一种自适应升阻力调节的翼型风帆及风机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种自适应升阻力调节的翼型风帆，其包括一截面呈翼型形状的翼型风帆主体；在每组小翼型风帆内部，设置有“Y”字型的单侧导通型空气射流通道；在所述“Y”字型空气射流通道中，还设有一因应风向、风速并自控开闭截面的流量调节闸门；所述的调节阀门，根据风帆来流的不同风向和风速，对应地自行调节闸门开启程度、开闭截面大小，以调节空气射流通道内的空气流量和流速，使攻角相应发生变化来，从而在风速变化时自动调节对翼型风帆的升力和阻力。本实用新型专利技术还公开了采用上述翼型风帆的垂直轴风机，增大了翼帆捕风面积、并形成最佳周向运动的合力，提高了翼帆的风能利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应升阻力调节的翼型风帆及风机
本技术涉及风力发电设备
，尤其涉及一种自适应升阻力调节的翼型风帆及风机。
技术介绍
垂直轴风力发电机的出现解决了水平轴风力发电机在物理结构上的缺陷，然而如何增加捕风面积和提高风能利用率仍然是驱动风电进一步发展的核心问题。现有的带有翼型风帆的垂直轴风机在可旋转运动的环形运转平台上布置有多个翼型风帆叶片，可实现从各个角度捕捉风能，增加了捕风面积。传统翼型结构的风帆具有很好的捕风能力，但不能克服其迎风阻力。而冲压喷气式翼型风帆，不仅保持了翼型风帆能大面积捕风的特点，其风帆的头部进气道组、翼面气道阵列组的设计，还有效地降低了翼型风帆的迎风阻力，并将其阻力合力导向为向风帆头部前进的合力，大大增强了翼型风帆的捕风能力。请参见附图1，现有技术中的冲压喷气式翼型风帆，是采用了喷气式机翼的工作原理。良好的机翼应该能产生很大的升力和很小的阻力，并有足够的强度和刚性，不容易变形而且容易控制。决定机翼产生升力大小的因素很多，与机翼面积、速度等直接有关，不过这些因素往往不能够或不便于改变，如空气密度不能改变；机翼两积、通常受到物理限制；所处环境中的空气来流的速度不受控制。因此，要增大升力只能通过增大升力系数来实现。在减小机翼阻力方面也是这样，主要是设法减小机翼产生的阻力系数。决定机翼升力系数及阻力系数的是机翼截面形状(即翼型)、机翼平面形状和当时的迎角。好的翼型能够在同样的迎角下有较大的升力系数和较小的阻力系数，这两种系数的比值(称升阻比)可达到18以上。由于翼型风帆在前缘迎风时风能利用率最大，风帆以其他角度迎风时风能利用率有所降低，但是这种翼型风帆在不同风速和风向攻角下无法作出适应性调整，所以其整体的风能利用率较低。中国技术ZL201080047198.9，公开了一种水浮风帆风力发电机，其通过设置翼面气道阵列组的设计，提高升阻比，其是在水浮运转平台之上设置的多个冲压喷气式翼型风帆，是水浮风帆风力发电机捕风获取风能的载体。每一冲压喷气式翼形风帆都包括风帆头部、风帆尾部、位于风帆头部3的头部进气道组、分别位于风帆两个翼面的翼面气道阵列组。其中，头部进气道组是由分布于风帆头部的系列进气道口组成；翼面气道阵列组是分别由分布于风帆的两个翼面的系列翼面多极气道口组成。上述系列的头部进气道口、翼面多级气道口在冲压喷气式翼型风帆的内部形成射流气道。均匀分布在水浮运转平台上的系列冲压喷气式翼形风帆，在各个不同方向的水平圆周运动中，对风的不同迎角都有良好的向前运动的合力导向。但是，上述现有技术均无法解决如下问题：1、不能使单个翼型风帆根据所处风场中气流的风向、风速、风力大小，同步进行自适应调整射流道的导流能力，以获得最大的升阻比、以及形成最佳的周向运动的合力；2、不能通过每个翼型风帆的射流通道截面形状、数量配合，根据其所处风场中气流情况，各自对其射流通道进行自适应性调节，以获得最大的升阻比、以及形成最佳周向运动的合力；3、射流通道的自适应调节需要依据一定的规律性控制，才能获得最大的升阻比、以及形成最佳周向运动的合力；4、没有考虑如何布设单个翼型风帆的数量、位置，并使每个翼型风帆进行自适应性调节，使多个风帆组成的整个风机，达到最佳周向运动的合力。因此，如何使每个翼型风帆，根据所处风场中的方向和风速，通过对自身结构做出同步、灵活的适应性调整，获得最大的升阻比，进而获得最佳的圆周运动导向合力，使风能利用率达到最大，仍然需要进行深入的研究。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺不足，提供一种自适应升阻力调节的翼型风帆，其具有在不同风速下通过调节闸门开启程度以提高翼型风帆的风能利用率以及攻角发生变化利用风对翼型风帆的升力和阻力来提高其动力特性的特点。本技术要解决的技术问题还包括，提供一种由多个风帆组成的及垂直轴风机，由每个自因应风速变化的升阻力，从而达到最佳周向运动合力。本技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种自适应风速变化的升阻力调节的翼型风帆，其特征在于，其包括一截面呈翼型形状的翼型风帆主体，该主体设有上弧面A、下弧面B；所述翼型风帆主体由多组小翼型风帆通过垂直方向销连接方式拼接组成；在所述每组小翼型风帆内部，均水平设置有一个或多个用来提高其动力特性、横截面呈“Y”字型的单侧导通型空气射流通道；该“Y”字型流道的进气口设置在风帆主体的前缘，两个出气口设置在风帆主体的上弧面A上；所述进气口中心线与出气口中心线之间的夹角为45°～60°；在所述“Y”字型空气射流通道中，还设有一因应风向、风速并自控开闭截面的流量调节闸门；所述的调节阀门，根据风帆来流的不同风向和风速，对应地自行调节闸门开启程度、开闭截面大小，以调节空气射流通道内的空气流量和流速，使攻角相应发生变化来提高其动力特性，从而在风速变化时自动调节对翼型风帆的升力和阻力，以获得最大的升阻比，并形成最佳周向运动的合力，提高风能利用率。所述的流量调节闸门为单向阀门，其设置在空气射流道进气开口处，仅能向所述空气射流通道内侧方向打开；且该阀门的“Y”字型空气射流通道的进气口处；在该阀门内侧面上，设有一自适应、自复位的开闭控制装置，根据风速变化自适应过程函数控制所述闸门的开启截面的大小，该自适应过程函数是：X＝F/(a*cos45°)(3)F＝Sv2ρ(4)式中：X——闸门沿流道内开启的距离；F——气流作用在闸门上的力；S——闸门截面积；v——气流流速；ρ——气流密度；所述的自适应、自复位的开闭控制装置，是液压支撑杆或包绕有金属弹簧的弹簧支撑杆；所述液压支撑杆或弹簧支撑杆设置于所述空气射流道内，两端分别采用一T型接头将其连接在所述闸门及所述流道内壁上。形成所述的射流通道的进、出气口的开口高度h和开口宽度L应满足：式中：H——翼型风帆叶片的高度；c——翼型风帆的最大厚度。采用前述翼型风帆的垂直轴风机，其包括可旋转运动的环形运转平台，垂直于该平台平面沿环形均匀布设有多个所述翼型风帆叶片，其特征在于，为使垂直轴风机获得最佳的周向运动合力，翼型风帆叶片应满足以下条件：(1)运转平台上布置的所述翼型风帆叶片数量为单数；以避免风机迎风时，气流从相邻两块叶片之间的间隙进入，由对角的间隙流出，气流对风机的周向运动形成阻力；(2)结合运动特性和安全因素的考虑，所述翼型风帆叶片高度H和垂直轴风机运转平台半径R应满足：0.8H≦R≦H(7)。本技术提供的方翼型风帆、风机具有以下有益效果：1.捕风面积大。所述翼型风帆受到攻角不同的风时均能通过气流对所述翼型风帆产生升力和阻力形成最大合力，驱动所述翼型风帆向其前缘运动；2.风能利用率高。所述翼型风帆处于低于所述闸门的开启额定风速的低风速环境下，闸门完全闭合，最大程度上保持翼型的动力特性，更利于所述翼型风帆启动。其处于大于开启额定风速的环境下，液压支撑杆根据风力大小调节闸门的开启程度，气流流经所述“Y”字型空气射流通道并从出气口流出，产生反推力的效果，叠加上风对所述翼型风帆产生的升力，同时驱动其运动，处于不同风速下风能转化为所述翼型风帆的动能的转化率高。3.由多个翼型风帆(总数为单数)作为叶片组成的垂直轴风机，可通过每个翼型风帆在风场中所处位置上获得的自适应的升力、阻力，获本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应升阻力调节的翼型风帆，其特征在于，其包括一截面呈翼型形状的翼型风帆主体，其设有上弧面A、下弧面B；所述翼型风帆主体由多组小翼型风帆通过垂直方向销连接方式拼接组成；在所述每组小翼型风帆内部，均水平设置有一个或多个用来提高其动力特性、横截面呈“Y”字型的单侧导通型空气射流通道；该“Y”字型流道的进气口设置在风帆主体的前缘，两个出气口设置在风帆主体的上弧面A上；所述进气口中心线与出气口中心线之间的夹角为45°～60°；在所述“Y”字型空气射流通道中，还设有一因应风向、风速并自控开闭截面的流量调节闸门；所述的调节阀门，根据风帆来流的不同风向和风速，对应地自行调节闸门开启程度、开闭截面大小，以调节空气射流通道内的空气流量和流速，使攻角相应发生变化来提高其动力特性，从而在风速变化时自动调节对翼型风帆的升力和阻力。

【技术特征摘要】
1.一种自适应升阻力调节的翼型风帆，其特征在于，其包括一截面呈翼型形状的翼型风帆主体，其设有上弧面A、下弧面B；所述翼型风帆主体由多组小翼型风帆通过垂直方向销连接方式拼接组成；在所述每组小翼型风帆内部，均水平设置有一个或多个用来提高其动力特性、横截面呈“Y”字型的单侧导通型空气射流通道；该“Y”字型流道的进气口设置在风帆主体的前缘，两个出气口设置在风帆主体的上弧面A上；所述进气口中心线与出气口中心线之间的夹角为45°～60°；在所述“Y”字型空气射流通道中，还设有一因应风向、风速并自控开闭截面的流量调节闸门；所述的调节阀门，根据风帆来流的不同风向和风速，对应地自行调节闸门开启程度、开闭截面大小，以调节空气射流通道内的空气流量和流速，使攻角相应发生变化来提高其动力特性，从而在风速变化时自动调节对翼型风帆的升力和阻力。2.根据权利要求1所述自适应升阻力调节的翼型风帆，其特征在于，所述的流量调节闸门为单向阀门，其设置在空气射流道进气开口处，仅能向所述空气射流通道内侧方向打开；且该阀门的“Y”字型空气射流通道的进气口处；在该阀门内侧面上，设有一自适...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈佰满，李逸帆，廖文波，肖汉敏，秦贯丰，左远志，徐勇军，杨敏林，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：新型
国别省市：广东,44