Ветро-гидродвигатель ВИГ – 2

63 1/36 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(72) Автор Голубев Владимир Иосифович(57) 1. Ветро-гидродвигатель, содержащий, по меньшей мере, одно рабочее крыло и установленный на основании сферический приводной механизм, включающий соединенный с корневой частью рабочего крыла приводной элемент, совершающий сферическое качательное движение и шарнирно связанный с установленным на основании кривошипным валом, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, одно дополнительное крыло,корневой частью соединенное с приводным элементом, при этом плоскость дополнительного крыла поперечна плоскости рабочего крыла, а направление - противоположно. 2. Ветро-гидродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что дополнительное крыло по длине составляет 0,1-0,3 от длины рабочего крыла. 6366 1 3. Ветро-гидродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что приводной механизм снабжен охватывающим его кожухом, совмещенным с приводным элементом. 4. Ветро-гидродвигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что дополнительное крыло образовано гибкой оболочкой, охватывающей с возможностью прогиба два разнесенных круглых стержня, консольно установленных на кожухе. 5. Ветро-гидродвигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что дополнительное крыло образовано поверхностями двух разнесенных вогнутых пластин, консольно установленных на кожухе. 6. Ветро-гидродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что центр масс дополнительного крыла размещен с возможностью уравновешивания общего центра масс рабочего крыла приводного элемента и кожуха. 7. Ветро-гидродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что приводной механизм содержит две установленные на основании и противоположно размещенные в плоскости кривошипного вала перпендикулярно плоскости качания крыльев направляющие, взаимодействующие с двумя установленными на приводном элементе ползунами, а кривошипный вал выполнен с двумя противоположно направленными кривошипами на концах,соединенными, соответственно, двумя шарнирами с приводным элементом, при этом кривошипный вал снабжен установленным на нем в средней части зубчатым коническим колесом, взаимодействующим с конической шестерней, установленной на выходном валу,расположенном внутри трубчатой части основания.(56)1719714 1, 1992.1595740 1, 1990.1421612 1, 1988.2075635 1, 1997. Изобретение относится к крыльевым устройствам нестационарного взаимодействия с текучей средой, в частности к ветро-гидродвигателям типа машущее крыло. Известно устройство 1 (ветродвигатель) в виде, по меньшей мере, одного качающегося в одной плоскости крыла (лопасти) и установленного на основании приводного механизма, включающего соединенный с корневой частью крыла приводной элемент, т.е. задающее кинематику крыла подвижное звено, выполненное в данном случае в виде установленной на основании с возможностью поворота платформы, шарнирно связанной шатуном с кривошипным валом. Поворот крыла вокруг своей оси при прохождении крайних положений происходит за счет поворотных моментов, создаваемых инерцией установленного на основании вращающегося кривошипного вала, связанного отдельным кривошипом, рычагами и конической зубчатой парой с корневой частью крыла, установленной на платформе с возможностью поворота. Известное устройство характеризуется наличием сложного приводного механизма и отсутствием дополнительно действующих на рабочее крыло поворотных моментов, возникающих в результате взаимодействия устройства с текучей средой при крайних положениях рабочего крыла. Это приводит к снижению равномерности работы устройства и уменьшению использования энергии потока текучей среды. Наиболее близким к предлагаемому устройству является двигательно-движительный комплекс 2 в виде, по меньшей мере, одного рабочего крыла (лопасти), и установленного на основании сферического приводного механизма, включающего соединенный с корневой частью крыла приводной элемент, совершающий сферическое качательное движение,при котором все постоянные и мгновенные оси поворота пересекаются в одной точке 2 6366 1 центре сферического движения. Приводной элемент выполнен в виде снабженной двумя поперечными соосными цапфами втулки, шарнирно связанной с установленным на основании кривошипным валом. При этом приводной элемент соединен с основанием при помощи установленной на нем с возможностью поворота вилки, шарнирно связанной с упомянутыми цапфами. Известное устройство характеризуется, при относительно простом приводном механизме, также отсутствием упомянутых дополнительно действующих на рабочее крыло поворотных моментов. Техническим результатом изобретения является повышение равномерности работы устройства и увеличение использования энергии потока текучей среды независимо от особенностей сферического приводного механизма путем создания дополнительных поворотных моментов, действующих на рабочее крыло при прохождении его крайних положений. Для этого в известном устройстве, в данном случае - ветро-гидродвигателе, в виде, по меньшей мере, одного рабочего крыла (лопасти) и установленного на основании сферического приводного механизма, включающего соединенный с корневой частью рабочего крыла приводной элемент, совершающий сферическое качательное движение и шарнирно связанный с установленным на основании кривошипным валом, достижение упомянутой суммы технических результатов во всех случаях реализации обусловлено тем, что ветрогидродвигатель содержит, по меньшей мере, одно дополнительное крыло (лопасть), корневой частью соединенное с приводным элементом, при этом плоскость дополнительного крыла поперечна плоскости рабочего крыла, а направление - противоположно. В зависимости от назначения и выполнения устройства, дополнительное крыло по длине может составлять (0,1-0,3) от длины рабочего крыла. Приводной механизм может быть дополнен охватывающим его кожухом, совмещенным с приводным элементом. Т.е. в этом случае кожух и приводной элемент кинематически представляют одно целое. Дополнительное крыло может быть образовано гибкой оболочкой, охватывающей с возможностью прогиба два разнесенных круглых стержня, консольно установленные на кожухе. При этом поверхность, обращенная к потоку текучей среды принимает вогнутую форму. Дополнительное крыло может быть образовано поверхностями двух разнесенных вогнутых пластин, консольно установленных на кожухе. С целью уменьшения динамических нагрузок центр масс дополнительного крыла размещен с возможностью уравновешивания общей массы рабочего крыла, приводного элемента и кожуха. Приводной механизм может содержать две установленные на основании и противоположно размещенные в плоскости кривошипного вала перпендикулярно плоскости качания крыльев направляющие, взаимодействующие с двумя установленными на приводном элементе ползунами. Кривошипный вал может быть выполнен с двумя противоположно направленными кривошипами на концах, соединенными, соответственно, двумя шарнирами с приводным элементом, при этом кривошипный вал может быть снабжен установленным на нем в средней части зубчатым коническим колесом, взаимодействующим с конической шестерней, установленной на выходном валу, проходящем внутри трубчатой части основания. Предложенное выполнение ветро-гидродвигателя с дополнительным крылом позволяет повысить равномерность работы устройства и увеличить использование энергии потока текучей среды за счет сил торможения этого потока, действующих на вогнутую поверхность дополнительного крыла. Центр давления этих сил, при прохождении крайних положений рабочим и дополнительным крыльями, смещается на определенное расстояние от оси, лежащей в плоскости кривошипов и проходящей через центр сферического движения 3 6366 1 перпендикулярно оси кривошипного вала. При этом возникает поворотный момент, действующий на дополнительное крыло и соответственно через приводной элемент - на кривошипы кривошипного вала, создавая на них пару сил, поворачивающих кривошипный вал. Иначе говоря, возникает дополнительный поворотный момент в тот период, когда рабочее крыло слабо взаимодействует с потоком текучей среды, что и позволяет достичь упомянутого технического результата. Необходимо также отметить определенную компенсацию сил лобового сопротивления рабочего крыла силами торможения потока, действующими на дополнительное крыло, в также солидарное с рабочим крылом действие определенных подъемных сил, возникающих на дополнительном крыле в процессе движения. На чертеже представлена обобщенная кинематическая схема предлагаемого устройства, содержащая рабочее крыло, приводной механизм и кожух с дополнительным крылом. Ветро-гидродвигатель содержит крыло (лопасть) 1, корневая часть 2 которого соединена с приводным элементом 3 (возможна также совокупность крыльев, объединенных в корневой части, например, типа биплан). В частности, приводной элемент 3 совмещен(т.е. кинематически составляет единое целое) с кожухом 4, охватывающим приводной механизм 5. К кожуху 4 прикреплено дополнительное крыло 6, образованное гибкой оболочкой 7, охватывающей с прогибом два разнесенных трубчатых стержня 8. Возможен также вариант выполнения дополнительных крыльев в виде двух вогнутых пластин 9 (показаны штрих-пунктиром), симметрично разнесенных относительно рабочего крыла 1. В предпочтительный вариант приводного механизма 5 входят кривошипный вал 10 с косыми кривошипами 11 (возможно выполнение и с прямыми кривошипами в паре со сферическими шарнирами), установленный с подшипниками 12 на основание 13, переходящее в трубчатую часть 14, проходящую внутри дополнительного крыла 6 (или между дополнительными крыльями 9) два шарнира 15, связывающих кривошипы 11 с приводным элементом 3 (при прямых кривошипах 11, шарниры 15 - сферические). две направляющие 16, установленные на основании 13 в плоскости кривошипного вала 10 перпендикулярно плоскости качания крыльев и взаимодействующие с выполненными в виде катков (роликов) ползунами 17, установленными на приводном элементе 3 установленное на кривошипном валу 10 зубчатое коническое колесо 18, соединенное с конической шестерней 19, закрепленной на выходном валу 20, проходящем внутри трубчатой части 14 основания 13. Предлагаемое устройство в качестве, например, ветродвигателя работает следующим образом. В исходном состоянии рабочее крыло 1 и дополнительное крыло 6 находятся в вертикальном положении. При этом крылья устанавливаются по отношению к ветру с установочным углом, определяемым углом между осью кривошипов 11 и рабочим валом 10, что составляет примерно 25-40 для рабочего крыла 1 и 65-50 для дополнительного крыла 6. При достаточной скорости ветра возникают аэродинамические подъемные силы, пропорциональные квадрату скорости ветра (относительно небольшие на дополнительном крыле 6), отклоняющие рабочее крыло 1 в одну сторону, а дополнительное крыло 6 - в другую. Соответственно приводное звено 3 через шарниры 15 и кривошипы 11 поворачивает кривошипный вал 10. Далее, через коническое зубчатое колесо 18 и коническую шестерню 19 вращение передается с более высокой частотой выходному валу 20, что желательно при приводе, например электрогенератора (не показан). При достаточном общем количестве движения, рабочее крыло 1 и дополнительное крыло 6 доходят до своих крайних положений и проходят этот участок траектории под действием сил инерции и сил торможения воздушного потока дополнительным крылом 6. В крайнем положении угол установки рабочего крыла 1 проходит через 0, а дополнительного крыла 6 - через 180, при этом меняется их величина и знак. Силы инерции вращающихся масс деталей привода и поворачивающихся вокруг своей оси крыльев создают поворотный момент, который поворачивает 4 6366 1 крылья вокруг своей оси и продолжает вращать кривошипный вал 10. Одновременно равнодействующая сил торможения воздушного потока дополнительным крылом 6, приложенная в центре давления на расстоянии а (см. чертеж), создает дополнительный поворотный момент относительно оси, лежащей в плоскости кривошипов 11 и проходящей через центр сферического движения перпендикулярно оси кривошипного вала 10. Этот дополнительный поворотный момент создает пару сил на шарнирах 15 и, соответственно, - на кривошипах 11, действующих в том же направлении, что и упомянутые силы инерции вращающихся масс, что приводит к дополнительному использованию энергии ветрового потока. После прохода крайнего положения установочные углы крыльев, поменяв знак, начинают быстро увеличиваться для рабочего крыла 1 и уменьшаться для дополнительного крыла 6. Крылья начинают новый разгон и угловая скорость качания крыльев достигает максимального значения в среднем положении, затем опять уменьшается до нуля в крайнем положении, при котором достигает максимального значения уже угловая скорость поворота крыльев вокруг своей оси, а их установочный угол снова меняет величину и знак и т.д. Сила давления ветра на крыло 1, стремящаяся опрокинуть плоскость его качания компенсируется реакцией основания 13, передаваемой через направляющие 16 и ползуны 17 приводному элементу 3. Кожух 4, переходящий в дополнительное крыло 6, защищает весь механизм от воздействия внешней среды. В варианте выполнения комплекса в качестве,например, гидродвигателя, установленного трубчатой частью 9 на дно реки или специального канала, такое выполнение кожуха 4 может выполнять функцию своеобразного кессона, внутри которого возможно размещение механизмов вместе, например, с электрогенератором. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.