Экспериментальная проверка нового принципа создания подъёмной силы
Проведен эксперимент с изготовленным стендом для оценки нового физического принципа создания подъёмной силы. Основное внимание уделялось проверке эффективности кольцевого ленточно-спирального подъёмного ротора в сравнении с классической конструкцией винта.
Рис. № 1. Стенд для проверки возможности создания летательных аппаратов на новом физическом принципе.
Характеристики стенда:
- Наружный диаметр ротора – 600 мм.
- Внутренний диаметр ротора – 350 мм.
- Мощность привода – 800 ват.
- Скорость вращения ротора – 600 об/мин.
- Общий вес установки –10 кг.
- Вес ротора – 1.5 кг.
- Количество витков – 8.
Первые результаты:
Зафиксирована подъёмная сила кольцевого ленточно-спирального подъёмного ротора в 4 кг. при мощности электропривода в 800 Ват.
Был проведён сравнительный расчёт подобного по размерам классического винта по материалам (Ссылка: Расчёт винта) с последующим анализом полученных результатов, см. табл. № 1.
| Кольцевой ленточно-спиральный подъёмный ротор | Классический винт | ||||||
| Диаметр, м. | Мощность привода, л/с. | Скорость вращения, об/мин. | Подъёмная сила, кг. | Диаметр, м. | Мощность привода, л/с. | Скорость вращения, об/мин. | Подъёмная сила, кг. |
| 0,6 | 1,08 | 600 | 4 | 0,6 | 1,08 | 3840 | 5,6 |
Предварительные выводы
— При сравнении ротора с классическим винтом (примерно одинаковая мощность привода/диаметр ротора/подъёмная сила) – скорость вращения классического винта должна быть более чем в 5 раз больше скорости вращения ротора.
— При сравнении ротора с классическим винтом (примерно одинаковая мощность привода/скорость вращения/подъёмная сила) – диаметр классического винта должен быть более чем в 3 раза большим, по сравнению с диаметром ротора.
— Большой вес ротора обеспечит мягкую посадку в случае отказа двигателя, по типу авторотации на вертолётах.
— Курсовое управление летательного аппарата с тороидально-вихревым ротором без экрана может осуществляться установкой дополнительных отклоняемых лопаток по внешнему периметру вращения кольцевого ленточно-спирального подъёмного ротора. Установка отклоняемых лопаток по внутреннему периметру более эффективна, т.к. напрямую не воздействует на тороидально-вихревой поток.
— Крутка ротора в 45 градусов чрезвычайно большая
— Если уменьшить крутку ротора градусов до 25 – эффективность тороидально-вихревого ротора будет ещё больше.
Заключение
Эксперимент подтвердил преимущество кольцевых ленточно-спиральных подъёмных роторов в терминах соотношения мощности и подъёмной силы. Данный принцип даёт возможность создавать летательные аппараты с высокими характеристиками подъёмной силы и эффективностью, а также открывает новые перспективы для безопасного и комфортного полёта.
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Многочисленные экспериментальные работы с открытыми и полуоткрытыми кольцевыми ленточно-спиральными подъёмными роторами позволили получить объективные данные, подтверждающие как положительные стороны предложенного подхода, так и его слабые моменты.
Вот подробнее рассмотренные результаты:
1. Проверка наличия подъёмной силы
Первый важный результат заключался в подтверждении факта, что вращающийся кольцевой ленточный ротор действительно способен сформировать устойчивую вихревую структуру (тороид), создающую ощутимую подъёмную силу. Было доказано, что подъёмная сила возникает именно за счёт эффекта разницы давлений внутри и снаружи вихревого кольца, подтверждающего правомерность выбранного подхода.
Результаты: Подъёмная сила достигла значений в пределах от 4 до 5 кг при весе устройства около 10 кг и мощности привода в 800 Вт, что означает возможность достаточно эффективного самостоятельного подъёма ротора.
2. Исследования влияния частоты вращения
Одним из важных аспектов стал подбор оптимальной частоты вращения ротора. Именно от неё зависят интенсивность и стабильность вихревого кольца. Оказалось, что слишком низкая частота ведёт к нестабильной подъёмной силе, тогда как чрезмерно высокая приводит к быстрому износу деталей и повышенному уровню шума.
Оптимальная частота вращения: Наиболее эффективным оказалось поддержание скорости вращения ротора в районе 600 оборотов в минуту, что обеспечивало максимальную подъёмную силу при сохранении низких показателей шума и вибраций.
3. Влияние ширины ленты и угла крутки ротора
Ширина и угол крутки ленты, применяемой в устройстве, оказались критичными параметрами. Узкая лента или маленький угол крутки вели к слабой интенсивности вихревого кольца, тогда как широкая или большой угол крутки имели тенденцию вызывать увеличение потребляемой мощности.
Выбранная ширина ленты и угол крутки: Наиболее удачным решением оказалась ширина ленты в диапазоне 10–15 сантиметров и угол крутки 22 градуса, что позволило добиться оптимального баланса между подъёмной силой и долговечностью конструкции.
4. Тестирование эффекта Коанда
Ещё один важный фактор, учитываемый при анализе, — это влияние эффекта Коанда, который проявляется в виде притяжения вихревого потока к поверхности ротора. Важно было убедиться, что этот эффект положительно сказывается на подъёмной силе.
Наблюдения: Было подтверждено продувками дымом, что эффект Коанда действительно усиливает подъёмную силу, так как вихревой поток плотно прилегает к поверхности ротора, что помогает стабилизировать конструкцию и увеличивать общий показатель подъёмной силы.
5. Использование защитной юбки (экрана)
Чтобы усилить подъёмную силу и предотвратить рассеивание вихревого кольца, была установлена специальная защитная юбка (экран), охватывающая нижнюю часть ротора. Она локализовала вихревой поток и предотвращала его распространение в нежелательных направлениях.
Результат добавления юбки: Добавление юбки привело к заметному увеличению подъёмной силы на 20–30%, подтвердив её позитивное влияние на эффективность устройства.
6. Режимы торможения и безопасности
Особое внимание уделялось исследованию режима торможения и возможной способности ротора обеспечивать безопасную посадку в случае отключения мотора. Известно, что при прекращении подачи энергии обычный винт прекращает свою работу мгновенно, что чревато авариями.
Результаты: Эксперименты показали, что кольцевой ленточный ротор продолжает своё вращение даже после выключения двигателя, продолжая вырабатывать подъёмную силу в режиме авторотации. Это гарантирует постепенное снижение высоты и безопасную посадку.
7. Экономические аспекты
Немаловажным фактором являлись экономические соображения. Учитывая тот факт, что наша конструкция требует значительно меньше энергии для поддержания подъёмной силы, следовало рассчитать потенциальную экономию.
Расчёт: Предполагаемый расход топлива снижается на 30% по сравнению с традиционными винтовыми установками, что обеспечивает существенную экономическую выгоду.
Общие выводы анализа:
— Принятый подход позволяет создать летательный аппарат с повышенным КПД, безопасным режимом авторотации и низким уровнем шума.
— Использование защитной юбки (экрана) значительно повышает подъёмную силу.
— Оптимальные значения параметров (частота вращения, ширина ленты, угол закрутки) установлены и рекомендованы для последующих реализаций.
— Имеется очевидный потенциал улучшения устройства, что сулит существенные экономические выгоды при переходе к промышленному производству.