 |
ГЕЛИКОИДНЫЙ ВИНТ ДЛЯ СЕМЕЙНОГО ВЕРТОЛЕТА
Можно ли повысить эффективность летательных аппаратов в несколько раз? Да, эту заманчивую мечту можно осуществить с помощью геликоидного винта, предложенного еще Леонардо да Винчи. Его применение повысит не только эффективность эксплуатации самолетов и вертолетов в авиации, но и турбин в ветра- и гидроэнергетике, компрессоров, насосов и вентиляторов в машиностроении, гребных винтов и водометных движителей в судостроении.
В основе всех работ, проводимых специалистами гидроаэродинамики с начала века и до сегодняшних дней, лежит презумпция непогрешимости и незыблемости циркуляционной теории, предложенной еще Н. Е. Жуковским. В этой теории доказывается теоретическая возможность подъема в воздух летательных аппаратов тяжелее воздуха. Однако, если на заре развития авиации циркуляционная теория удовлетворяла потребности практики самолетостроения, то сегодня нужна более совершенная теория.
В настоящее время в гидроаэродинамике, как ни в какой другой части физики, сложилась крайне неблагоприятная тенденция отставания теоретических исследований от экспериментальных. Причем разрыв между ними очень большой. Это привело к тому, что экспериментаторы вслепую ищут наиболее оптимальные типы лопастных машин и летательных аппаратов, осуществляют продувку их моделей, а затем, с помощью коэффициентов подобия, пересчитывают результаты продувки на натурные образцы. Теоретики, следующие за экспериментаторами, залатывают дырки на обветшавшей теории гидроаэродинамики, чтобы объяснить хоть ка Ким-нибудь образом результаты экспериментов. При этом нередко показатели КПД аэродинамических машин не отвечают их объективным характеристикам.
В авиации существует самый объективный показатель эффективности летательных алпаратов, который в их технических характеристиках чаще всего замалчивается, - удельная тяга. Это отношение количества килограммов, поднимаемых летательным аппаратом, к мощности двигателей силовой установки. Для современных летательных аппаратов удельная тяга составляет 2-4 килограмма на лошадиную силу. При коэффициенте полезного действия равном единице, удельная тяга должна быть равна 75 килограммам на одну лошадиную силу (из теории размерностей). Таким образом, истинный КПД современных летательных аппаратов находится в пределах 0,02-0,05 вместо 0,6-0,8, указанных в литературных источниках.
Подобная ситуация сложилась во всех областях приложения гидроаэродинамики. КПД насосов, вентиляторов и компрессоров в машиностроении указываются в пределах 0,8-0,95. Однако полный КПД (истинный) гидро- и паротурбинного цикла превращения энергии лежит в пределах 0,3-0,4.
Более реально оценивается КПД гребных винтов и водометных движителей в судостроении. Максимальный КПД современных суперкавитирующих винтов составляет 0,6. Более высокие КПД, достигнутые судостроителями, объясняются тем, что судостроители в большей степени отошли от основных противоречивых положений классической циркуляционной теории, предложенной Н. Е. Жуковским.
Низкие КПД превращения энергии в гидродинамических циклах напоминают переноску воды с помощью решета. Сложившаяся ситуация в области гидроаэродинамики обусловлена крайней отвлеченностью современных теоретических изысканий от конкретных физических явлений. В известной теории, предложенной Н. Е. Жуковским, обнаруживается множество противоречивых положений, которые требуют пересмотра. На протяжении 10 лет автор занимался изучением классических фундаментальных основ гидроаэродинамики, заложенных еще в XVIII-XIX веках. Результаты исследований сопротивления и подъемной силы цилиндра при плоском установившемся течении идеальной несжимаемой жидкости на основе новой модели опровергают основные положения гидроаэродинамики, известные в настоящее время. Применение данной модели течения исключает парадоксы Ж. Даламбера, Д. Стокса, С. А. Чадлыгина. Найдено сопротивление цилиндра в потоке несжимаемой идеальной жидкости, а также подъемная сила цилиндра при наложении циркулярного потока.
В процессе изучения основ вихревой циркуляционной теории винта, разработанной Н. Е. Жуковским и его учениками, обнаружено множество противоречивых положений в классической циркуляционной теории. На основании анализа этих противоречий в качестве наиболее оптимального винта в машиностроении, авиации, энергетике и судостроении был предложен однолопастной винт типа плоского кольцевого геликоида (прямого и косого). "Винт Архимеда" был предложен еще Леонардо да Винчи в качестве несущего винта вертолета. В дальнейшем подобная схема винта предлагалась и в судостроении английским инженером Френсисом Смитом в качестве гребного винта. Однако чрезвычайно низкие технические возможности и отсутствие необходимых материалов не позволили тогда создать образцы гидравлических машин с высоким коэффициентом полезного действия, а теоретических изысканий не было.
Исходя из основных положений циркуляционной теории подъемной силы пластинки, движущейся со скоростью в потоке несжимаемой жидкости, автором была решена задача определения гидродинамических реакций взаимодействия геликоидного винта, представляющего собой рабочий орган гидравлической машины, превращающей механическую энергию вращения рабочего колеса в поступательную энергию потока жидкости (вентилятор, компрессор, насос, несущий винт вертолета, гребной винт в судостроении, воздушный гребной винт в самолетостроении и на судах с применением воздушной подушки).
Кроме того, автором решена задача определения гидродинамических реакций и главного момента вращения геликоидного винта, представляющего собой рабочий орган гидравлической машины, превращающей энергию поступательног? потока жидкости в энергию вращения геликоида (ротор ветряного двигателя, турбина пароюой электростанции, турбина гидроэлектростанции, турбина атомной, солнечной, геотермальной и приливной электростанций).
В последующем, на основании анализа противоречий в известной циркуляционной теории крыла, автором предложен механизм подъемной силы и сопротивления крыла. Новый (реактивный) механизм позволит предвычислять характеристики летательных аппаратов и турбин без предварительной продувки их моделей в аэродинамических трубах.
Реактивный механизм подъемной силы и сопротивления крыла основан на определении реакции взаимодействия поверхности пластинки и потока при изменении импульса определенного объема жидкости.
Осуществлен полный расчет момента вращения ветроколес, его мощности и условий скорости от геометрических параметров ветроколеса и скорости ветра. Доказывается, что коэффициент использования энергии ветра значительно повышается и может быть близким к единице при использовании ветроагрегатов с геликоидным ветроколесом. К сведению: коэффициент использования энергии ветра существующих .ветроагрегатов не превышает 0,5. Автодром предложены рекомендации по конструетивному выполнению ветроколес в виде прямого и косого геликоидов, а также способ ориентации геликоидных ветроколес. Интенсивные поиски учеными всего мира увеличения эффективности использования альтернативных экологически чи.стых источников *электричества не 6ставляют сомнения в актуальности предлагаемой работы.
Все расчеты геликоидного ротора ветряного двигателя с учетом плотности рабочей среды могут быть перенесены для расчета геликоидной турбины гидроэлектростанции, а также для расчета геликоидных турбин паровых, атомных, солнечных, геотермальных и приливных электростанций. Полный КПД всех указанных типов электростанций может быть доведен до 0,7-0,8, вместо 0,3-0,4 у существующих электростанций. Таким образом, в случае внедрения геликоидных турбин гидроэлектростанций, мы можем, при минимальных затратах, удвоить энергетический баланс нашей страны, заменив только "сердце" существующих гидроэлектростанций - турбину. Отпадает необходимость вложения громадных сумм в строительство новых каскадов электростанций, предотвращаются новые нарушения экологии во всех регионах нашей страны.
Имеется реальная возможность создания вертолетов с удельной тягой до 50 килограммов на лошадиную силу мощности, что дает предпосылки для создания качественно новой авиации. Наряду с созданием высокоэкономичных мощных вертолетов, возможно будет создание легкомоторных вертолетов массового транспорта (от вертолетов рюкзачного типа до двух-, трех- и четырехместных вертолетов), а также вертолетов с мускульным приводом самых различных конструкций.
В.И. Голичников
|
|
