專利名稱:運(yùn)動(dòng)流體力發(fā)生器的制作方法
此項(xiàng)發(fā)明敘述從運(yùn)動(dòng)流體中產(chǎn)生有用力的新裝置和新方法，它論及一種放在運(yùn)動(dòng)液體(例如空氣或水)中的主動(dòng)裝置，為的是有效地產(chǎn)生相對(duì)于需要的能量消耗而言的最大推動(dòng)力。在航海領(lǐng)域中，本發(fā)明的具體裝置可節(jié)省能源，因?yàn)樗蔑L(fēng)力推動(dòng)船舶，協(xié)助或代替船用的其他耗能推動(dòng)裝置。不過(guò)，本發(fā)明在其他領(lǐng)域和場(chǎng)合也是有用的，例如用于陸地或冰上車輛、風(fēng)車、渦輪、水力或風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
本發(fā)明是以前發(fā)明的改進(jìn)。以前的發(fā)明見(jiàn)1980年12月1日歸檔的80，25456號(hào)法國(guó)專利及1981年4月3日歸檔的81，06751號(hào)附加專利中敘述的申請(qǐng)，題目是“在流體產(chǎn)生運(yùn)送力的裝置”。為清楚起見(jiàn)，以前應(yīng)用的原理和結(jié)構(gòu)也在此闡述。
眾所周知利用普通的帆(被動(dòng)裝置)推動(dòng)小船需要較大的帆面積，這在實(shí)踐上有局限性，因?yàn)橛蛇@種結(jié)構(gòu)而得到的風(fēng)力與帆面積成正比。利用1931年弗萊特納在18，122號(hào)美國(guó)再發(fā)行專利中所述的“馬格努斯效應(yīng)”已取得了使用主動(dòng)裝置的成果，如連續(xù)不斷旋轉(zhuǎn)的圓筒。不過(guò)這些裝置對(duì)于必要的驅(qū)動(dòng)設(shè)備要付出很大的能量消耗，而且機(jī)構(gòu)復(fù)雜，原因是為了產(chǎn)生所需的推動(dòng)力需以每分鐘幾百轉(zhuǎn)的速度不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒。此外，它們?cè)诟淖兎较驎r(shí)必須停止轉(zhuǎn)動(dòng)后再反向，使操作受到限制。
尤其要指出的是，以前法國(guó)專利上所述的發(fā)明和現(xiàn)在的發(fā)明都是對(duì)于“風(fēng)馬達(dá)”類型的改進(jìn)，這類風(fēng)馬達(dá)在馮卡曼等人于1955年7月19日獲準(zhǔn)的2，713，392號(hào)美國(guó)專利中敘述過(guò)。而且，以前和現(xiàn)在的發(fā)明在有用力的輸出上實(shí)現(xiàn)了重大的改進(jìn)，相對(duì)于為了獲得有用的輸出而消耗的能量來(lái)說(shuō)，大大地提高了能量效率。
總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明和以前的發(fā)明都是利用一個(gè)固定而又可定向的空心體，采用管柱形或圓筒形，最好是具有特殊的橫截面形狀(即剖面)。此空心體專門安排了流體可滲透的區(qū)域(例如小孔)，借助適當(dāng)?shù)耐L(fēng)機(jī)或吸入裝置可從此區(qū)域吸入流體?？烧{(diào)的控制葉片或擋板提供了另外之特性，可以大大提高輸出力對(duì)輸入能的比例，以及提高該裝置操作的靈活性。
為了更好地了解本發(fā)明，以下討論關(guān)于附圖中圖1所示的一些基本原理，圖1是本項(xiàng)發(fā)明的原理示意圖。
圖1表示放在流體(例如空氣)中M點(diǎn)的一個(gè)裝置(例如船上的帆)，流體相對(duì)該裝置的速度為V，裝置受到一個(gè)作用力F，此力可分解為一個(gè)垂直于液體速度矢量V的驅(qū)動(dòng)力P和與速度矢量V同一方向的牽引力R。如果該裝置在M點(diǎn)按方向A移動(dòng)，與速度矢量形成傾角α，它就受到一個(gè)推進(jìn)力T的作用，此力相當(dāng)于驅(qū)動(dòng)力F在方向A上的投影，因此，對(duì)于一定大小的傾角(介于風(fēng)向和船的航向之間)，當(dāng)α小于90度時(shí)，推進(jìn)力T的大小隨驅(qū)動(dòng)力P的增加而增加，而牽引力R則減小。
通常，驅(qū)動(dòng)力和牽引力用無(wú)因次系數(shù)Cz和Cx表示，按下列公式求得CZ=P12ρ V2S]]>
CX=R12ρ V2S]]>式中P是驅(qū)動(dòng)力(相當(dāng)于空氣動(dòng)力學(xué)的升力)，R是牽引力，ρ是流體的密度，V是流體的速度，S是此裝置在垂直于流體運(yùn)動(dòng)方向V的平面上投影表面積。CZ和CX是眾所周知適用于翼面的升力和牽引力(CL和CD)系數(shù)。
考慮到這些表達(dá)式，顯然推進(jìn)力T可用下式表示T＝ 1/2 ρV2S(CZSinα-CXCosα)此式清楚地表明，對(duì)于一定的流體速度V和推進(jìn)力T的取向α，S與CZ的乘積越大，則推進(jìn)力也將減大。
如果這些結(jié)果應(yīng)用于不要外部供應(yīng)能量產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的傳統(tǒng)裝置(例如飛機(jī)機(jī)翼，船上的帆，風(fēng)車的葉片或帆，等等)，則系數(shù)Cz實(shí)際上總是低于1.7，但是對(duì)于有襟翼飛機(jī)的機(jī)翼，可能是2.2，對(duì)于超級(jí)支持裝置是2.7，顯然，產(chǎn)生高推動(dòng)力T需要的表面積太大，因此在實(shí)用上不方便。
已經(jīng)知道采用一種利用外部能量的主動(dòng)裝置來(lái)產(chǎn)生非常大的驅(qū)動(dòng)力P或升力系數(shù)Cz，例如，按照上述弗萊特納專利中敘述的所謂馬格努斯效應(yīng)，旋轉(zhuǎn)一個(gè)圓筒(圍繞其軸)并將其放在流體中，流體圍繞此圓筒流動(dòng)，流體流的偏轉(zhuǎn)對(duì)此圓筒產(chǎn)生一個(gè)很大的力，其方向取決于圓筒旋轉(zhuǎn)的速度和方向。圓筒的旋轉(zhuǎn)也推遲和減少了流體流與圓筒表面的分離和獲得的端流度的數(shù)值。
雖然馬格努斯效應(yīng)有可能產(chǎn)生高的系數(shù)Cz數(shù)值，但是產(chǎn)生如此結(jié)果所需圓筒旋轉(zhuǎn)的圓周速度導(dǎo)致機(jī)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，而且需要相當(dāng)大的功率;應(yīng)當(dāng)注意，例如圓筒的尺寸，其直徑必須是3米，高度15米，才能夠推動(dòng)一個(gè)比較小的船(即30米長(zhǎng))。機(jī)械復(fù)雜程度特別與搖擺、陀螺效應(yīng)等有聯(lián)系，這些效應(yīng)是由于旋轉(zhuǎn)這樣一個(gè)圓筒產(chǎn)生的，當(dāng)風(fēng)速高時(shí)，可達(dá)到400轉(zhuǎn)/分的必要旋轉(zhuǎn)速度。此外，應(yīng)用這種裝置推動(dòng)小船或輪船時(shí)，如果希望使推進(jìn)力反向，顯然必需使圓筒反轉(zhuǎn)，因?yàn)閼T性作用，反轉(zhuǎn)需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。
馮卡曼在1955年美國(guó)2，713，392號(hào)專利中已提出克服上述某些缺點(diǎn)的辦法。在專利中建議在船上采用一個(gè)固定的垂直圓筒推動(dòng)船只前進(jìn)，圓筒對(duì)空氣是可滲透的，空氣被吸入圓筒內(nèi)，使空氣流環(huán)繞圓筒表面流動(dòng)。一個(gè)短的偏轉(zhuǎn)器使圓筒周圍已分開(kāi)的氣流有不同長(zhǎng)度的路徑，導(dǎo)致產(chǎn)生橫向力作用在此圓筒上。但是，這種結(jié)構(gòu)在二十多年前法國(guó)的風(fēng)洞試驗(yàn)過(guò)程中系數(shù)Cz未超過(guò)2.4，以致于裝置不實(shí)用。類似的原理甚至早在1925年5月7日發(fā)行的英國(guó)222，845號(hào)專利中也在理論上提出過(guò)(N·V·Instituut Voor Aeroen-Hydrodynamiek)，但未能做出實(shí)用的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的概要本發(fā)明的目的是要提供一種驅(qū)動(dòng)力非常大的主動(dòng)裝置，CZ從5到6，需要的外部能量最少，沒(méi)有以前裝置的缺點(diǎn)，例如利用馬格努斯效應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒。顯然，按照本發(fā)明制造的裝置可用于許多方面，例如推動(dòng)一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體(例如船)，或者從流體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生有用的機(jī)械能，機(jī)械能又可借助發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變成電能。本發(fā)明不僅可以從風(fēng)能中獲得利益，而且可從河流、洋流、潮汐流，以至任何流體流(例如在渦輪中)中獲得利益。雖然本發(fā)明也適合非空氣之流體，但是下面將專門就空氣的流動(dòng)(風(fēng))進(jìn)行闡述，此處風(fēng)的驅(qū)動(dòng)力可與翼面的升力相當(dāng)。
雖然本發(fā)明利用的基本物理原理有點(diǎn)相當(dāng)于飛機(jī)翼面(即機(jī)翼或直升機(jī)槳葉)的空氣動(dòng)力學(xué)原理，但是這些原理應(yīng)用的條件是完全不同的，而且與翼面有區(qū)別。本發(fā)明對(duì)于低流速特別有用(例如低于50海里)，而飛機(jī)翼面一般涉及到很高的速度。此外，翼面主要與最大升力有關(guān)，基本上忽略節(jié)約能源問(wèn)題。相反，在目前情況下，主要考慮的是節(jié)能問(wèn)題，相對(duì)于能量消耗而言，要產(chǎn)生最大的驅(qū)動(dòng)力。再者，翼面設(shè)計(jì)與牽引力因素密切相關(guān)，而且竭力使升力系數(shù)(CL或CZ)與牽引力(CD或CX)之比值最合理。與此相反，牽引力在這里是不重要的，尤其是航海用途，在這種場(chǎng)合船體穿過(guò)水運(yùn)動(dòng)的阻力使流體對(duì)推進(jìn)裝置產(chǎn)生的牽引力不重要。
在翼面情況下，正常操作過(guò)程中升力的系數(shù)范圍為0.2到0.3。在著陸過(guò)程中襟翼擴(kuò)展時(shí)這個(gè)數(shù)值會(huì)增至2.5至3.0。牽引力系數(shù)CX為0.01的數(shù)量級(jí)，使Cz與Cx之比值適當(dāng)。
本發(fā)明提供的Cz值卻是5到8，這是驅(qū)動(dòng)力達(dá)到要求的指標(biāo)。效率按照流體流轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)力所消耗的能量來(lái)度量，可用一個(gè)能量系數(shù)(CA)表征。這個(gè)數(shù)值對(duì)于飛機(jī)的翼面是沒(méi)有意義的。
在本發(fā)明中，合理的能量消耗CA應(yīng)該是低于0.2。在CA從0.1到0.2的有用范圍內(nèi)，本發(fā)明產(chǎn)生的Cz值(相當(dāng)于驅(qū)動(dòng)力)是從5到8，遠(yuǎn)高于飛機(jī)翼面達(dá)到的數(shù)值。
本發(fā)明建議一個(gè)裝置放在按第一(流體)方向運(yùn)動(dòng)的流體中，為的是在第二(驅(qū)動(dòng))方向產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，第二方向相對(duì)于流體方向是橫截的。此裝置包括一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的空心體(例如一根管、一個(gè)圓筒或錐形柱)，該空心體在流體方向平面上有一圓形的橫截面(即剖面)，此截面對(duì)稱于對(duì)稱軸，該對(duì)稱軸規(guī)定了對(duì)流體方向的傾角。在用于船舶時(shí)，為了利用來(lái)自船兩側(cè)的風(fēng)力，必須使剖面和所有附屬設(shè)備(例如下述的小孔或擋板)都具對(duì)稱性。剖面最好有一細(xì)長(zhǎng)的頭部和一尾部，頭部的寬度從前往后增加，尾部的寬度則從前往后減小。此剖面是“厚的”，即剖面最大寬度介乎對(duì)稱軸向長(zhǎng)度的50%和100%之間。
尤其是，此剖面的尾部形狀部分是一不到半個(gè)圓的圓弧，其余實(shí)質(zhì)是部分橢圓(多于半個(gè)橢圓)、平滑地連到此圓弧上。此裝置也包括控制表面流體邊界層流動(dòng)的設(shè)備，控制方法最好是通過(guò)在本體表面產(chǎn)生相當(dāng)大的壓力降或真空(例如，通過(guò)此表面上流體可滲透區(qū)吸入)，至少在剖面尾部橫向驅(qū)動(dòng)力所指那一側(cè)(順風(fēng)面)某一區(qū)域要產(chǎn)生相當(dāng)大的壓力降或真空。在尾部有另外的裝置用以分隔本體外表面兩側(cè)的兩種流體流，此設(shè)備位于面向流體流動(dòng)方向的一側(cè)，即迎風(fēng)面。
本發(fā)明的這些特點(diǎn)有助于制造易于實(shí)現(xiàn)的推動(dòng)裝置，并且可以產(chǎn)生有用的巨大驅(qū)動(dòng)力，而能量消耗特別小。
這些優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)致放棄厚對(duì)稱體剖面的原始特點(diǎn)和剖面頭部特別細(xì)長(zhǎng)的形狀，而有可能將產(chǎn)生吸入作用的滲透區(qū)限制在剖面上的一個(gè)非常小的區(qū)域上，從而大大地減少此裝置需要消耗的能量。于是，只有當(dāng)本體外表面上(順風(fēng))流體邊界層的速度使得空氣流趨向離開(kāi)表面和產(chǎn)生湍流時(shí)，或者說(shuō)當(dāng)壓力梯度為正時(shí)，才有必要產(chǎn)生吸入作用(即抽吸)。但是，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，剖面的這種特別細(xì)長(zhǎng)形狀(尤其在剖面的頭部)有可能顯著地阻止這種狀況，從而將提供吸入作用必要的外表面流動(dòng)區(qū)域限制到比較小的范圍，而且限制吸入流速以及本體表面的真空度。
按照本發(fā)明，該裝置特別顯著的性能也來(lái)自吸入設(shè)備和本體的特厚剖面的結(jié)合，以便在滲透區(qū)吸流體入本體產(chǎn)生高真空或高壓力降。剖面的形狀也是有利的，因?yàn)檫@種形狀提供了一個(gè)足夠大的抽吸室，使內(nèi)部壓力迅速降至很低的水平，從而降低了空氣的運(yùn)動(dòng)的損失，這有助于降低流動(dòng)損失以及用于本裝置的能量消耗。
此外，借助特殊裝置和定尺寸的葉片或擋板(即無(wú)任何其他能量消耗)，分隔空心體周圍外(順風(fēng))和內(nèi)(迎風(fēng))表面上的流體流，可以防止形成寄生渦流和湍流，否則能量輸入一定時(shí)將使驅(qū)動(dòng)力減小。
很顯然，本發(fā)明裝置的若干特點(diǎn)要結(jié)合起來(lái)才能獲得驚人的使用效果。例如，當(dāng)本體的投影表面積為150平方米時(shí)，用一臺(tái)90馬力的電動(dòng)機(jī)抽真空，風(fēng)速每秒12米(24海里/小時(shí))就可推動(dòng)一條在最有利情況下最高速度14海里/小時(shí)的船只，船運(yùn)動(dòng)方向與風(fēng)向之間夾角α約為60度。為了獲得同樣的結(jié)果，帆的表面積必須有1000平方米，這勢(shì)必大大增加船只的總尺寸，以及操作這個(gè)帆所需的人數(shù)和設(shè)備。
為了說(shuō)明利用本發(fā)明的裝置獲得的節(jié)能效益還應(yīng)指出的是，在上例中，在船只裝備普通推進(jìn)設(shè)備的情況下，按照本發(fā)明的裝置在上文中指出的性能，需要大約1200馬力的發(fā)動(dòng)機(jī)。
最后指出，采用一個(gè)相對(duì)船體保持固定的裝置，顯然可以免除利用馬格努斯效應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒裝置而帶來(lái)的機(jī)械故障。
本發(fā)明的另一特點(diǎn)是，可提供自動(dòng)地調(diào)整本體剖面對(duì)稱軸的裝置，使之相對(duì)于流體方向有適當(dāng)?shù)膬A角。
實(shí)際上，按照本發(fā)明，此細(xì)長(zhǎng)體的剖面有一不到半個(gè)圓的圓弧的尾部，剖面的其余部分為橢圓形，大于半個(gè)橢圓，平滑地與圓弧相連。
細(xì)長(zhǎng)的頭部實(shí)際結(jié)構(gòu)為流線型，其截面為橢圓的一部分。
為了保證此裝置放在流速比正常速度高得多的流體中不致?lián)p壞，可以提高裝置的強(qiáng)度，或者在其細(xì)長(zhǎng)的頭部至少裝一可收縮的部件，這樣可減少本體的總表面積。
本發(fā)明的其他特點(diǎn)是，對(duì)于可收縮的部件可以設(shè)想各種不同的結(jié)構(gòu)。如果此細(xì)長(zhǎng)體尾部有一剛性圓筒形外殼，就可以用下述方法制造頭部單或雙壁的撓性、可膨脹外殼;相對(duì)于圓筒形外殼可徑向移動(dòng)的活動(dòng)箍，用撓性隔板連到外殼上;放在兩個(gè)支持物之間的撓性鳥嘴狀突出物，支持物例如是桿或繩，它們基本上平行于圓筒外殼的軸，而且產(chǎn)生間隙的效應(yīng);一個(gè)剛性類似鳥嘴的突出物，它相對(duì)于外殼可在徑向移動(dòng)。最后，此細(xì)長(zhǎng)體總成是伸縮式的，而且有許多剛性部件，至少一件由撓性材料制成，因此其長(zhǎng)度可任意縮短。
很顯然，這些特點(diǎn)可以改善該裝置在不利的高流速操作條件下的性能。因?yàn)榧?xì)長(zhǎng)頭部具有伸縮性則在任何需要的時(shí)候都可減小運(yùn)動(dòng)流體中本體的有效橫截面。
在順風(fēng)面控制邊界層的設(shè)備可以是組合或分開(kāi)的設(shè)備，例如吸流體入空心體的通風(fēng)機(jī)，和/或按照切于空心體的方向吹流體進(jìn)入外表面流體流的設(shè)備。
將外表面和內(nèi)表面流體流分開(kāi)的設(shè)備可以是空心體表面上凸出的擋板或葉片，或是將流體從空心體內(nèi)吹出來(lái)并置于外表面流體流中的設(shè)備，在流動(dòng)方向傾斜。擋板可以是直的或向內(nèi)彎曲的，吹風(fēng)設(shè)備可以徑向、傾斜或切向的，并與擋板相聯(lián)系，以便加速擋板附近外表面流體的流動(dòng)。
為了使驅(qū)動(dòng)力能夠反向，各種構(gòu)件都是成雙的，當(dāng)一構(gòu)件收縮或損壞時(shí)，另一構(gòu)件在工作，二者均對(duì)稱于空心體的對(duì)稱軸定位。要不然，設(shè)備可以是單構(gòu)件形式，可以移向空心體對(duì)稱軸的兩側(cè)。
本發(fā)明的另一特點(diǎn)是，在空心體的每一端最好有端板或相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，以限制不利的邊界渦流或湍流效應(yīng)。為了進(jìn)一步提高裝置的效率，每一端板可有一圓形部分，按外表面流體流的方向旋轉(zhuǎn);或者有吸入或吹風(fēng)設(shè)備，這些設(shè)備相對(duì)于端板表面是切向、垂直或傾斜的。
根據(jù)這些不同特點(diǎn)特別經(jīng)濟(jì)的組合，用細(xì)長(zhǎng)空心體內(nèi)的抽吸設(shè)備在其表面上建立真空，用細(xì)長(zhǎng)體上徑向安排的葉片或擋板分離內(nèi)側(cè)和外側(cè)表面流體流，在細(xì)長(zhǎng)體端部配有端板。按照本發(fā)明的具體裝置，抽吸設(shè)備至少有一臺(tái)通風(fēng)機(jī)，它的軸平行于細(xì)長(zhǎng)體的縱軸。通風(fēng)機(jī)放在空心體內(nèi)，分別靠近端部，以便在兩端之間整個(gè)距離上都能抽吸流體進(jìn)入空心體內(nèi)，而且，通過(guò)每一端盤朝外側(cè)吹出流體。這種方案特別適合伸縮式的細(xì)長(zhǎng)體。不過(guò)它也適用于所有其他的流線型結(jié)構(gòu)。最好在每一端板的周邊圓弧和尾部側(cè)面從徑向吹風(fēng)。吹風(fēng)橫截面足夠大以便減小壓力降落，否則會(huì)增加能量消耗。
本發(fā)明的另一具體結(jié)構(gòu)是，有一隔板在細(xì)長(zhǎng)體內(nèi)縱向延伸，為的是分開(kāi)兩個(gè)通過(guò)圓開(kāi)口相互連通的間隔。通風(fēng)機(jī)安在這些開(kāi)口上，將流體吸入一個(gè)有抽吸區(qū)的間隔內(nèi)，而且將它吹入另一個(gè)有吹風(fēng)區(qū)的間隔內(nèi)，置于擋板附近的流體流中。通風(fēng)機(jī)的軸最好垂直于裝有隔板的剖面對(duì)稱軸。為了使驅(qū)動(dòng)力反向，提供兩個(gè)抽吸區(qū)和兩個(gè)吹風(fēng)區(qū)，相對(duì)于剖面對(duì)稱軸對(duì)稱安排;而且提供覆蓋滲透區(qū)用的設(shè)備，這些滲透區(qū)與希望產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力的方向是不一致的。滲透區(qū)有空心體表面上構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)板，能夠朝空心體內(nèi)側(cè)打開(kāi);吹風(fēng)設(shè)備有空心體表面上構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)板，能夠朝空心體外側(cè)打開(kāi)。在這種結(jié)構(gòu)中，抽吸和吹風(fēng)板交替地打開(kāi)和關(guān)閉，如同通風(fēng)機(jī)操作功用，以及間隔兩側(cè)通風(fēng)機(jī)或者機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的降壓或抽空和超壓功用。
附圖簡(jiǎn)述以下就說(shuō)明用的具體裝置和附圖較詳細(xì)的描述本發(fā)明圖1，前已說(shuō)明，是矢量圖，表示所研究的裝置受推進(jìn)力T支配，該裝置位于點(diǎn)M，在風(fēng)向角α的A方向上移動(dòng)，當(dāng)裝置放在速度V的風(fēng)或流體流中時(shí)，產(chǎn)生橫向驅(qū)動(dòng)力P和受到牽引力R。
圖2a是環(huán)繞圓形物體的流體流圖形，用于說(shuō)明本發(fā)明的原理。
圖2b和2c是空心體局部橫截面示意圖，表示分開(kāi)外(順風(fēng))和內(nèi)(迎風(fēng))流體流的各種方法。
圖3示意地表示以前法國(guó)發(fā)明專利的具體裝置橫截面形式。
圖4a到4d表示用于本發(fā)明各種具體裝置的供選擇抽吸方案圖形。
圖5a到5c表示本發(fā)明具體裝置中偏轉(zhuǎn)擋板布置的供選擇方案。
圖6是先前發(fā)明裝置的另一橫截面示意圖，包括驅(qū)動(dòng)力反向的安排。
圖7是根據(jù)以前發(fā)明改進(jìn)后橫截剖面形狀的示意圖。
圖8是進(jìn)一步改進(jìn)后用于本發(fā)明的橫截剖面形狀示意圖。
圖9是船只的風(fēng)洞或?qū)嶋H試驗(yàn)獲得的一組曲線，表示不同剖面形狀的效率系數(shù)。
最佳具體裝置的詳細(xì)說(shuō)明正如以上所述，本發(fā)明包括一個(gè)適合放在以速度V流動(dòng)的流體流中的裝置，此裝置最好有一細(xì)長(zhǎng)管狀本體，在流體流方向上的橫截面為厚而對(duì)稱的圓形剖面，其頭部是細(xì)長(zhǎng)的，具有特殊形狀。但是，為了簡(jiǎn)單說(shuō)明本發(fā)明的原理，在圖2a上用圓形剖面的本體10表示。畫成圓形剖面僅僅是為了解釋，按照目前的發(fā)明最好是有類似下面所述的圖8的形狀。
如圖2a所示，具有速度V的流體流(例如風(fēng))沿著此剖面的X-X′軸流動(dòng)。X-X′有一橫截軸y-y′，將此剖面分成四個(gè)象限10a、10b、10c和10d，分別指定為第一限到第四象限。象限10b和10c形成剖面的頭部，首先受到流體流的沖擊，而象限10a和10d為剖面的尾部。流體流將分為如圖2a所示的兩束，這兩束是外側(cè)(順風(fēng))流體流11和內(nèi)側(cè)(迎風(fēng))流體流13。為了產(chǎn)生壓力差對(duì)細(xì)長(zhǎng)體10在橫向y-y′上提供合成的上升型驅(qū)動(dòng)力P(圖1)，有兩個(gè)主要特點(diǎn)。
在示意圖上12的安排是用來(lái)在空心體10內(nèi)產(chǎn)生真空或壓力降，主要在剖面的象限10a內(nèi)，在剖面尾部的順風(fēng)面上(表示在圖的上側(cè))。降壓方法是在空心體10的壁安排一β角大小的流體可滲透區(qū)54(例如帶孔)，并且在體內(nèi)裝上如通風(fēng)機(jī)之類的抽吸設(shè)備，將流體抽入空心體10內(nèi)，如下面所述?？蓾B透區(qū)54的位于空氣流11通常是和空心體表面分開(kāi)之處。可滲透區(qū)54和抽吸設(shè)備用來(lái)保持空氣流11環(huán)繞此剖面的外表面流動(dòng)，湍流最少。此外，第二束流體流環(huán)繞此剖面的另一(內(nèi)側(cè))表面流動(dòng)。
為了在空心體10的外面將外側(cè)流體流11與內(nèi)側(cè)流體流13分開(kāi)，提供了葉片或偏轉(zhuǎn)擋板14。葉片14也裝在剖面的尾部，但在尾部的內(nèi)(迎風(fēng))側(cè)(即象限10d)，與可滲透區(qū)相對(duì)應(yīng)。
正如圖1所示，這種安排在y-y′方向上產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)力P，橫切于流體流速V的方向。如果裝置M看成是風(fēng)V中的一個(gè)翼面，那么力P就是上升力，而R是對(duì)翼面的牽引力。為了使能量消耗最小，本發(fā)明的特點(diǎn)產(chǎn)生的升力系數(shù)Cz數(shù)值介乎5與8之間。
圖2b的結(jié)構(gòu)與圖2a不同，除擋板14a外，為了分開(kāi)外側(cè)和內(nèi)側(cè)流體流設(shè)備14包括用箭頭14b表示的裝置，用以將流體從徑向吹到本體10外面，14b位于擋板14a附近，在擋板14a的順風(fēng)面上，此處出現(xiàn)外側(cè)流體流。
按照另一種未在此表示的變型結(jié)構(gòu)，擋板14a可以是朝里彎曲的，在流體流的外表面上造成凹面。吹風(fēng)設(shè)備基本上是在切于空心體10的方向上作用，而且按照外側(cè)表面流體流的方向作用。
變型結(jié)構(gòu)圖2c有圖2a中的部件，但加有設(shè)備12后，用以在第一象限10a中產(chǎn)生真空，還有吹風(fēng)設(shè)備，在圖上用箭頭12b表示，12b在抽吸設(shè)備12a和擋板14a之間剖面的切向作用，而且按照外側(cè)表面流體流的方向作用。
按照此處未表示的另一裝置，圖2b和圖2c形式特點(diǎn)可以結(jié)合。按同樣方法，若干個(gè)象12b這樣的切向吹風(fēng)設(shè)備可以用在抽吸設(shè)備12a和擋板14b之間。
在此處未表示的另一變型結(jié)構(gòu)中，通常采用象圖2c中12b這類的吹風(fēng)的設(shè)備產(chǎn)生真空度，作用于圍繞第一象限10a流動(dòng)的流動(dòng)流。顯然，這種變型結(jié)構(gòu)可與任一種用于分開(kāi)外側(cè)表面和內(nèi)側(cè)表面流體流的設(shè)備14之各種變型結(jié)構(gòu)結(jié)合起來(lái)。
圖2d表示本發(fā)明的又一變型結(jié)構(gòu)，按照這種結(jié)構(gòu)，用以分開(kāi)外側(cè)和內(nèi)側(cè)表面流體流的設(shè)備不包括擋板，只用吹風(fēng)設(shè)備14c，它一般在第四象限作用，在內(nèi)側(cè)表面流體流處沿著切于空心體10的方向，從空心體10將流體吹到外面，而且沿著內(nèi)側(cè)表面流體流的方向。
因此，采用任一種上述設(shè)備，尤其是采用抽吸裝置12a，可以使外側(cè)流體流沿著剖面的真空或壓力降方向運(yùn)動(dòng)，如圖2a到2d所示。
圖3表示以前發(fā)明的特點(diǎn)，按照這個(gè)發(fā)明，本體110有一厚和圓形剖面，以XX′為對(duì)稱軸。更特別的是，如圖3所示，本體110的剖面有一細(xì)長(zhǎng)的頭部110a，其厚度從前朝后增大;并且有一尾部110b，其厚度從前朝后減小。如果e是剖面的最大寬度，1是長(zhǎng)度或桁弦，那么在這種情況下e/1稍大于0.5，可能在0.5和1.00之間。
用這種剖面，可通過(guò)剖面對(duì)稱軸XX′對(duì)于流體流方向(即風(fēng)向)傾斜來(lái)提高驅(qū)動(dòng)力P，傾斜角度為i。剖面頭部的細(xì)長(zhǎng)形狀延遲了流體流離開(kāi)本體，可以減小滲透區(qū)54的面積，從而減少了需要的抽吸功率。圖3表示一種有滲透區(qū)54和擋板14a的裝置，如同圖2a。這種安排可使驅(qū)動(dòng)力P與抽吸耗能之比值最佳。
在圖3中，用來(lái)分開(kāi)兩種表面流體流11和13的裝置14是一塊輻射狀布置在本110外面的剛性平擋板14a。由于系數(shù)Cz隨擋板長(zhǎng)度增大，因此擋板14a的長(zhǎng)度是R/2到R(R是本體110半圓尾部的半徑)，超出這個(gè)范圍基本上無(wú)優(yōu)越性?；蛘邠醢?4a延長(zhǎng)到剖面的最低點(diǎn)之下，如圖3所示。據(jù)說(shuō)這種安排對(duì)下述情況特別有利滲透區(qū)位于外側(cè)流體流離開(kāi)本體之處，即圖3中外表面上靠近尾部110b開(kāi)始之處。這個(gè)位置在離OX軸65度和150度之間(0是外殼110斷面的圓心，角度按順時(shí)針?lè)较蚨攘?。滲透區(qū)54如圖3所示甚至可減小到45度的β角，β角的中心線離OX軸約110度，所以滲透區(qū)從距離OX軸85度到130度。換言之，滲透區(qū)54延伸范圍在桁弦的60%和90%之間，從頭部邊沿計(jì)起。
滲透區(qū)54對(duì)流體流的滲透度(即孔隙度)不必一直相同，而是可以調(diào)節(jié)的，最好選擇在20%到30%之間。滲透區(qū)54可有兩個(gè)或更多的分開(kāi)的區(qū)域設(shè)在上述角度范圍內(nèi)，據(jù)說(shuō)在有限的抽吸流動(dòng)率情況下是有利的。在本體10或110內(nèi)要產(chǎn)生的內(nèi)部壓力至少是外部壓力減去穿過(guò)滲透區(qū)54和其他流動(dòng)損失后那樣低的數(shù)值。為了節(jié)省能量，抽吸功率只限于抽吸流體邊界層需要的功率。
擋板14a最好是相對(duì)于OX′軸傾斜(位于滲透區(qū)54的對(duì)側(cè)，即迎風(fēng)面)。相對(duì)于OX′的傾角如介于35和45度之間，可獲得高的系數(shù)Cz值;如介于15和25度之間，則可提高升力系數(shù)Cz和牽引力系數(shù)Cx最大比值。單擋板14a是最佳的，如下所述做成活動(dòng)的，它可從XX′軸的一側(cè)到另一側(cè)，與希望施加驅(qū)動(dòng)力的方向一致。
以上用圖說(shuō)明的各種抽吸方案可單獨(dú)或聯(lián)合用于圖3形狀。圖4a到4d是另外一些表示抽吸方案的例子，主要在第一象限10a或者第四象限10d產(chǎn)生真空或壓降，與希望給出驅(qū)動(dòng)力的方向一致。這些方案可以防止本體表面尾部薄的外側(cè)(即順風(fēng))流體流或邊界層分開(kāi)。而且限制湍流。
為此，圖4a和4b表示本體10可包括流體可滲透外殼101和不可滲透外殼102，后者有一切口16，占其周界的一部分，切口寬度限定了滲透區(qū)角度β(參看圖2a)。在圖4a的具體裝置中，可滲透的外殼101安置在不滲透外殼102的外側(cè)，但在圖4b中卻相反?？蓾B透外殼101可以是一孔隙性或帶孔的壁或網(wǎng)、格柵、縫縫隙等。滲透區(qū)β角在第一象限，但也可延伸到第二象限，約達(dá)25度之寬。如果要驅(qū)動(dòng)力反向時(shí)，這種情況就反過(guò)來(lái)，滲透區(qū)在第四象限，有可能延伸到第三象限。所以，將流體不可滲透外殼102做成可定向的，以便能夠?qū)⑶锌?6從第一象限移入第四象限。
圖4C的變型結(jié)構(gòu)是圖4a和4b結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，在操作過(guò)程中可以調(diào)節(jié)β角。為此，流體不可滲透外殼102實(shí)際上由103和104兩塊外殼組成，其中至少一塊是可定向的。因此，如果103對(duì)XX′軸對(duì)稱，則如圖上116所示移動(dòng)外殼104就可以改變切口16的寬度和將切口從本體上部(見(jiàn)圖)移到本體下部，或者相反地移動(dòng)。
如欲改變驅(qū)動(dòng)力的方向，圖4d的變形結(jié)構(gòu)就可以在一次操作中同時(shí)調(diào)整工作的滲透區(qū)和擋板。按這種形式，空心體10包括一塊固定的內(nèi)殼105(除在滲透區(qū)54和54′之外，它是不滲透的)和可定向、不滲透外殼106，后者作為一塊蓋板或活門可以移動(dòng)以遮蓋滲透區(qū)54或54′。
按照此處未表示的一種變型結(jié)構(gòu)，滲透區(qū)可在本體10外殼上做成閘式，并且開(kāi)口朝本體10之內(nèi)側(cè)。
如果驅(qū)動(dòng)力要反向(當(dāng)流體改變方向時(shí))那么擋板14和帶孔區(qū)54的象限位置要交換。圖5a和圖5b表示擋板的兩種變型結(jié)構(gòu)，均可用于圖3裝置中以達(dá)到擋板14在第一和第四象限之間顛倒的目的。如圖5a所示，按照本發(fā)明的裝置包括兩塊輻射狀平的擋板14a和14b，對(duì)稱地安排在XX′軸兩側(cè)。正如可以看到的那樣，擋板14a、14b均可分別縮回到徑向縫隙18a、18b中，以便完全縮回本體內(nèi)。更加特別的是，當(dāng)擋板14a和14b其中之一伸出時(shí)，另一擋板就縮回;反之亦然。這有助于驅(qū)動(dòng)力P反向。
圖5b表示擋板的另一種結(jié)構(gòu)形式，如前面變型結(jié)構(gòu)一樣，兩塊擋板24a、24b相對(duì)于XX′軸對(duì)稱布置。每一擋板沿著本體10的母線20可轉(zhuǎn)動(dòng)地安在本體10上。這樣它就能夠向下轉(zhuǎn)到本體10上面。擋板有一平或朝內(nèi)彎曲的形狀，與本體10之剖面吻合，不致阻止流體流圍繞本體10流動(dòng)。如同圖5a結(jié)構(gòu)中一樣，一塊擋板24b是倒在本體10上，而另一塊24a是處于運(yùn)行狀態(tài)，或者相反，與希望施加推動(dòng)力的方向一致。
圖5c表示另一變型結(jié)構(gòu)，有一塊平的輻射狀擋板34a安在本體10上，它可以圍繞本體10的軸移動(dòng)，所以它能在角度方面調(diào)整，而且能在第四和第一象限之間移動(dòng)，與施加驅(qū)動(dòng)力的方向一致。
可以采用其他的擋板結(jié)構(gòu)。特別是兩塊膨脹的擋板相對(duì)于XX′軸對(duì)稱定位，交替膨脹，與本裝置建立驅(qū)動(dòng)力的方向一致。
假?gòu)较蚧驈较虼碉L(fēng)設(shè)備14b(圖2b)，當(dāng)加速外側(cè)表面流體流時(shí)其作用好象是內(nèi)外側(cè)表面流體流之間的一塊擋板。假切向或切向吹風(fēng)設(shè)備12b、14c(圖2c和2d)輸送由于對(duì)本體10壁的摩擦已失去能量的薄流體流，并且輸送由于誘發(fā)效應(yīng)造成的流體流層。
變型結(jié)構(gòu)圖5c可用于圖4d，如圖6所示。此處本體10的形狀同圖3，有一半圓形尾部110b和圓形細(xì)長(zhǎng)頭部110a，滲透區(qū)54，54a在本體10上做成，對(duì)稱于XX′軸，位置和尺寸前面已有說(shuō)明。在本體10外面安有一塊圓弧狀外殼或活門106(見(jiàn)圖4d)，可以移動(dòng)以調(diào)節(jié)一個(gè)滲透區(qū)54或54a的角度范圍，此時(shí)堵住另一個(gè)滲透區(qū)，如圖4c和4d所示。擋板14a于是安在活門106弧的中心，可以同時(shí)移動(dòng)。這樣，只要將106和14a組件從第四象限移動(dòng)第一象限或者相反，就可以改變驅(qū)動(dòng)力的方向。
圖7表示用于上述結(jié)構(gòu)的另一剖面210。在這種情況下，頭部210a是半橢圓形，與半圓形的尾部210b平滑相連(如同圖6)，半圓的直徑等于橢圓的短直徑。在這個(gè)例子中，橢圓寬長(zhǎng)比約為0.5，即橢圓短直徑約為長(zhǎng)直徑的0.5倍，因此剖面的總寬度比約為0.66。
在圖6中，有兩個(gè)對(duì)稱安排的滲透區(qū)54、54a。這些區(qū)域范圍在距OX軸85度和130度之間，孔隙度20%和50%，最佳值約為30%到40%。擋板14a裝于圓弧形的活門206上，此活門可以調(diào)節(jié)以便選擇擋板14a的象限和調(diào)定其傾角，還可以堵住不需要的滲透區(qū)，而將工作滲透區(qū)從54移至54a，或者相反。
圖8表示按照本發(fā)明改進(jìn)后的剖面310，已發(fā)現(xiàn)這種剖面相對(duì)于能量消耗的有效驅(qū)動(dòng)力比圖7中的形式提高了20%。按這種形式，剖面310也是對(duì)稱于XX′軸，其尾部310b只有部分是圓弧AB。尾部310b的其余部分以及整個(gè)頭部310a最好是橢圓的一部分(大于半個(gè)橢圓)，與圓弧AB平滑相連。最好的形式是，圓弧AB對(duì)稱于OX′軸，對(duì)著中心O為90度。中心O與頭部310a尖端距離占總剖面長(zhǎng)度的74%，而圓弧的半徑是剖面長(zhǎng)度的26%。這種剖面可以認(rèn)為是由一個(gè)短長(zhǎng)直徑之比為0.66的橢圓得出，但在橢圓端部?jī)?nèi)接一段90度圓弧。擋板14a位于離OX′軸35度處?；铋T306可以是上述的圓弧形，需要時(shí)在它與本體310之間提供適當(dāng)?shù)钠胀芊?。也可以將活門的形狀做成與其所安放的剖面部分一致，即是橢圓弧形而非圓弧形。其他的活門設(shè)計(jì)也可以采用。
圖8的布置也有減小滲透區(qū)的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于約45%的孔隙度，滲透區(qū)的范圍(當(dāng)投影在XX′軸上時(shí))由頭部尖端計(jì)起，從占剖面長(zhǎng)度的75%到91%。而在圖7中，滲透區(qū)的范圍距離尖端約為63%到88%的剖面長(zhǎng)度。滲透區(qū)較小進(jìn)一步減少了抽吸設(shè)備降低本體內(nèi)壓力所需的功率，從而節(jié)省了能量消耗。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)從圖9更顯而易見(jiàn)，圖9是若干裝置的CZ與CA關(guān)系曲線，所有結(jié)果均根據(jù)長(zhǎng)弦比約為6的系數(shù)獲得。顯然，曲線越陡，由增加能量消耗使CZ增加所獲得收益就越大。實(shí)際上，為了使消耗在通風(fēng)機(jī)上進(jìn)行抽吸降壓的功率不應(yīng)太大，能量系數(shù)CA不應(yīng)超過(guò)0.2。此外，CZ低于5相對(duì)于成本和可得到的利益來(lái)說(shuō)是沒(méi)有什么實(shí)用價(jià)值，因此CA的有用區(qū)域在0.1和0.2之間。
圖9中曲線1是基于操作馬格努斯效應(yīng)轉(zhuǎn)子裝置(無(wú)端板)的試驗(yàn)結(jié)果。由圖可見(jiàn)，在能量消耗的有用范圍內(nèi)，升力系數(shù)CZ介于4和約5.1之間。
曲線2表示對(duì)于一個(gè)類似的吸入圓筒獲得相應(yīng)結(jié)果，CA值較大時(shí)產(chǎn)生的CZ值比馬格努斯裝置大，但在有用范圍內(nèi)效率不如馬格努斯效應(yīng)裝置，CZ介于2和4之間。但是，圖7裝置試驗(yàn)的曲線3對(duì)于相當(dāng)?shù)脑试S能量消耗卻具有較大的有用值CZ(從約4.5到接近6)。
比較曲線2和3可見(jiàn)，與圓剖面相比，具有細(xì)長(zhǎng)頭部的剖面可以減少產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力所需的抽吸能量消耗。于是，在風(fēng)推動(dòng)的情況下，如果風(fēng)向和本體10剖面對(duì)稱軸XX′之間的傾角i接近30度到35度，與相同投影表面積的全為圓形橫截面的本體相比，用于穿過(guò)剛性圓筒外殼50上滲透區(qū)54達(dá)到CZ＝5時(shí)的抽吸能量消耗大約可減少一半。
圖8舉例說(shuō)明的本發(fā)明之性能用圖9中曲線4表示，與其他裝置相比對(duì)于一定的CA，獲得的CZ大大增加，或者說(shuō)對(duì)于一定的CZ，通風(fēng)機(jī)所需的能量大大減少，在獲得類似的驅(qū)動(dòng)力情況下，比圖7形式減少能量達(dá)20%。
不用說(shuō)，圖2a到2d，4a到4c和5a到5c各種不同結(jié)構(gòu)均可用于圖8的剖面形式。
當(dāng)然，圖3、圖6和圖7裝置的結(jié)構(gòu)和用途也同樣適合改進(jìn)的圖8形式，這幾種結(jié)構(gòu)都在前述的法國(guó)專利應(yīng)用中就圖2a-2d、3a-3d、4a-4c、5a-5b、6a-6b、8a-8e、9a-9e和10-15，以及其中所述的變形結(jié)構(gòu)里作過(guò)說(shuō)明。
正如上述，按照本發(fā)明該裝置既可用于控制運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)，例如船舶，又可用于產(chǎn)生能量，尤其是驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能或電力。按照本發(fā)明構(gòu)成的若干裝置可以組合使用。
顯然，應(yīng)用此裝置時(shí)，提供探測(cè)風(fēng)向或其他流體方向的設(shè)備是有利的。這些探測(cè)設(shè)備本身可按已知方式操縱伺服控制器，自動(dòng)地根據(jù)給定的對(duì)于風(fēng)向的傾角i使XX′軸定向。
應(yīng)用本發(fā)明的這些裝置生產(chǎn)能量時(shí)，若干種直觀地?cái)⑹鲞^(guò)的裝置可在風(fēng)或其他流體中相互垂直或水平安放，形成一個(gè)閉合回路，而這些裝置沿著此回路在風(fēng)力作用下圍繞固定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，以便驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。也可以用目前的裝置作為水平軸式、雙葉片或多葉片式風(fēng)動(dòng)發(fā)電機(jī)的葉片，使裝置象葉片那樣圍繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或泵，而旋轉(zhuǎn)力量來(lái)自旋轉(zhuǎn)方向上的驅(qū)動(dòng)力。在這種情況下，由于擋板的自轉(zhuǎn)，形成葉片的裝置自動(dòng)地旋轉(zhuǎn)，而且空氣在離心力的作用下被抽到里面，朝著周圍端部輸送?？紤]到用這樣的裝置產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力大，很顯然用單個(gè)元件的這種風(fēng)動(dòng)發(fā)電機(jī)可以獲得用普通多葉片的風(fēng)動(dòng)發(fā)電機(jī)類似的效果。最后指出，按照本發(fā)明做出的裝置也能用來(lái)代替普通葉片或旋轉(zhuǎn)葉片或大部分不同類型的推進(jìn)設(shè)備。
當(dāng)然，本發(fā)明不限于上面作為舉例說(shuō)明的具體裝置，事實(shí)上本發(fā)明包括由此而產(chǎn)生的各種變型結(jié)構(gòu)。因此，此剖面從頭到尾都可改變。同樣，設(shè)備抽吸設(shè)備、吹風(fēng)設(shè)備和擋板的位置可以不同，而且在本體上從頭到尾可以分級(jí)。為此，本體可分為許多段，每一段都可獨(dú)立定向。擋板也可用撓性材料制成，可裝在本體上從頭到尾的不同位置上。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明的裝置是放在第一方向運(yùn)動(dòng)的流動(dòng)中以便在第二方向產(chǎn)生力，第二方向?qū)嵸|(zhì)上橫截第一方向。其特征是上述裝置包括一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的本體，其橫截面為圓形和對(duì)稱的剖面，對(duì)稱軸規(guī)定了對(duì)于第一方向的傾角。上述剖面有一個(gè)圓形、細(xì)長(zhǎng)的頭部和圓形尾部，頭部厚度從前到后增大，尾部厚度以前到后減小。剖面的最大厚度占對(duì)稱軸方向上剖面的長(zhǎng)度的50%到100%。剖面尾部的截面是一小于半個(gè)圓的圓弧，剖面的其余部分的形狀光滑地連到上述圓弧上。此裝置也包括在抽吸區(qū)中將流體抽入本體內(nèi)設(shè)備，抽吸區(qū)位于剖面的第一側(cè)(上述力要朝這一側(cè)產(chǎn)生)，至少位于剖面的尾部。此外，至少在本體上突出一塊擋板，位于剖面的尾部，在剖面第一側(cè)對(duì)面的第二側(cè)上。
2.按照權(quán)項(xiàng)1所述的裝置，其特征是它包括使本體剖面對(duì)稱軸定向的設(shè)備，它是根據(jù)相對(duì)第一方向的一定的傾角來(lái)確定的。
3.按照權(quán)項(xiàng)1所述的裝置，其特征是其尾部剖面實(shí)質(zhì)上是四分之一的圓弧。
4.按照權(quán)項(xiàng)1所述的裝置，其特征是其本體的細(xì)長(zhǎng)頭部至少有一可收縮的部件。
5.按照權(quán)項(xiàng)4所述的裝置，其特征是其本體包括至少一個(gè)尾部的剛性、筒形外殼和一個(gè)頭部的收縮流線型外殼。
6.按照權(quán)項(xiàng)5所述的裝置，其特征是上述流線型外殼包括一個(gè)裝在筒形外殼外側(cè)上的可膨脹外殼。
7.按照權(quán)項(xiàng)6所述的裝置，其特征是其外殼包括一層撓性壁，并且有設(shè)備將壓縮氣引入上述壁和上述筒形外殼限定的容積內(nèi)。
8.按照權(quán)項(xiàng)6所述的裝置，其特征是其外殼包括一個(gè)雙層、撓性和預(yù)成形的壁，并且有設(shè)備將壓縮氣引入上述雙層壁限定的容積內(nèi)。
9.按照權(quán)項(xiàng)5所述的裝置，其特征在于其流線型外殼包括一個(gè)有圓弧形橫截面的剛性箍，相對(duì)于上述的對(duì)稱軸在上述筒形外殼的外表面上對(duì)稱安排，而且有兩塊隔板將剛性箍與筒形外殼相連，在那里有設(shè)備按照對(duì)稱軸的方向在工作位置和收縮位置之間移動(dòng)此剛性箍，在工作位置剛性箍遠(yuǎn)離筒形外殼，在收縮位置剛性箍靠近筒形外殼。
10.按照權(quán)項(xiàng)9所述的裝置，其特征在于上述每一塊隔板包括單層撓性壁，在那里有設(shè)備將壓縮氣引入上述筒形外殼、剛性箍和撓性壁之間的容積內(nèi)。
11.按照權(quán)項(xiàng)9所述的裝置，其特征在于上述每一塊隔板包括一撓性和預(yù)成形的雙壁，在那里有設(shè)備將壓縮氣引入雙壁限定的容積內(nèi)。
12.按照權(quán)項(xiàng)5所述的裝置，其特征在于上述流線型外殼至少有一個(gè)撓性鳥嘴狀突出物在筒形外殼的表面，處在第一支持物(大體上平行于上述筒形外殼的對(duì)稱軸和穿過(guò)上述對(duì)稱軸)和第二支持物(大體上平行于第一支持物)之間。突出物位于剖面的第一側(cè)，離筒形外殼有一定距離。因此，撓性鳥嘴狀突出物限定了本體剖面的頭部邊沿，并且對(duì)筒形外殼造成縫隙效應(yīng)。
13.按照權(quán)項(xiàng)12所述的裝置，其特征在于上述第二支持物相對(duì)于上述的對(duì)稱軸從剖面一側(cè)到另一側(cè)可移動(dòng)，承載力必須在這一側(cè)產(chǎn)生。
14.按照權(quán)項(xiàng)12所述的裝置，其特征是提供了設(shè)備以相對(duì)于至少一個(gè)上述支持物移動(dòng)撓性鳥嘴狀突出物，以便改變突出物的表面。
15.按照權(quán)項(xiàng)12所述的裝置，其特征是上述流線型外殼包括兩個(gè)撓性鳥嘴狀突出物，相對(duì)于第一支持物和兩個(gè)第二支持物之間的對(duì)稱軸對(duì)稱排列，并且相對(duì)于上述對(duì)稱軸對(duì)稱排列。
16.按照權(quán)項(xiàng)14所述的裝置，其特征在于上述流線型外殼包括兩個(gè)圓弧形橫截面的剛性鳥嘴狀突出物，安排在上述剖面的兩側(cè)，對(duì)稱于上述軸，處于剛性筒形外殼的外側(cè)。裝有設(shè)備按照平行于上述對(duì)稱軸的方向、在突出物遠(yuǎn)離筒形外殼的操作位置和突出物靠近筒形外殼的收縮位置之間、交替地移動(dòng)每一個(gè)剛性鳥嘴狀突出物。上述的設(shè)備作用是使在上述剖面第一側(cè)面上的剛性鳥嘴狀突出物進(jìn)入操作位置，使另一剛性鳥嘴狀突出物進(jìn)入收縮位置。
17.按照權(quán)項(xiàng)1所述的裝置，其特征在于本體至少包括兩個(gè)同軸的外殼部分，至少其中一個(gè)外殼部分對(duì)流體是不滲透的、可定向的、而且至少有一個(gè)限定抽吸區(qū)的分段的切口，而另一外殼部分對(duì)流體是可滲透的。
18.按照權(quán)項(xiàng)17所述的裝置，其特征在于本體包括兩個(gè)流體不可滲透的外殼部分，兩部分均可獨(dú)立定向，以便調(diào)節(jié)上述切口的寬度。
19.按照權(quán)項(xiàng)17所述的裝置，其特征在于本體包括限定兩個(gè)滲透抽吸區(qū)的一個(gè)不滲透外殼部分，這兩個(gè)滲透抽吸區(qū)對(duì)稱于剖面的軸;本體還包括一個(gè)可定向、圓弧形、不滲透的外殼部分，這外殼部分遮掩一個(gè)或另一個(gè)抽吸區(qū)。
20.按照權(quán)項(xiàng)1所述的裝置，其特征是本體至少有一裝有閘板的不滲透外殼部分，閘板朝內(nèi)打開(kāi)，以限定抽吸區(qū)。
21.按照權(quán)項(xiàng)1所述的裝置，其特征是其包括兩塊剛性擋板、每一塊都可相對(duì)本體移動(dòng)，為的是能夠處于不改變本體剖面的不工作狀態(tài)。上述兩塊擋板相對(duì)于剖面對(duì)稱軸對(duì)稱定位，因此，當(dāng)一塊相對(duì)于本體突出時(shí)，另一塊處于不工作狀態(tài);反之亦然，與產(chǎn)生上述力的一側(cè)相適應(yīng)。
22.按照權(quán)項(xiàng)21所述的裝置，其特征是其擋板實(shí)際上是平的和相對(duì)于本體輻射狀定位，因此它們平行滑入本體上形成的縫隙內(nèi)就可縮回。
23.按照權(quán)項(xiàng)1所述的裝置，其特征是它包括兩個(gè)可膨脹的擋板，相對(duì)于剖面的對(duì)稱軸對(duì)稱安排，當(dāng)一塊擋板收縮時(shí)另一塊膨脹，或者相反，與必須產(chǎn)生承載力的一側(cè)相適應(yīng)。
24.按照權(quán)項(xiàng)1所述的裝置，其特征是它包括一塊實(shí)質(zhì)上是平的剛性擋板，相對(duì)于本體呈輻射狀安排。上述擋板在剖面的尾部，可從剖面的一側(cè)移動(dòng)到另一側(cè)，與產(chǎn)生上述力的一側(cè)相適應(yīng)。
25.按照權(quán)項(xiàng)21所述的裝置，其特征是上述擋板可轉(zhuǎn)倒在本體上面，以便選用本體的剖面。
26.按照權(quán)項(xiàng)1所述的裝置，其特征是在本體的每一端裝有圓盤。
27.按照權(quán)項(xiàng)26所述的裝置，其特征是每一圓盤都與本體組成一體，而且在靠近本體的表面上有一設(shè)備，此設(shè)備在剖面第一側(cè)的某區(qū)域，起碼在剖面的尾部，將流體抽入本體內(nèi)。
28.按照權(quán)項(xiàng)26所述的裝置，其特征是至少一臺(tái)通風(fēng)機(jī)裝于本體內(nèi)，靠近本體的至少一個(gè)端部，通風(fēng)機(jī)的軸與本體的縱軸平行，目的是將流體通過(guò)吸入?yún)^(qū)抽入體內(nèi)，并且將該流體通過(guò)端部圓盤吹到外面。
29.按照權(quán)項(xiàng)28所述的裝置，其特征是上述通風(fēng)機(jī)將流體吹向相應(yīng)圓盤圓周上至少一個(gè)圓弧形開(kāi)口。
30.本發(fā)明的裝置放在第一方向運(yùn)動(dòng)的流體中以便在第二方向產(chǎn)生力，第二方向?qū)嵸|(zhì)上橫截第一方向。其特征是上述裝置包括一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的本體，其橫截面為圓形和對(duì)稱的剖面，對(duì)稱軸規(guī)定了對(duì)于第一方向的傾角。上述剖面有一個(gè)圓形和細(xì)長(zhǎng)的頭部，其厚度從前到后增大;還有一個(gè)圓形尾部，其厚度從前到后減小。剖面的最大厚度占對(duì)稱軸長(zhǎng)度的50%到100%。剖面尾部的截面是一小于半個(gè)圓的圓弧，剖面的其余部分的形狀是光滑地連到上述圓弧上。上述細(xì)長(zhǎng)體包括一個(gè)不滲透外殼，其上有兩個(gè)滲透抽吸區(qū)，相對(duì)于對(duì)稱軸對(duì)稱分布，位于剖面尾部，細(xì)長(zhǎng)體上還有一彎曲的不滲透外殼，可以定向以便遮蓋上述抽吸區(qū)之一，此抽吸區(qū)在剖面的一側(cè)，與產(chǎn)生力的另一側(cè)相對(duì)應(yīng)。上述裝置還包括通過(guò)上述另一個(gè)抽吸區(qū)將流體吸入體內(nèi)的設(shè)備和一塊大體上平的剛性擋板，此擋板相對(duì)于本體呈輻射狀突出，由不滲透外殼支承形成一個(gè)組合體，擋板位于剖面尾部一側(cè)，與產(chǎn)生力的另一側(cè)相對(duì)應(yīng)。將上述組合件從剖面的一側(cè)移向另一側(cè)即可改變力的方向。
31.適合放在按第一方向(流體)運(yùn)動(dòng)的流體中，在橫截第一方向的第二方向產(chǎn)生力的裝置，其特征是它包括一個(gè)橫截面為圓形、相對(duì)于對(duì)稱軸對(duì)稱的細(xì)長(zhǎng)體，其頭部的寬度沿對(duì)稱軸從尖端到最大寬度處增加，其尾部的寬度沿對(duì)稱軸則從最大寬度到尾部端點(diǎn)減小。剖面的尾部為一小半圓的圓弧形，剖面的其余部分為非圓形，光滑地與上述圓弧相連。在剖面尾部?jī)蓚?cè)相對(duì)于對(duì)稱軸對(duì)稱布置的設(shè)備，用以控制本體表面上流體的邊界層，使流體在本體表面上平穩(wěn)流動(dòng)。從本體朝外延伸的擋板在剖面尾部可隨對(duì)稱軸兩側(cè)的狀態(tài)而調(diào)節(jié)。而且還有設(shè)備使上述邊界層設(shè)備在對(duì)稱軸的一側(cè)不起作用，同時(shí)根據(jù)上述一側(cè)的狀態(tài)調(diào)節(jié)擋板。
32.按照權(quán)項(xiàng)31所述的裝置，其特征是上述剖面是細(xì)長(zhǎng)的，而且在對(duì)稱軸的方向上頭部長(zhǎng)于尾部。
33.按照權(quán)項(xiàng)32所述的裝置，其特征是橫截對(duì)稱軸的上述剖面最大寬度是該剖面軸向長(zhǎng)度的0.5-1.0倍。
34.按照權(quán)項(xiàng)30或31所述的裝置，其特征是上述擋板的長(zhǎng)度為上述圓弧曲率半徑的0.5-1.0倍。
35.按照權(quán)項(xiàng)30或31所述的裝置，其特征是其中所述的截面僅僅構(gòu)成尾部剖面的一部分。
36.按照權(quán)項(xiàng)35所述的裝置，其特征是其中所述的尾部形狀實(shí)質(zhì)上是四分之一的圓，而剖面其余部分的形狀實(shí)質(zhì)上為部分橢圓。
37.按照權(quán)項(xiàng)31所述的裝置，其特征是其中所述的本體是空心的，而且所述的邊界層控制設(shè)備包括兩個(gè)在本體上對(duì)稱安置的流體可滲透區(qū)域，位于剖面尾部對(duì)稱軸的相應(yīng)側(cè)面上。
38.按照權(quán)項(xiàng)37所述的裝置，其特征是其中所述的邊界層控制設(shè)備也包括選擇性地通過(guò)一個(gè)或另一個(gè)上述滲透區(qū)抽吸流體入體內(nèi)的裝置。
39.按照權(quán)項(xiàng)37所述的裝置，其特征是它還包括一塊可調(diào)的彎曲不滲透性外殼，適合于覆蓋面對(duì)第二方向反向一側(cè)的剖面上一個(gè)滲透區(qū)。
40.按照權(quán)項(xiàng)39所述的裝置，其特征是其中所述的擋板是與所述外殼一起調(diào)節(jié)的。
41.本發(fā)明的裝置適合放在運(yùn)動(dòng)的流體中，流體按第一(流體)方向運(yùn)動(dòng)，在橫截第一方向的第二(力)方向上產(chǎn)生力，其特征是該裝置包括一個(gè)橫截面為圓形，相對(duì)于對(duì)稱軸對(duì)稱的細(xì)長(zhǎng)體。上述剖面的頭部寬度沿對(duì)稱軸從頭部到最大寬度處增大，其尾部寬度從最大寬度到尾部端點(diǎn)減小。上述頭部是細(xì)長(zhǎng)的，按照對(duì)稱軸的方向長(zhǎng)于尾部。剖面尾部的形狀局部為圓弧，剖面的其余部分形狀光滑地與上述圓弧相連。而且，在對(duì)稱軸的一側(cè)沿著尾部從本體朝外延伸一擋板。
42.按照權(quán)項(xiàng)41所述的裝置，其特征是其中所述尾部截面為小于半圓的圓弧形。
43.按照權(quán)項(xiàng)41所述的裝置，其特征是上述剖面橫截對(duì)稱軸的最大寬度是該剖面軸長(zhǎng)的0.5-1.0倍。
44.按照權(quán)項(xiàng)41所述的裝置，其特征是該裝置還包括在對(duì)稱軸兩側(cè)選擇性地調(diào)定擋板的裝置。
45.按照權(quán)項(xiàng)42所述的裝置，其特征是其中所述的擋板長(zhǎng)度是上述圓弧曲率半徑的0.5-1.0倍。
46.按照權(quán)項(xiàng)42所述的裝置，其特征是其中所述剖面實(shí)質(zhì)上為四分之一圓弧形，而且部分橢圓平滑地與上述圓弧相連。
47.操縱如權(quán)項(xiàng)41所述裝置的方法，其特征是操作該裝置時(shí)有定向步驟，使該裝置對(duì)稱軸對(duì)流體方向的傾角大于30度。
48.按照權(quán)項(xiàng)47所述的方法，其特征是上述角度為30到35度。
49.按照權(quán)項(xiàng)47所述的方法，其特征是它還包括上述擋板的定向，擋板相對(duì)于上述對(duì)稱軸的角度達(dá)45度。
50.按照權(quán)項(xiàng)49所述的方法，其特征是其中所述擋板角度為35到45度。
51.按照權(quán)項(xiàng)31所述的裝置，其特征是它有邊界層控制設(shè)備，包括本體上流體可滲透區(qū)域在內(nèi)，操作該裝置包括通過(guò)流體可滲透區(qū)吸入流體的步驟，產(chǎn)生的能量消耗系數(shù)(CA)在0.1和0.2之間。
52.按照權(quán)項(xiàng)31的所述的裝置，其特征是在其本體上有一可滲透區(qū)，操作該裝置的步驟包括使對(duì)稱軸和流體方向間傾角大于30度;使擋板相對(duì)于對(duì)稱軸角度為35到45度;通過(guò)滲透區(qū)吸入流體并調(diào)節(jié)抽吸程度以產(chǎn)生0.1到0.2的能量消耗系數(shù)。
專利摘要
本發(fā)明是一種管柱或圓筒形固定空心體所形成的新式高效可定向的風(fēng)帆。它有一厚的對(duì)稱橫截面，截面的最大厚度為其長(zhǎng)度的50％至100％，截面上有一小于半個(gè)圓的弧形尾部，光滑地與大半個(gè)橢圓相連。此尾部上有裝在迎風(fēng)面的用以分開(kāi)本體外表面兩側(cè)產(chǎn)生的兩種流體流的設(shè)備，此設(shè)備是一種可調(diào)節(jié)的控制葉片或擋板，它能提高輸出，提供操作的靈活性。還有通過(guò)本體表面的流體由滲透區(qū)吸入而產(chǎn)生壓力降來(lái)控制表面流體邊界層流動(dòng)的裝置。
文檔編號(hào)B64C21/06GK85105039SQ85105039
公開(kāi)日1986年9月10日 申請(qǐng)日期1985年6月29日
發(fā)明者馬拉瓦爾特, 薩里爾, 庫(kù)斯托 申請(qǐng)人:庫(kù)斯托基金會(huì)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan