Преобразование энергии движущейся капельной жидкости или газа в энергию вращающегося вала, или наоборот.

  Рассмотрим процесс одновременного использования законов Ньютона и присоединенных вихрей Жуковского на примере машущего крыла.
Машущее крыло при движении по своей траектории постоянно меняет угол атаки к потоку воздуха для получения максимальной подъемной силы.
Попробуем смоделировать этот процесс с помощью собственной руки.
1. Отведем руку назад и начнем круговое движение вверх. Ладонь руки (крыло) движется почти по касательной к траектории вращения с небольшим увеличивающимся углом атаки.
2. Рука находится вверху и движется по траектории вперед. Ладонь по отношению к касательной траектории движения находится под углом 45°.
3. Рука находится впереди и движется вниз. Ладонь развернута перпендикулярно касательной и взаимодействует с потоком воздуха с максимальной подъемной силой.
4. Рука находится внизу и движется назад. Ладонь развернута под углом 45°.
5. Рука опять сзади и движется вверх. Ладонь развернута под углом атаки, приближающимся к нулю, т. е. в крайней задней точке совпадает с касательной к траектории вращения.
В этот момент для продолжения движения по траектории вращения руки (крыла) с п.1 необходимо перевернуть ладонь в исходное положение, что явно тормозит весь процесс и не позволяет развить большую скорость вращения. Вот если бы рука могла не только делать круговые вращательные движения, но и поворачиваться вокруг собственной оси?
Тогда после п.5 ладонь продолжит свое движение по траектории вращения руки, но теперь уже в перевернутом положении, т. е. тыльной стороной вниз. После завершения круга вращения по траектории в п.5 ладонь опять пересечет касательную и продолжит свое движение в первоначальном естественном положении.
Ладонь в данном случае моделирует движение плоского крыла. Такое крыло должно иметь симметричную относительно продольной оси форму и быть плоским в сечении. Наиболее близким к такой форме крыла является крыло шмеля – «чемпиона» по «грузоподъемности» среди насекомых – и должно быть больше похоже на лопасть или лопатку.
Таким образом, мы получили двойное вращение плоской лопасти-крыла, которое совершает круговое движение и, в то же время, поворачивается вокруг собственной оси с угловой скоростью ω2, противоположной по направлению и вдвое меньшей угловой скорости вращения по круговой траектории ω1 (рис. 1).

Рис. 1.
В результате получилась формула вращения лопасти-крыла : ω2 = –½ ω1.
При этом каждая лопасть-крыло взаимодействует с воздушным потоком в одном и том же определенном направлении, перпендикулярном оси вращения по круговой траектории (на диске) и совпадающим с направлением окружной скорости радиально повернутой лопасти. Это достигается предварительной установкой каждой лопасти под своим определенным углом α к касательной от вращения оси лопасти на диске α = 0,5 φ, где φ – угол установки лопасти на диске по периметру; α – угол установки лопасти на собственной оси относительно касательной.
Таким образом, каждая лопасть-крыло взаимодействует с потоком на протяжении всего своего обращения за исключением единственной точки, когда, двигаясь навстречу потоку, она поворачивается к нему ребром. При работе лопаточной машины в потоке находятся только лопатки, выступающие на вращающемся, не взаимодействующем с потоком диске, что максимально снижает сопротивление потоку.

Рис. 2.
Возможны три режима работы лопаточной машины (рис. 2). Первый – режим передачи энергии от лопаточной машины, или тяговый режим. Окружная скорость лопатки превышает абсолютную скорость потока. Второй – режим передачи энергии к лопаточной машине, т. е. ветряковый режим, который наблюдается, когда величина абсолютной скорости потока превышает величину окружной скорости лопатки. И в том и в другом случаях система стремится к режиму наименьшего сопротивления, наступающего при уравнивании скорости потока с окружной скоростью лопатки, т. е. к режиму нулевой тяги или нулевого угла атаки. Лопатки не взаимодействуют с потоком, так как угол атаки во всех положениях лопаток равен нулю, т. е. направление относительной скорости потока совпадает с плоскостью лопатки на протяжении всего периода обращения. Таким образом, подобно воздушному винту, планетарная лопаточная машина является универсальным устройством для взаимодействия с воздушной средой и может иметь такое же широкое применение.
Политехнический словарь издательства «Советская энциклопедия» (М., 1977 г.) на стр. 260 дает следующее определение. «Лопаточная машина» – устройство для преобразования энергии движущейся капельной жидкости или газа в энергию вращающегося вала или наоборот. Термин «планетарная», означает, что лопатки вращаются относительно своих осей и перемещаются вместе со своими осями относительно общей оси вращения.
Планетарная лопаточная машина может использоваться как движитель летательного аппарата (шестикрыла).

Рис. 3 Рис. 4
На рис. 1 представлена схема работы планетарной лопаточной машины.
На рис. 2 построены треугольники скоростей для трех режимов работы по основным точкам траектории лопатки на вращающемся диске.
На рис. 3 показан пример выполнения планетарной лопаточной машины в качестве движителя для одного из бортов летательного аппарата – махолета (принципиальная кинематическая схема).
На рис. 4 представлена схема изменения направления рабочего потока при одновременной переустановке лопастей на диске.

Рис. 5
На рис. 5 показан пример выполнения планетарной лопаточной машины в качестве одного из движителей, работающих одновременно на два борта летательного аппарата – «Шестикрыл Савкина» - «ШС» (принципиальная кинематическая схема).
Движитель летательного аппарата содержит лопасти 1, расположенные по окружности на двух одинаковых дисках 2. Каждый диск является водилом расположенного в его корпусе планетарного редуктора. Редуктор состоит из центрального (солнечного) колеса 3 и двух рядов сателлитов: промежуточного (ленивца) 4 и внешнего 5. Внешние сателлиты 5 располагаются на общей оси с лопастями (крыльями шестикрыла) 1. Оба планетарных редуктора связаны с приводным двигателем 6 посредством муфты 7 и раздаточного редуктора 8. Центральные шестерни 3 планетарных редукторов 2 связаны посредством конической передачи 9 с ручкой управления направления потоком воздуха 10.
Движитель махолета работает следующим образом.
Тяговый двигатель 6 через муфту 7 посредством раздаточного редуктора 8 вращает диски 2. При этом диски 2 вращаются в противоположные стороны, что позволяет уравновесить их моменты. В корпусе каждого диска расположен планетарный редуктор, обеспечивающий требуемое соотношение угловых скоростей вращения диска 2 и лопаток – крыльев 1. Водилом планетарного редуктора является корпус диска, при вращении которого промежуточные сателлиты 4 обкатываются вокруг центральной шестерни 3 равного с ними диаметра. Число сателлитов зависит от количества лопастей-крыльев 1, расположенных на конкретном диске (например, трех). Промежуточные сателлиты 4, вращаясь вместе с корпусом диска 2 и обкатываясь вокруг неподвижной центральной шестерни 3, приводят в движение внешние сателлиты 5. Передаточное число редуктора i = –2, что обеспечивается увеличением вдвое диаметра (и числа зубьев) внешнего сателлита по отношению к промежуточному сателлиту и центральной шестерне. Изменение направления вращения достигается установкой промежуточных сателлитов 4. Внешние сателлиты 5 закреплены на осях лопастей-крыльев 1 и вращаются одновременно с ними. Изменение направления потока воздуха, отбрасываемого лопастями-крыльями, осуществляется поворотом центральной шестерни 3 через коническую передачу 9 ручкой управления направлением потока 10. При повороте ручки управления на 90° все лопасти-крылья одновременно поворачиваются на 45°, а направление потока воздуха от лопастей изменяется на 90° в сторону поворота ручки управления (рис. 4 «а» и «б»). При дальнейшем повороте ручки управления 10 вслед за ней меняет свое направление и поток воздуха (рис. 4 «в» и «г»).
Для обеспечения устойчивости во время горизонтального полета, точка приложения максимального момента воздействия крыльев на поток должна располагаться как можно выше от центра тяжести ШС. Для этого вращение крыльев движителя ШС осуществляется "махом назад", т.е. в своей верхней точке крыло располагаясь вертикально и воздействуя на поток всей своей плоскостью с максимальной силой, движется назад и вниз, где принимает горизонтальное положение, в крайней нижней точке траектории вращения, двигаясь навстречу потоку воздуха ребром. (Схема вращения крыльев «махом назад» показана на рис.4 «г», слева.) Тем самым крылья ШС создают горизонтальную тягу. При этом необходимо отметить, что движущаяся по окружности система вращающихся крыльев, является круговым вихрем, направление вращения которого совпадает с направлением вращения присоединенных вихрей Жуковского, создающих подъемную силу. Таким образом, одни и те же крылья ШС, вращаясь, одновременно создают и горизонтальную тягу, и вертикальную подъемную силу.

Следует отметить, что применение планетарного редуктора в качестве привода планетарной лопаточной машины, в том числе и движителя, является частным случаем решения задачи по обеспечению требуемого соотношения угловых скоростей (ω2 = –½ω1) лопастей 1 и диска 2. Здесь возможно использование любого привода: механического, гидравлического, электрического и т. д. Выбор привода во многом обуславливается применением лопаточной машины в качестве движителя, турбины, ветродвигателя, вентилятора, насоса, гидродинамического пульсатора, миксера, а также любого другого устройства, связанного с взаимодействием планетарных лопастей с жидкой или газообразной средой. Поэтому охватить все возможные типы приводов практически невозможно.
В результате чего, в связи с расширением области применения, идея создания махолета привела к появлению изобретения «Планетарная лопаточная машина Сергея Савкина», патент № 2001303.
Автор, как носитель идеи, готов принять участие в дальнейшей разработке любой из областей применения изобретения (разработаны до этапов эскизов и кинематических схем), таких как:
– летательный аппарат высокой маневренности и вертикального взлета и посадки (шестикрыл Савкина). Радиоуправляемый ШС может стать высокоманевренным беспилотным летающим аппаратом. А если размеры ШС-беспилотника уменьшить до минимально-возможных, то может получиться великолепная летающая игрушка для детей и взрослых. Использование такого мини-«ШС», замаскированного под насекомое, возможно в самых широких сферах деятельности.

– движитель надводных и подводных судов;
– вентилятор, насос, миксер;
– мобильная ветроэнергетическая установка (ВЭУ), которая не нуждается в мачтах и может устанавливаться вертолетами на вершинах холмов, сопок, гор и крышах высотных зданий;
– безнапорная плавучая или подводная (подледная) ГЭС, не требующая плотин и трубопроводов, которая может буксироваться по реке к месту установки, погружаться, крепиться ко дну и работать под водой на недоступной глубине (эти ГЭС можно гирляндами размещать по дну рек в любом количестве, в зависимости от необходимой потребности в электроэнергии).
Таким образом, «шестикрыл» также может стать и средством для получения электричества от безопасных, экологически чистых природных источников энергии.
Сергей Михайлович Савкин
тел. 8-(4842)-74-60-03,
сот. 8-903-635-46-41