению, недостатки «Запорожца» окончательно подорвали доверие отечественных автолюбителей к воздушной системе охлаждения двигателя. Ее обвиняли в сильном нагревании, недостаточной мощности и быстром выходе из строя. В то время, как немецкий «Жук», оснащенный подобной системой, пользуется неизменной популярностью у потребителей, радуя производителя постоянным повышенным спросом.
Равняясь на характеристики германского автомобиля, подробно исследуем некоторые довольно распространенные легенды, преследующие двигатели, охлаждаемые воздухом.
Утверждение 1. «Воздушник» проигрывает жидкостной системе за счет сильного нагревания
Отнюдь не является непреложной истиной. В действительности температурные особенности, наоборот, можно считать достоинством двигателя, охлаждаемого воздушным потоком. Разумеется, пониженная теплопроводность не позволяет воздуху отбирать тепло с достаточной скоростью, обеспечиваемой водой или антифризом.
Однако, отличие температур на поверхности цилиндров и во внешней среде значительно больше разницы между стенками и жидкостью, перемещающейся внутри системы. Поэтому, погодные условия в меньшей степени влияют на тепловой режим «воздушника». Возможность перегрева мотора с жидкостным охлаждением в жару намного выше.
Утверждение 2. Большие габариты
Также весьма спорно. При сравнении размеров двух двигателей, имеющих равные диаметры цилиндров и одинаковый ход поршня, но оснащенные разными системами охлаждения, преимущество зачастую оказывается на стороне «воздушника».
Несмотря на довольно внушительный вид вентилятора с дефлектором и достаточно громоздкие кожухи, окружающие цилиндры с головками, его параметры оказываются несколько компактнее, чем у жидкостного агрегата.
К тому же, «водянка» занимает значительно большее пространство за счет дополнительного оборудования, выносимого за пределы двигателя. На кузове находится весьма громоздкий радиатор, оснащенный вентилятором. Также большое количество всевозможных шлангов отнюдь не добавляют компактности.
Утверждение 3. Воздушные системы проигрывают жидкостным в надежности
Не соответствует действительности. Статистические исследования утверждают, что в одном из пяти случаев отказа двигателя вина ложится на жидкостное охлаждение. Причиной являются отказоопасные детали наподобие термостата, радиатора, помпы и пр.
Простота конструкции обеспечивает надежность вентилятора с дефлектором, объясняемую низкой вероятностью поломки. Кроме того, привлекательным моментом, свидетельствующим в пользу «воздушника», считается снижение расходов на обслуживание системы.
Утверждение 4. Воздушное охлаждение слишком громкое
К сожалению, является истинным. Конструктивными особенностями воздушной системы не предусмотрены эффективные звукопоглощающие устройства, которыми располагает жидкостной двигатель. Кроме того, ребра цилиндров и головок «воздушника» иногда, наоборот, усиливают шумы, производимые функционирующим мотором.
Конструкторы предусмотрели звукоизоляцию жидкостной системы, осуществляемую благодаря удвоенным стенкам рубашки охлаждения, внутри которой циркулирует антифриз или вода. Поэтому на этой позиции «воздушник» действительно оказался в проигрыше.
Утверждение 5. Воздушные двигатели быстрее изнашиваются
Является правильным применительно к устаревшим системам. Вентилятор просто нагнетал потоки воздуха на ребра цилиндров, не обеспечивая достаточной равномерности обдува. Современные двигатели характеризуются рациональным распределением тепла.
К тому же, более высокая температура на стенках цилиндров «воздушников» способствует сокращению потерь, вызываемых трением колец о цилиндры благодаря лучшему разжижению смазочных материалов. Это объясняет меньший износ деталей. Масло меньше подвергается окислению, что замедляет его старение, позволяя экономить на частой замене.
Утверждение 6. Недостаточная мощность
Не совсем верно. Причиной подобного обвинения является ухудшение весового наполнения цилиндров рабочей жидкостью, вызывающее непродолжительное падение мощности двигателя. Это происходит благодаря повышению температуры цилиндров и головок с увеличением нагрузки, что ведет к нежелательному нагреванию воздуха внутри системы.
Однако, при большем количестве оборотов разница в коэффициенте наполнения у воздушных двигателей и жидкостных моторов становится меньше 3,5%, установленных исследованиями, практически устремляясь к нулю. Поэтому, бороться с потерей отдачи можно, увеличивая обороты.
Заключение
Итак, проведенное исследование доказало, что охлаждение воздухом ничуть не хуже жидкостного, а по некоторым параметрам и вовсе превосходит его. Не пора ли производителям задуматься о возобновлении выпуска автомобилей с воздушными системами? Спрос потребителей будет расти, несмотря на печальный опыт злосчастного «Запорожца».
avtodvigateli.com
воздушный двигатель - патент РФ 2330180
Изобретение относится к области ветроэнергетики. Воздушный двигатель с вертикальной осью вращения содержит вертикально установленные лопасти, закрытые торцевыми дисками, которые образуют каналы, сформированные в виде активно-реактивной турбины. Входные в турбину каналы образованы жесткими вогнуто-выпуклыми поверхностями крылового типа, выходные поверхности образуют сопловые аппараты для истечения воздуха и создания реактивной силы. Регулирование геометрии межлопастного канала осуществляется путем изменения угла установки лопастей активной части и сокращения размеров реактивного канала путем втягивания эластичных его стенок в пустотелые полости активной части с помощью центробежного регулятора, а также установкой флюгером в положение навстречу ветру свободно вращающегося на оси неподвижной мачты направляющего аппарата для корректировки направления воздуха, попадающего во входные каналы двигателя. Изобретение обеспечивает повышение эффективности преобразования энергии воздушного потока. 2 ил. 
Рисунки к патенту РФ 2330180
Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к конструкции аэродинамического устройства, преобразующего энергию поступательного движения воздушного потока во вращательное движение рабочего вала, которое трансформируется в электроэнергию необходимого качества.
Известны своим практическим использованием устройства пропеллерного типа, повторяющие средневековую ветряную мельницу.
Недостатками пропеллерных устройств являются:
- необходимость увеличения диаметра пропеллера для увеличения мощности, отбираемой от ветрового потока, что, в свою очередь, требует размещения лопасти пропеллера, проходящей нижнюю точку, на расстоянии не ниже 10 метров от поверхности моря - высоты, на которой кончается пограничный ламинарный слой торможения воздуха за счет трения о поверхность земли. На земле с учетом расположенных вблизи окружающих предметов эта высота должна быть увеличена как минимум до 15 метров, а установки необходимо размещать на возвышенностях или плоских лишенных окружающих предметов плато. Например, ветроустановка Д-12 [1], мощностью в 15 л.с. с коэффициентом использования энергии ветра, равным 0.3, имеющая диаметр пропеллера 12 м, устанавливается на мачте высотой 16 м. Если от этой высоты отнять величину радиуса, равного 6 м, тогда и получим необходимую высоту прохождения нижнего положения - 10 м;
- пропеллерные установки для эффективной работы по отъему энергии ветра должны обеспечивать постоянный разворот всего механизма так, чтобы изменяющееся направление ветра было перпендикулярным плоскости пропеллера;
- консольно установленные лопасти пропеллера большого удлинения при своем вращении являются источниками инфразвуков, которые делают их экологически неприемлемыми вблизи мест проживания людей и нахождения животных;
- использование на этих установках пропеллеров с механизмами изменения углов атаки лопастей делает их весьма дорогостоящими.
Ряд недостатков описанных устройств устраняется на установках с измененной геометрией аэродинамического устройства, в которых ось вращения рабочего органа не совпадает, а перпендикулярна набегающему потоку воздуха. При этом не требуется разворачивать рабочий орган в поисках ветра.
В качестве прототипа использована вертикально-осевая ветроэнергетическая установка ВЭУ ЕСО-0020 [2], принцип работы которой основан на использовании подъемной силы прямых лопастей, вращающихся вокруг вертикальной оси. Установка представляет собой пару лопастей длиной 7 м с крыловым расположением, закрепленных на вертикальной оси, поднятой на мачте на высоту 14 м. Дополнительное оборудование (преобразователи энергии, аккумуляторы и т.д.) располагаются у основания установки, на фундаменте. Анализ векторных скоростных и силовых диаграмм указанной установки в зависимости от положения лопасти на окружности показывает, что:
- для вращения в одном необходимом направлении (запуск) требуется дополнительное устройство, расположенное сверху, консольное расположение длинных лопастей, закрепленных на радиальных пилонах, будет неизбежно приводить к возникновению спектра инфразвуков, т.е. экологическим ограничениям к использованию;
- способ установки крыловых лопастей будет приводить к неизбежным индуктивным потерям на концах лопастей и в месте их крепления к пилону.
Целью изобретения является устранение указанных недостатков прототипа и повышение эффективности преобразования энергии воздушного потока.
Указанная цель в предлагаемом воздушном двигателе с осью вращения лопастей, перпендикулярной направлению воздушного потока, достигается путем:
- образования вертикально установленными лопастями, закрытыми торцевыми дисками, каналов, сформированных в виде активно-реактивной турбины за счет того, что входные в турбину каналы созданы жесткими вогнуто-выпуклыми поверхностями крылового профиля, создающими подъемную силу, а выходные поверхности образуют сопловые аппараты для истечения воздуха и создания реактивной силы;
- регулирования геометрии межлопастного канала в зависимости от числа оборотов в единицу времени путем изменения угла установки лопастей активной части и сокращения размеров реактивного канала путем втягивания эластичных его стенок в пустотелые полости активной части под действием центробежного регулятора;
- установкой флюгером в положение навстречу ветру свободно вращающегося на оси неподвижной мачты направляющего аппарата для корректировки направления потока воздуха, попадающего во входные каналы двигателя.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включая поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного технического решения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявленного технического решения. Выделение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило установить ряд существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому решению отличительных признаков конструкции и принципа действия воздушного двигателя, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "новизна".
Проведенный заявителем дополнительный поиск не выявил известные решения, содержащие признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного воздушного двигателя. Следовательно, для специалиста заявленное техническое решение не вытекает явным образом из известного уровня техники, т.к. не установлено влияние предусматриваемых существенными признаками патентуемого решения преобразования известных устройств. Заявленное техническое решение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении вида известных аналогов и прототипа. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".
Известно, что в соответствии с законом сохранения энергии потока сплошной среды (жидкости или газа) - уравнением Бернулли - полная энергия потока состоит из кинетической - скоростного напора и потенциальной - давления Р. Входящая во вторую компоненту - потенциальную энергию - высота положения Z для рассматриваемого случая не существенна, т.к. она остается неизменной при функционировании двигателя. Во всех описанных в аналогах и прототипе для преобразования в полезную работу используется только одна компонента энергии потока - скоростной напор. Поэтому коэффициент использования энергии ветра оценивается не более как 30%.
Предлагаемое устройство представляет собой активно-реактивную воздушную турбину с вертикально расположенными лопастями и осью вращения. Воздушный канал между соседними лопастями в передней, входной части сформирован участками лопастей, выполненных в виде выпукло-вогнутого аэродинамического профиля, а в задней - сходящимися по мере приближения к центру. В передней активной части срабатывается скоростной напор потока, а в задней - давление потока путем истечения из канала и созданием реактивной силы, проекция которой на радиус создает дополнительный вращающий момент. Во избежание индуктивных концевых потерь и для создания замкнутого межлопастного канала по торцам лопасти установлены в воздухонепроницаемые кольца. Общие геометрические соотношения, количество лопастей, углы установки лопастей в плане, модификация лопасти в задней реактивной части турбины определяются анализом векторных диаграмм и расчетов.
Для расширения диапазона автоматического регулирования модуля на ветры от нуля до ураганного производится разворот лопастей в их активной части так, чтобы угол атаки к набегающему потоку воздуха в передней части уменьшался, а реактивная часть канала сокращалась путем втягивания выполненных из технической ткани стенок внутрь жесткой части лопасти. Регулирование и силовое воздействие на элементы привода регулирования осуществляются путем использования шарового центробежного регулятора типа установленного на паровой машине Уатта.
На фиг.1 приведена схема устройства аэродинамического модуля. На фиг.1: 1 - жесткая, пустотелая часть лопасти - ступень активной турбины; 2 - эластичная часть реактивной ступени; 3 - торцевой воздухонепроницаеый диск; 4 - механизм втягивания стенок реактивной ступени; 5 - удерживающие тяги управления положением задней кромки стенки реактивной ступени, соединенные с центробежным регулятором 6. Для повышения эффективности двигателя путем организации выгодного направления воздушного потока на несколько лопастей передней части установлен направляющий аппарат 7, свободно вращающийся на оси мачты и устанавливаемый каждый раз вдоль ветра с помощью лопасти флюгера 8, как показано на фиг.2.
На фиг.1 показаны действующие силы: W - сила ветра, Т - сила аэродинамической тяги на лопасти активной части, R - реактивная сила истечения воздуха из межлопастного канала и ее проекция - Р на перпендикуляр к радиусу действия.
Заявленное устройство устраняет недостатки рассмотренных аналогов и прототипа, так как преобразует не только кинетическую, но и потенциальную энергию набегающего воздушного потока и обеспечивает эффективную работу двигателя при любых направлениях падающего потока.
Устройство работает следующим образом: двигатель устанавливают на неподвижную мачту высотой не менее 10 метров над поверхностью моря, ось двигателя направлена вертикально. Флюгер 8 разворачивает входные отверстия направляющего аппарата 7 таким образом, что направление вектора скорости воздушного потока оптимально для ближайших к входным отверстиям лопастей 1 и препятствует боковым потокам, возникающим, например, в результате отражения от каких-либо поверхностей или имеющим турбулентную природу. Такие потоки меньшей интенсивности, чем поток, вращающий флюгер, направлены под значительным углом к нему и оказывают тормозящий эффект, понижая эффективность работы двигателя. Энергия поступающего на лопасти ветрового потока преобразуется двигателем в энергию вращательного движения активно-реактивной турбины, которое, в свою очередь, может быть преобразовано в иные виды энергии. Автоматическое управление работой двигателя при изменении интенсивности набегающего воздушного потока осуществляется с помощью центробежного регулятора 6, который с помощью удерживающих тяг 5 уменьшает объем реактивной части двигателя при значительном увеличении силы ветра и увеличивает их при его уменьшении.
Предложенный воздушный двигатель может быть смонтирован из стандартных узлов и деталей.
Литература
1. А.С.Енохович. Физика, техника, производство. - М.: Наука, 1962, - 307 с.
2. Вертикально-осевая ветроэнергетическая установка ВЭУ «ЕСО-0020», проспект Ассоциации «Львiв-Контакт», 290005, Украина, Львов, Петрушевича, 3.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Воздушный двигатель с осью вращения, перпендикулярной направлению ветра, отличающийся тем, что вертикально установленные лопасти, закрытые торцевыми дисками, образуют каналы, сформированные в виде активно-реактивной турбины, а входные в турбину каналы образованы жесткими вогнуто-выпуклыми поверхностями крылового типа, при этом выходные поверхности образуют сопловые аппараты для истечения воздуха и создания реактивной силы, причем регулирование геометрии межлопастного канала осуществляется путем изменения угла установки лопастей активной части и сокращения размеров реактивного канала путем втягивания эластичных его стенок в пустотелые полости активной части с помощью центробежного регулятора, а также установкой флюгером в положение навстречу ветру свободно вращающегося на оси неподвижной мачты направляющего аппарата для корректировки направления воздуха, попадающего во входные каналы двигателя.
www.freepatent.ru
Воздушный двигатель - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2
Воздушный двигатель
Cтраница 2
В машинах с электрическим двигателем регулирование скорости производится реостатом, в машинах с воздушным двигателем - центробежным регулятором. [16]
Расширившийся и охлажденный газ пониженного давления в специальных теплообменниках охлаждает следующие порции сжатого газа, направляющиеся в воздушный двигатель. Вследствие этого последующие порции оказываются холоднее предыдущих. Очень удачными следует признать некоторые комбинированные установки, позволяющие получать десятки и сотни литров жидкого воздуха в час, но на них здесь нет возможности останавливаться. [17]
Ущерб, причиняемый шумом рабочим в условиях использования сжатого воздуха, может быть весьма значительным, поскольку воздушные двигатели, пневматические молоты и дрели никогда должным образом не оснащены глушителями. Эти уровни физически болезненны и вызывают необратимые повреждения внутреннего уха. Эхо внутри пределов тоннеля или кессона обостряет проблему. [18]
Наконец реализация более или менее выгодного теоретического цикла сама по себе затруднительна, так как осуществление цикла Карно требовало бы практически невозможных объемов, а циклы с регенераторами на практике не дают ожидаемых результатов вследствие потерь разного рода, а также засорения и порчи регенераторов, Все эти причины привели к тому, что воздушные двигатели почти не нашли технического ппименения и в настоящее время, по крайней мере в Европе, употребляются только в самых исключительных случаях, притом для крайне малых работ. [19]
Регенеративный цикл был впервые предложен в 1827 г. и позднее применен в воздушном двигателе. Воздушные двигатели по ряду причин распространения не получили, принцип же регенерации с успехом применяется в современных тепловых двигателях и в металлургических печах; в последнем случае отходящие из печл горячие газы проходят через регенеративную камеру и раскаляют уложенный в ней клетками кирпич. Затем газы переключают на вторую такую же камеру, а через первую в обратном направлении пропускают воздух, подаваемый в печь и повышающий при проходе через камеру свою температуру за счет теплоты, отданной перед тем кирпичу печными газами. В последнее же время регенеративный принцип получил широкое применение в паротурбинных установках для подогрева питательной воды, а также в газовых турбинах. [20]
Пневматические стартеры устанавливают на двигатели в некоторых, очень редких случаях. Это специальные воздушные двигатели, в которые поступает сжатый воздух из баллонов. [21]
Стерлинг - изобрел воздушный двигатель, в котором влияние необратимости былс меньшим, чем для цикла Карно. [22]
Отличительным признаком этих машин является наличие воздушного двигателя, осуществляющего вращательное движение рабочего инструмента. Число оборотов коленчатого вала кривошипных воздушных двигателей достигает 2 000 в минуту. В качестве коловратных машин применяют двигатель шестеренчатого типа, реже крыльчатого типа. Струйные аппараты по способу действия разделяют на действующие нагнетанием и на действующие всасыванием. [23]
В аппаратурах наиболее распространенных конструкций в качестве сырья применяется металлическая проволока. Приводом механической подачи в этом аппарате является малогабаритный воздушный двигатель. В рукоятку аппарата встроен центробежный регулятор скорости подачи проволоки. Распылительная головка аппарата рассчитана на работу проволокой диаметром 2 5 см, а также 2 3 или 1 5 мм. Смешение горючего газа с кислородом - инжекторное. Горючим газом служит диссугаз ( растворенный ацетилен) под давлением 0 3 - 1 0 am; давление кислорода в 3 - 5 раз выше. Расход ацетилена регулируется двухходовым газовым краном. В аппаратах старых конструкции расход газов регулируется редукционными клапанами обычного типа. Регулирующие клапаны установлены на баллонах с кислородом и ацетиленом, а также на сборнике сжатого воздуха. [24]
Пневматический шабер ( рис. 100) работает воздухом, сжатым до 4 ат. Воздух поступает от компрессора через трубку в рукоятке 1 и проходит через воздушный двигатель с большим числом передаточных шестерен, находящихся в корпусе 2 пневматического шабера. [26]
В последние годы в связи с широким развитием исследований по точному определению физических свойств углеводородов и по изучению их окисления и поведения в двигателях внутреннего сгорания многие углеводороды были получены в очень чистом виде. Бблыная часть этой препаративной работы была проведена по Проектам 6 и 44 Американского нефтяного института. Работа, проводившаяся Национальным бюро стандартов, включала получение и исследование углеводородов для Национального консультативного комитета по аэронавтике и Исследовательской лаборатории воздушных двигателей. [27]
Первоначально для этой цели использовалось только охлаждение газа, расширяющегося при дросселировании ( положительный Джоуль - Томсон-эффект, гл. Ниже приведено описание установки подобного типа, до сих пор находящей применение для получения небольших количеств жидкого воздуха в лабораторных условиях. Для этой цели Клод использовал воздушный двигатель ( детандер), работающий на предварительно сжатом и охлажденном до исходного состояния воздухе. Совершая работу в двигателе, газ охлаждается. [28]
Все большее применение в промышленности получают тали с пневмоприводом. Имеются тали, в корпусе которых, представляющем собой полый цилиндр, размещен полиспаст, использующий в качестве тягового органа стальной канат. К одному концу каната подвешивают груз; второй конец закреплен неподвижно в корпусе тали. При подаче сжатого воздуха в цилиндр подвижные и неподвижные блоки расходятся, в результате чего происходит подъем груза. При выпускании воздуха блоки сближаются под действием веса груза, и груз опускается. В других типах талей с пневмоприводом применяется воздушный двигатель со звездообразно расположенными цилиндрами. Тали с пневмоприводом позволяют проводить плавное ( бесступенчатое) регулирование скорости подъема и опускание груза в весьма широких пределах. Они незаменимы и при работе во взрывоопасной среде. [30]
Страницы: 1 2 3
www.ngpedia.ru
Воздушный двигатель
Изобретение относится к области ветроэнергетики. Воздушный двигатель с вертикальной осью вращения содержит вертикально установленные лопасти, закрытые торцевыми дисками, которые образуют каналы, сформированные в виде активно-реактивной турбины. Входные в турбину каналы образованы жесткими вогнуто-выпуклыми поверхностями крылового типа, выходные поверхности образуют сопловые аппараты для истечения воздуха и создания реактивной силы. Регулирование геометрии межлопастного канала осуществляется путем изменения угла установки лопастей активной части и сокращения размеров реактивного канала путем втягивания эластичных его стенок в пустотелые полости активной части с помощью центробежного регулятора, а также установкой флюгером в положение навстречу ветру свободно вращающегося на оси неподвижной мачты направляющего аппарата для корректировки направления воздуха, попадающего во входные каналы двигателя. Изобретение обеспечивает повышение эффективности преобразования энергии воздушного потока. 2 ил.
Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к конструкции аэродинамического устройства, преобразующего энергию поступательного движения воздушного потока во вращательное движение рабочего вала, которое трансформируется в электроэнергию необходимого качества.
Известны своим практическим использованием устройства пропеллерного типа, повторяющие средневековую ветряную мельницу.
Недостатками пропеллерных устройств являются:
- необходимость увеличения диаметра пропеллера для увеличения мощности, отбираемой от ветрового потока, что, в свою очередь, требует размещения лопасти пропеллера, проходящей нижнюю точку, на расстоянии не ниже 10 метров от поверхности моря - высоты, на которой кончается пограничный ламинарный слой торможения воздуха за счет трения о поверхность земли. На земле с учетом расположенных вблизи окружающих предметов эта высота должна быть увеличена как минимум до 15 метров, а установки необходимо размещать на возвышенностях или плоских лишенных окружающих предметов плато. Например, ветроустановка Д-12 [1], мощностью в 15 л.с. с коэффициентом использования энергии ветра, равным 0.3, имеющая диаметр пропеллера 12 м, устанавливается на мачте высотой 16 м. Если от этой высоты отнять величину радиуса, равного 6 м, тогда и получим необходимую высоту прохождения нижнего положения - 10 м;
- пропеллерные установки для эффективной работы по отъему энергии ветра должны обеспечивать постоянный разворот всего механизма так, чтобы изменяющееся направление ветра было перпендикулярным плоскости пропеллера;
- консольно установленные лопасти пропеллера большого удлинения при своем вращении являются источниками инфразвуков, которые делают их экологически неприемлемыми вблизи мест проживания людей и нахождения животных;
- использование на этих установках пропеллеров с механизмами изменения углов атаки лопастей делает их весьма дорогостоящими.
Ряд недостатков описанных устройств устраняется на установках с измененной геометрией аэродинамического устройства, в которых ось вращения рабочего органа не совпадает, а перпендикулярна набегающему потоку воздуха. При этом не требуется разворачивать рабочий орган в поисках ветра.
В качестве прототипа использована вертикально-осевая ветроэнергетическая установка ВЭУ ЕСО-0020 [2], принцип работы которой основан на использовании подъемной силы прямых лопастей, вращающихся вокруг вертикальной оси. Установка представляет собой пару лопастей длиной 7 м с крыловым расположением, закрепленных на вертикальной оси, поднятой на мачте на высоту 14 м. Дополнительное оборудование (преобразователи энергии, аккумуляторы и т.д.) располагаются у основания установки, на фундаменте. Анализ векторных скоростных и силовых диаграмм указанной установки в зависимости от положения лопасти на окружности показывает, что:
- для вращения в одном необходимом направлении (запуск) требуется дополнительное устройство, расположенное сверху, консольное расположение длинных лопастей, закрепленных на радиальных пилонах, будет неизбежно приводить к возникновению спектра инфразвуков, т.е. экологическим ограничениям к использованию;
- способ установки крыловых лопастей будет приводить к неизбежным индуктивным потерям на концах лопастей и в месте их крепления к пилону.
Целью изобретения является устранение указанных недостатков прототипа и повышение эффективности преобразования энергии воздушного потока.
Указанная цель в предлагаемом воздушном двигателе с осью вращения лопастей, перпендикулярной направлению воздушного потока, достигается путем:
- образования вертикально установленными лопастями, закрытыми торцевыми дисками, каналов, сформированных в виде активно-реактивной турбины за счет того, что входные в турбину каналы созданы жесткими вогнуто-выпуклыми поверхностями крылового профиля, создающими подъемную силу, а выходные поверхности образуют сопловые аппараты для истечения воздуха и создания реактивной силы;
- регулирования геометрии межлопастного канала в зависимости от числа оборотов в единицу времени путем изменения угла установки лопастей активной части и сокращения размеров реактивного канала путем втягивания эластичных его стенок в пустотелые полости активной части под действием центробежного регулятора;
- установкой флюгером в положение навстречу ветру свободно вращающегося на оси неподвижной мачты направляющего аппарата для корректировки направления потока воздуха, попадающего во входные каналы двигателя.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включая поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного технического решения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявленного технического решения. Выделение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило установить ряд существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому решению отличительных признаков конструкции и принципа действия воздушного двигателя, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "новизна".
Проведенный заявителем дополнительный поиск не выявил известные решения, содержащие признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного воздушного двигателя. Следовательно, для специалиста заявленное техническое решение не вытекает явным образом из известного уровня техники, т.к. не установлено влияние предусматриваемых существенными признаками патентуемого решения преобразования известных устройств. Заявленное техническое решение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении вида известных аналогов и прототипа. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".
Известно, что в соответствии с законом сохранения энергии потока сплошной среды (жидкости или газа) - уравнением Бернулли - полная энергия потока состоит из кинетической - скоростного напора и потенциальной - давления Р. Входящая во вторую компоненту - потенциальную энергию - высота положения Z для рассматриваемого случая не существенна, т.к. она остается неизменной при функционировании двигателя. Во всех описанных в аналогах и прототипе для преобразования в полезную работу используется только одна компонента энергии потока - скоростной напор. Поэтому коэффициент использования энергии ветра оценивается не более как 30%.
Предлагаемое устройство представляет собой активно-реактивную воздушную турбину с вертикально расположенными лопастями и осью вращения. Воздушный канал между соседними лопастями в передней, входной части сформирован участками лопастей, выполненных в виде выпукло-вогнутого аэродинамического профиля, а в задней - сходящимися по мере приближения к центру. В передней активной части срабатывается скоростной напор потока, а в задней - давление потока путем истечения из канала и созданием реактивной силы, проекция которой на радиус создает дополнительный вращающий момент. Во избежание индуктивных концевых потерь и для создания замкнутого межлопастного канала по торцам лопасти установлены в воздухонепроницаемые кольца. Общие геометрические соотношения, количество лопастей, углы установки лопастей в плане, модификация лопасти в задней реактивной части турбины определяются анализом векторных диаграмм и расчетов.
Для расширения диапазона автоматического регулирования модуля на ветры от нуля до ураганного производится разворот лопастей в их активной части так, чтобы угол атаки к набегающему потоку воздуха в передней части уменьшался, а реактивная часть канала сокращалась путем втягивания выполненных из технической ткани стенок внутрь жесткой части лопасти. Регулирование и силовое воздействие на элементы привода регулирования осуществляются путем использования шарового центробежного регулятора типа установленного на паровой машине Уатта.
На фиг.1 приведена схема устройства аэродинамического модуля. На фиг.1: 1 - жесткая, пустотелая часть лопасти - ступень активной турбины; 2 - эластичная часть реактивной ступени; 3 - торцевой воздухонепроницаеый диск; 4 - механизм втягивания стенок реактивной ступени; 5 - удерживающие тяги управления положением задней кромки стенки реактивной ступени, соединенные с центробежным регулятором 6. Для повышения эффективности двигателя путем организации выгодного направления воздушного потока на несколько лопастей передней части установлен направляющий аппарат 7, свободно вращающийся на оси мачты и устанавливаемый каждый раз вдоль ветра с помощью лопасти флюгера 8, как показано на фиг.2.
На фиг.1 показаны действующие силы: W - сила ветра, Т - сила аэродинамической тяги на лопасти активной части, R - реактивная сила истечения воздуха из межлопастного канала и ее проекция - Р на перпендикуляр к радиусу действия.
Заявленное устройство устраняет недостатки рассмотренных аналогов и прототипа, так как преобразует не только кинетическую, но и потенциальную энергию набегающего воздушного потока и обеспечивает эффективную работу двигателя при любых направлениях падающего потока.
Устройство работает следующим образом: двигатель устанавливают на неподвижную мачту высотой не менее 10 метров над поверхностью моря, ось двигателя направлена вертикально. Флюгер 8 разворачивает входные отверстия направляющего аппарата 7 таким образом, что направление вектора скорости воздушного потока оптимально для ближайших к входным отверстиям лопастей 1 и препятствует боковым потокам, возникающим, например, в результате отражения от каких-либо поверхностей или имеющим турбулентную природу. Такие потоки меньшей интенсивности, чем поток, вращающий флюгер, направлены под значительным углом к нему и оказывают тормозящий эффект, понижая эффективность работы двигателя. Энергия поступающего на лопасти ветрового потока преобразуется двигателем в энергию вращательного движения активно-реактивной турбины, которое, в свою очередь, может быть преобразовано в иные виды энергии. Автоматическое управление работой двигателя при изменении интенсивности набегающего воздушного потока осуществляется с помощью центробежного регулятора 6, который с помощью удерживающих тяг 5 уменьшает объем реактивной части двигателя при значительном увеличении силы ветра и увеличивает их при его уменьшении.
Предложенный воздушный двигатель может быть смонтирован из стандартных узлов и деталей.
Литература
1. А.С.Енохович. Физика, техника, производство. - М.: Наука, 1962, - 307 с.
2. Вертикально-осевая ветроэнергетическая установка ВЭУ «ЕСО-0020», проспект Ассоциации «Львiв-Контакт», 290005, Украина, Львов, Петрушевича, 3.
Воздушный двигатель с осью вращения, перпендикулярной направлению ветра, отличающийся тем, что вертикально установленные лопасти, закрытые торцевыми дисками, образуют каналы, сформированные в виде активно-реактивной турбины, а входные в турбину каналы образованы жесткими вогнуто-выпуклыми поверхностями крылового типа, при этом выходные поверхности образуют сопловые аппараты для истечения воздуха и создания реактивной силы, причем регулирование геометрии межлопастного канала осуществляется путем изменения угла установки лопастей активной части и сокращения размеров реактивного канала путем втягивания эластичных его стенок в пустотелые полости активной части с помощью центробежного регулятора, а также установкой флюгером в положение навстречу ветру свободно вращающегося на оси неподвижной мачты направляющего аппарата для корректировки направления воздуха, попадающего во входные каналы двигателя.
www.findpatent.ru
