專利名稱：具有自動傾角控制的機翼的制作方法
具有自動傾角控制的機翼
本發(fā)明涉及一種才幾翼，其^皮布置用于相對該機翼而改變方向的流體
流。本發(fā)明還擴展到旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備(rotary crossflow device )、擺動設(shè)備、 力生成設(shè)備和流控制設(shè)備。
現(xiàn)已有一些方案將旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備用作在諸如潮沙流的自由流動流 體中的功率發(fā)電機，以及用作推進器或推進設(shè)備。
旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備具有與流動方向相垂直的轉(zhuǎn)動軸，并且已被證明其 在理論上比優(yōu)秀的轉(zhuǎn)動的軸向渦輪/推進設(shè)備更有效率。旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備 具有能夠覆蓋大矩形掃掠面積的優(yōu)點，當(dāng)用作功率發(fā)電機時，其具有可布 置在水面上的動力傳動系統(tǒng)的固有優(yōu)勢。
然而，由于旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備必須應(yīng)付非常復(fù)雜的流體流動場，所以 這種設(shè)備的潛在效率很大程度上無法實現(xiàn)。在運行期間，這種旋轉(zhuǎn)橫流式 發(fā)電設(shè)備的翼片遭遇連續(xù)改變的表觀流動方向，這一方向輪流出現(xiàn)在與翼 片(或葉片)旋轉(zhuǎn)弧形相切的線的兩側(cè)，并且速度上也持續(xù)變化。為了使 這種旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備能夠在諸如潮沙流的流體流中最好地運行，需要對旋 轉(zhuǎn)翼片或葉片進行有效的傾角控制(pitch control )，以避免在較低葉尖速 度比時翼片失速。
而且，由于翼片所遭遇的流動復(fù)雜性，其中翼片在本文中有時稱為 機翼，理想地，傾角控制應(yīng)將適應(yīng)所遇到的流動方式的所有復(fù)雜性。
在本領(lǐng)域中，已公知了一些具有固定傾角翼片(fixed pitch foil)的旋
轉(zhuǎn)橫流式渦輪。
在高的葉尖速度比下，這些設(shè)備的翼片工作在接近于期望"迎角"(在 下文中被稱作"AOA")處，但是在快速移動的流體中，高速的表觀流動
li能夠產(chǎn)生非常高的升力和對翼片的破壞性的負(fù)載，或造成氣穴現(xiàn)象。同時， 這些翼片在較低的葉尖速度比下失速，并且需要電機來啟動該設(shè)備以及將 其提升至工作速度?，F(xiàn)已提出了用于旋轉(zhuǎn)橫流式渦輪的機械可變的傾角控制機構(gòu)。這些 機構(gòu)通常在設(shè)備的轉(zhuǎn)動期間以正弦方式改變樞軸轉(zhuǎn)動的翼片的傾角。然 而，不同的葉尖速度比需要不同的振幅，并且在諸如潮汐流的交替流中， 還需要因潮汐方向變化的相移。這些傾角控制系統(tǒng)假定不變的流動速度， 以及流過渦輪的平行流動，這對翼片所遭遇的流動過于簡單化了。而且， 這些設(shè)備需要精心設(shè)計且復(fù)雜精密的控制系統(tǒng)，這些控制系統(tǒng)價格昂貴并 且可能并不可靠。現(xiàn)已提出了各種各樣的流體動力自動傾角控制機構(gòu)，其中葉片或翼 片可圍繞單個樞軸點樞軸轉(zhuǎn)動。該樞軸點^f皮布置在翼片的氣動力中心之前或之后某一小段距離處，并且為了將翼片保持在工作AOA處，采用各種 方式來抑制由作用在翼片上的升力和阻力圍繞該樞軸點所生成的力矩。這 種方法是有問題的，因為力矩的大小不僅受表觀流動方向的影響，而且還 受到表觀流動速度的影響，而這在轉(zhuǎn)動期間變動很大。因此，AOA從期 望AOA持續(xù)變化，需要一種復(fù)雜精密的控制系統(tǒng)來遏制它。因此，本發(fā)明的目的是至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的一些問題。 由此，本發(fā)明如在所附權(quán)利要求中所述。根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了一種機翼，其被布置用于相對所 述機翼而改變流動方向的流體流，所述機翼被布置在多軸鉸鏈(plural axis hinge )上以便自動地調(diào)整其傾角。本發(fā)明的優(yōu)點是，當(dāng)機翼遭遇變化的或交替改變的表觀流動方向時， 對機翼提供有效的自動傾角控制。機翼傾角(airfoil pitch )僅響應(yīng)該機翼 被布置在其中的流體流的流體動力，而一多軸鉸鏈可操作來僅在需要時改 變才幾翼的傾角。而且，該多軸H《連可響應(yīng)在所有流動情況下流動方式的全 部復(fù)雜性。多軸鉸鏈提供無需外部控制系統(tǒng)或外部機器的傾角控制。不具向間隔的第一樞軸中心和 第二樞軸中心；以及移動部件，其可圍繞所述第一樞軸中心和所述第二樞 軸中心中的每一個樞軸轉(zhuǎn)動以打開所述鉸鏈，所述機翼被布置在所述移動 部件上以便隨其樞軸轉(zhuǎn)動運動。在這一方式下，根據(jù)所述機翼所遭遇的表 觀流動方向，利用所述鉸鏈的移動部件可自動地調(diào)節(jié)所述機翼的傾角。選擇性地，所述多軸鉸鏈可包括固定部件和移動部件，所述移動部 件可圍繞第 一樞軸中心和與所述第 一樞軸中心橫向間隔開的第二樞軸中 心中的每一個樞軸轉(zhuǎn)動，從而使得所述鉸鏈圍繞所述第 一樞軸中心或第二 樞軸中心打開，其中在所述鉸鏈打開期間，所述第一樞軸中心和所述第二 樞軸中心中的每一個的位置可相對于所述固定部件而變化，所述機翼被布 置在所述移動部件上以便隨其樞軸轉(zhuǎn)動運動。在所述鉸鏈圍繞所述第 一樞軸中心和所述第二樞軸中心中的 一個打 開到圍繞所述第 一樞軸中心和所述第二樞軸中心中的另 一個打開的轉(zhuǎn)換 期間，所述移動部件的動作可以實質(zhì)上是瞬間的(immediate )。選擇性地，所述鉸鏈的動作可為逐漸滾動運動(gradual rolling movement )。所述移動部件可被布置為在所述第一樞軸中心和第二樞軸中心之間 轉(zhuǎn)換移動期間圍繞多個中間樞軸中心樞軸轉(zhuǎn)動。所述多軸鉸鏈可進一步包括在所述第 一樞軸中心和所述第二樞軸中 心中的每一個處延伸在所述固定部件和所述移動部件之間的橫向連桿。所 述橫向連桿提供將所述多軸鉸鏈的所述固定部件和所述移動部件緊固在 一起的裝置，同時允許鉸鏈圍繞所述第一樞軸中心和所述第二樞軸中心的 一個打開。所述橫向連桿可實質(zhì)上為剛性，或者它們可為柔性的。對于每 種類型的橫向連桿，所述鉸鏈構(gòu)造成，使得在所述鉸鏈圍繞所述第一樞軸 中心打開和所述鉸鏈圍繞所述第二樞軸中心打開之間的轉(zhuǎn)換可能突然且快速，或者它可為更加緩和的滾動的過程。選擇性地，提供了一鎖緊機構(gòu)(latch mechanism )來將這些部件緊固 在一起，同時使所述移動部件能夠在所述第一樞軸中心和所述第二樞軸中 心之間轉(zhuǎn)換。這個實施方式的優(yōu)點是能夠減小所述鉸鏈的高度，減小所述 鉸鏈的迎風(fēng)面積，由此減小由所述鉸鏈產(chǎn)生的阻力。所述鎖緊機構(gòu)可由定 向葉片來控制，或者它可通過壓力驅(qū)動開關(guān)來控制。在這些實施方式中的 每一個實施方式，所述鎖緊機構(gòu)的控制確保了在使用所述多軸鉸鏈的設(shè)備 的正常工作條件下，所述多軸鉸鏈只能圍繞迎風(fēng)樞軸(windward pivot) 來樞軸轉(zhuǎn)動。在一個實施方式中，所述多軸鉸鏈進一步包括連接到所述移動部件 的至少一個液壓減振器。所述減振器的存在能夠避免鉸鏈部件在移帆轉(zhuǎn)向 (gybing)出現(xiàn)時的葉尖速率比下受到大的應(yīng)力。還可在所述第一樞軸中 心和所述第二樞軸中心的每一個處設(shè)置與所述移動部件相連接的液壓減 振器。當(dāng)液壓減振器在所述第一樞軸中心和所述第二樞軸中心的每一個處 與所述移動部件相連接時，可進一步被代替橫向連桿或鎖緊機構(gòu)而用于緊 固所述4交鏈部件，同時使所述移動部件能夠在所述第一樞軸中心和第二樞 軸中心之間轉(zhuǎn)換。這個實施方式還具有的優(yōu)點為，能夠減少所述鉸鏈的高 度，減少所述4史鏈的迎風(fēng)面積，由此減少所述鉸4連所產(chǎn)生的阻力。所述液壓減振器具有變化的減振速率。為了減輕在所述鉸鏈上的沖 擊負(fù)載，主要在所述鉸鏈達(dá)到其完全打開或閉合位置時需要減振，而在這 些位置之間，只需要很少的減振。所述液壓減振器的動作可被延時設(shè)備所延遲。這種設(shè)備還能夠確保 鉸鏈在1"吏用所述鉸鏈的設(shè)備的正常工作條件下只圍繞所述迎風(fēng)樞軸進行 樞軸轉(zhuǎn)動。當(dāng)液壓減振器在所述第一樞軸中心和所述第二樞軸中心的每一個處 與所述移動部件相連接時，可使用自動選擇器來確定在任意時刻將要運行 的是哪個減振器。在這種方式下，所述液壓減振器的存在還能夠確保鉸鏈 在使用所述鉸鏈的設(shè)備的正常工作條件下只圍繞所迷迎風(fēng)樞軸進行樞軸 轉(zhuǎn)動。所述自動選擇器可包括旋轉(zhuǎn)閥或線性閥。所述自動選擇器可借助于14定向葉片來控制或者可借助于壓力驅(qū)動開關(guān)來控制?？梢越?jīng)布置后限制所述多軸^^交鏈的所述移動部件偏離所述固定部件 的打開程度。在一個實施方式中，所述液壓減振器被用于此目的，盡管還 可使用其它的設(shè)備。旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機需要制動器或鎖來在流體流動 時保持所述發(fā)電機處于固定位置，使得能夠執(zhí)行對動力傳送系統(tǒng)的維護。 為了最小化所述制動器的尺寸，期望能夠減小所述發(fā)電機的靜態(tài)啟動轉(zhuǎn) 矩。限制所述鉸鏈的最大開啟角為大約30度還限制了所述翼片的傾角， 以及由所述翼片產(chǎn)生的啟動轉(zhuǎn)矩。所述流體可為水。所述流體流可改變方向，諸如潮沙流，可為軌道 式的，諸如在波浪中的軌道運動，或者流動方向可通常為恒定的，諸如河 流或海洋流。在一個實施方式中，所述機翼可包括前沿和后沿，其中在使用所述 機翼的所述設(shè)備的正常工作條件下，所述前沿一直朝向迎面而來的流動方向，而后沿一直朝向遠(yuǎn)離迎面而來的流動方向。在下文中，這種4/L翼^皮稱 為"變換航向(tackmg)"機翼。變換航向翼片通常可被形成為薄平葉片、 或?qū)ΨQ的機翼部分或薄弧形葉片或弧形機翼部分。所述多軸鉸鏈的樞軸中心線可被界定為穿過所述第一樞軸中心和所 述第二樞軸中心的虛擬線，其中所述鉸鏈被安裝至所述變換航向翼片，使得當(dāng)所述鉸鏈閉合時，所述樞軸中心線被布置為基本上垂直于所述機翼的 弦。所述多軸鉸鏈可被安裝至所述變換航向翼片，使得所述樞軸中心線可 在所述機翼的氣動力中心的弦寬的+/- 25%的范圍內(nèi)通過。而且，所述樞 軸中心線可在所述機翼的氣動力中心的弦寬的+/- 10%的范圍內(nèi)通過。對 于特定的機翼，在這些位置處，有較高可能性在所需的設(shè)計AOA處平衡 所述機翼。這個準(zhǔn)確的位置主要由所述機翼的升-阻比來確定，并且同樣 地，理想的安裝位置能夠改變，但是通常被證實處于這些界限內(nèi)。在選擇性的實施方式中，所述翼片可包括相對的表面以及前沿和后 沿，所述前沿和后沿被布置為在其使用期間輪流交替以確保所述機翼朝向 通常較高流體壓力的表面 一直保持不變，且朝向較低流體壓力的表面 一直 保持不變。這種機翼在下文中被稱為"分流"翼片。分流翼片通常可形成15為薄平板或?qū)ΨQ透鏡狀部分或薄的弧形板或弧形透鏡狀部分。所述多軸鉸鏈的樞軸中心線可被界定為穿過所述第一樞軸中心和所 述第二樞軸中心的虛擬線，所述鉸鏈可被安裝至所述分流翼片，使得當(dāng)所 述鉸鏈閉合時，所述樞軸中心線被布置為基本上平行于所述機翼的弦。根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了一種旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備，其用于表 觀流動方向變化的流體流，所述設(shè)備包括寸皮排列為基本上垂直于所述流體 流的轉(zhuǎn)子軸，以及被樞軸轉(zhuǎn)動地布置為平行于所述軸的至少一個變換航向 翼片，所述機翼以與所述軸相間隔的關(guān)系-陂布置在連接到所述軸的支撐物 上，并且根據(jù)本發(fā)明的第 一個方面將所述機翼布置在多軸鉸鏈上。所述旋轉(zhuǎn)^f黃流式設(shè)備可為旋轉(zhuǎn);湊流式功率發(fā)電機。在這個實施方式 中，所述多軸4交鏈可被剛性地安裝至所述支撐物，使得在所述設(shè)備運行期 間，其橫軸保持與所述機翼的旋轉(zhuǎn)弧緊密或充分地相切。所述旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備可為旋轉(zhuǎn)橫流式推進設(shè)備。在這個實施方式中， 所述多軸鉸鏈可被樞軸轉(zhuǎn)動地安裝至所述支撐物，使得所述多軸鉸鏈的橫 軸被布置為與所期望的推力方向保持對齊。所述多軸鉸鏈的所述移動部件可被安裝在所述機翼上，使得在使用 所述機翼的所述設(shè)備的正常工作條件下，其位于所述固定部件的上游。這 種結(jié)構(gòu)適用于旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備和擺動推進器。根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，提供了一種擺動設(shè)備，其用于表觀流動 方向變化的流體流，所述設(shè)備包括往復(fù)運動元件，以及至少一個機翼，所 述機翼被布置在所述往復(fù)運動元件上，使得當(dāng)所述往復(fù)運動元件位于其中 間行程位置并且所述^l交鏈處于完全閉合位置時，在所述機翼為變換航向翼 片的情況下，其弦被布置為基本上平行于平均流體流動方向，在所述機翼 為分流翼片的情況下，其弦被布置為基本上垂直于平均流體流動方向，并 且根據(jù)本發(fā)明的第一個方面將所述機翼布置在多軸鉸鏈上。所述擺動設(shè)備可為功率發(fā)電機。選擇性地，該設(shè)備可為推進器。在 所述設(shè)備為功率發(fā)電機的情況下，所述多軸鉸鏈的所述移動部件可被安裝 在所述機翼上，使得其位于所述固定部件的下游。16根據(jù)本發(fā)明的第四個方面，提供了一種力生成設(shè)備，其用于交替變 換方向的流體流，所述設(shè)備包括布置在樞軸轉(zhuǎn)動鉸鏈上的分流翼片，該鉸 鏈用于自動調(diào)整該分流翼片的傾角。
根據(jù)本發(fā)明的第五個方面，提供了一種流控制設(shè)備，其用于交替變 換方向的流體流，所述設(shè)備包括布置在樞軸轉(zhuǎn)動鉸鏈上的分流翼片，該鉸 鏈用于自動調(diào)整該分流翼片的傾角。
所述力生成設(shè)備和/或流控制設(shè)備的樞軸轉(zhuǎn)動鉸鏈可為多軸鉸鏈，其 包括界定橫向隔開的第 一樞軸中心和第二樞軸中心的固定部件，以及可圍 繞所述第一樞軸中心和所述第二樞軸中心中的每一個樞軸轉(zhuǎn)動的移動部 件，所述機翼^^皮布置在所述移動部件上以便于隨其樞軸轉(zhuǎn)動運動。所述鉸 鏈可包括被界定為穿過所述第 一樞軸中心和所述第二樞軸中心的虛擬線 的樞軸中心線，其中所述鉸鏈被安裝成當(dāng)所述鉸鏈處于完全閉合位置時， 所述樞軸中心線基本上平行于所述機翼的弦。這種結(jié)構(gòu)被用于諸如在緊密 間隔的渦輪之間的管道的受限場所。
所述力生成設(shè)備和/或流控制設(shè)備可進一步包括限制所述機翼的傾角 的限制裝置。所述限制裝置被用來保持所述機翼處于所述設(shè)備的設(shè)計
AOA。
力生成設(shè)備和/或流控制設(shè)備的樞軸中心線可與所述機翼的弦共線， 或者所述樞軸中心線偏離所述機翼的弦。這個距離，連同所述鉸鏈的跨距 (被界定為所述鉸鏈的第一樞軸中心和第二樞軸中心之間的距離)，能夠 被設(shè)計來確保所述翼片的傾角在設(shè)計AOA處達(dá)到其極限。
選擇性地，所述力生成設(shè)備和/或流控制設(shè)備的所述鉸鏈可具有單個 樞軸線，其可偏離所述機翼的弦。這種結(jié)構(gòu)可被用于非受限的應(yīng)用，例如 在諸如向下力生成設(shè)備的力生成設(shè)備，或者在非受限場所中的流控制設(shè)備 上。所述鉸鏈與所述機翼偏離的距離影響所述翼片在其設(shè)計AOA處達(dá)到 其極限的能力。
所述力生成設(shè)備和/或所述流控制設(shè)備的所述機翼可呈弧形。 所述力生成設(shè)備和/或所述流控制設(shè)備可包括額外的外部力，其被提供來幫助調(diào)整所述機翼的傾角。這種額外的力可能是有必要的，來將所述 機翼從負(fù)的傾角轉(zhuǎn)向零傾角，使得流體動力能夠接管而將所述機翼自然地 轉(zhuǎn)向相對于變化流動方向的新的負(fù)傾角。所述額外的外部力可包括液壓油 缸。
所述力生成設(shè)備和/或流控制設(shè)備可被用于潮汐流。
所述力生成設(shè)備和/或流控制設(shè)備可被設(shè)置在旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機 的附近。
一對流控制設(shè)備可有利地在旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機的相對側(cè)以及與 其相鄰處使用，從而增強流過所述發(fā)電機的流動速率。當(dāng)所述潮沙沿一個
方面流動時，所述翼片能夠傾斜到AOA,使得在所述發(fā)電機的下游產(chǎn)生 擴散管道(diffusing duct)。當(dāng)所述潮沙轉(zhuǎn)向時，原先是所述發(fā)電機下游 側(cè)的變成了上游側(cè)。所述翼片的傾角能夠^皮改變，使得沿著相反的方向產(chǎn) 生擴散管道，而不需要將所述管道偏轉(zhuǎn)180度，節(jié)省了很大的空間和成本。
同樣有利地，存在多個或陣列的旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機，其中在相 鄰發(fā)電機之間的間隙內(nèi)以彼此緊密靠近的方式提供一對所述流控制設(shè)備。 例如，在自由流動潮沙陣列發(fā)電機中，類似的問題是水頭將在所述陣列的 上游部分和下游部分之間形成，試圖將所述流動轉(zhuǎn)向所述陣列的側(cè)面而不 是流過所述發(fā)電機。當(dāng)本發(fā)明的設(shè)備被設(shè)置在相鄰發(fā)電機之間時，所述一 對流控制設(shè)備形成可還/進一步增強流過所述陣列的流動速率的文氏管式 通道。
技術(shù)人員將顯然認(rèn)識到，本發(fā)明在于多軸鉸鏈在流體動壓力下的交 替動作，并且本發(fā)明可由許多不同的方式來實現(xiàn)。此處所描述的許多特定 構(gòu)造意為非限制性的示范實施方式，并且將參照附圖對其進4亍描述，其中


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個方面的旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機的示意性透視
圖2是旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機的一個轉(zhuǎn)子臂的示意性透視圖，顯示 了多軸4交鏈；圖3表示安裝在根據(jù)本發(fā)明的多軸鉸鏈上的變換^元向翼片的示意圖，
其中鉸鏈的移動板在鉸鏈固定板的上游；
圖4 (a) - (f)表示具有剛性連桿的多軸鉸鏈的示意圖5 (a) - (f)表示具有柔性連桿的多軸鉸鏈的示意圖6 (a) - (c)表示具有滑動鎖緊機構(gòu)的多軸鉸鏈的示意圖7是安裝在多軸鉸鏈上的變換航向翼片的示意圖，由此翼片因升 力和阻力的合力作用而圍繞迎風(fēng)樞軸平tf;
圖8是以0.5的葉尖速度比轉(zhuǎn)過單周的垂直軸旋轉(zhuǎn);f黃流式功率發(fā)電機 機翼和鉸鏈的平面示意圖9表示在圖8的周轉(zhuǎn)內(nèi)機翼AOA的曲線圖IO是表示在圖8的周轉(zhuǎn)內(nèi)機翼傾角的曲線圖11是以2.0的葉尖速度比轉(zhuǎn)過單周的垂直軸旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電 機機翼和鉸鏈的平面示意圖12表示在圖11的周轉(zhuǎn)內(nèi)機翼AOA的曲線圖13是表示在圖11的周轉(zhuǎn)內(nèi)機翼傾角的曲線圖14是以3.0的葉尖速度比轉(zhuǎn)過單周的垂直軸旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電 機機翼和鉸鏈的平面示意圖15表示在圖14的周轉(zhuǎn)內(nèi)機翼AOA的曲線圖16是表示在圖14的周轉(zhuǎn)內(nèi)機翼傾角的曲線圖17表示沒有橫向連桿但具有液壓減振器的多軸鉸鏈的示意圖18是機翼和具有安裝在機翼上的橫向連桿的多軸鉸鏈的示意圖， 包括由定向葉片控制的液壓減振器；
圖19a是以0.8的葉尖速度比轉(zhuǎn)過單周的垂直軸旋轉(zhuǎn)橫流式推進設(shè)備 的機翼和鉸鏈的平面示意圖19b是以0.8的葉尖速度比在方向推力作用下轉(zhuǎn)過單周的垂直軸旋 轉(zhuǎn)橫流式推進設(shè)備的機翼和鉸鏈的平面示意19圖20是根據(jù)本發(fā)明的具有變換航向機翼和多軸鉸鏈的擺動推進器的
示意圖21是圖20的擺動推進器的行程周期的示意圖22表示多軸鉸鏈安裝至各種擺動推進器設(shè)備的示意圖23 (a)是具有分流翼片和用于傾角控制的多軸鉸鏈的擺動推進器 的示意圖23 (b)是具有分流翼片和用于行程終點轉(zhuǎn)向的多軸鉸鏈的擺動推 進器的示意圖24表示分流翼片和多軸鉸鏈的示意圖25是在多軸鉸鏈上平衡的分流翼片的示意圖26是根據(jù)本發(fā)明的擺動功率發(fā)電機的示意圖2 7是根據(jù)本發(fā)明的擺動功率發(fā)電機的行程周期中的示意圖28是根據(jù)本發(fā)明的力生成設(shè)備的示意圖29a表示包括多軸鉸鏈的力生成設(shè)備或流控制設(shè)備的示意圖29b表示包括單軸鉸鏈的力生成設(shè)備或流控制設(shè)備的示意圖；及
圖30 (a) - (c)表示根據(jù)本發(fā)明的包括流控制設(shè)備的垂直軸旋轉(zhuǎn)橫 流式功率發(fā)電機潮沙陣列的平面示意圖。
在本發(fā)明的一個實施方式中，圖1表示適用于諸如潮汐流的自由流 動流體的旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機1。該發(fā)電機1包括具有轉(zhuǎn)軸10的軸5， 在發(fā)電機的使用期間，整個發(fā)電機圍繞著轉(zhuǎn)軸IO旋轉(zhuǎn)。若干個上支撐臂 和下支撐臂20以等間隔的角度從軸5的上端和下端向外擴展。變換航向 翼片30在每組上支撐臂和下支撐臂之間延伸，其與軸IO相間隔，使得該 翼片的縱軸與轉(zhuǎn)軸IO平行排列。雖然所示實施方式具有三個翼片30,但 是實際上，如根據(jù)特定功率要求和特定的設(shè)備設(shè)計所適合的，可以具有任 意期望數(shù)量的翼片30和支撐臂(上部和下部，或中跨的)。旋轉(zhuǎn)橫流式功 率發(fā)電機的軸功率可借助于動力傳動設(shè)備(未顯示)或齒輪箱(未顯示)傳遞至發(fā)電機(未顯示)，從而產(chǎn)生電功率，如本領(lǐng)域所公知的。選擇性 地，可將旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機的軸功率直接傳遞到針對低速運行而設(shè)計 的發(fā)電才幾。
在旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機的運行期間，翼片的AOA被保持為接近于 最優(yōu)AOA，使得翼片可產(chǎn)生最大的升力和功率，而不會產(chǎn)生過多阻力這 一弊端。翼片的最優(yōu)AOA可在轉(zhuǎn)動期間在不同點處于最大設(shè)計AOA, 或者其可處于較小的AOA。這取決于表觀流動方向相對于翼片旋轉(zhuǎn)弧的 切線的沖擊角。當(dāng)沖擊角大于設(shè)計AOA時，最優(yōu)AOA為該設(shè)計AOA。 當(dāng)沖擊角小于設(shè)計AOA時，最優(yōu)AOA為該沖擊角。設(shè)計AOA根據(jù)翼片 的設(shè)計或使用該翼片的設(shè)備的類型而變化，通常在8度到15度之間。在 本實施方式中，設(shè)計AOA大約為13度。由于翼片性能和所產(chǎn)生的功率 可能會隨著在最優(yōu)AOA兩側(cè)一些角度的較小變化而迅速退化，因此，將 翼片的AOA盡可能地保持為一直接近最優(yōu)AOA是相當(dāng)重要的。
如圖2所示，使用多軸鉸鏈50來控制翼片30的傾角。多軸鉸鏈50 被剛性地安裝至整流裝置(fairing) 60，使得在該設(shè)備使用期間，鉸鏈的 橫軸保持接近或幾乎與翼片的旋轉(zhuǎn)弧相切。多軸鉸鏈的橫軸可被界定為穿 過鉸鏈樞軸中心線的中點并且垂直于鉸鏈樞軸中心線的虛擬線。鉸鏈橫軸 的精密對齊取決于所使用的鉸鏈、翼片和發(fā)電機的特定特征，并且其通常 被發(fā)現(xiàn)處于與旋轉(zhuǎn)弧相切5度之內(nèi)，盡管它可能更大，特別是如果大的翼 弦被用于小的發(fā)電機直徑。整流裝置60在軸5的每一端連接到支撐臂20 或與支撐臂20連成一體。圖3a-3c示意地表示了鉸鏈50及其與翼片30
在圖3a-3c的每張圖中，翼片為變換航向翼片，其中在使用翼片的設(shè) 備的正常運行情況下，前沿33—直面向由箭頭表示的流動方向，并且后 沿36 —直面向運離流動的方向。
4交鏈包括固定板52，該固定板52被固定于整流裝置60,并且由此 固定于旋轉(zhuǎn)設(shè)備l的支撐臂20。鉸鏈進一步包括被固定于翼片30的移動 板55，該移動板55的開和關(guān)取決于作用在翼片上的流體動力。
如圖3a所示，樞軸轉(zhuǎn)動的4黃向連桿56、 58位于固定板52和移動板55之間。4黃向連桿56、 58為細(xì)長的桿，其每一端為樞軸中心62、 64。樞 軸中心62、 64之間的跨距一方面取決于最小化由鉸鏈所產(chǎn)生的阻力的需 要，另一方面是實現(xiàn)翼片平衡的需要。前者需要小的鉸鏈跨距，而隨著跨 距增大，翼片的平衡穩(wěn)定性增強。根據(jù)特定要求，這種運用是在本領(lǐng)域的 技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)。
4交鏈50響應(yīng)表》見流動方向和作用在翼片30上的流體動力。因此， 若表觀流動的方向在鉸鏈50橫軸的各側(cè)交替變化，則鉸鏈50可如圖3a 中所示圍繞樞軸中心62打開，或如圖3c所示圍繞樞軸中心64打開。當(dāng) 表觀流動方向與鉸鏈的橫軸接近成一條直線時，鉸鏈50保持如圖3b中所 示的閉合位置，并且4黃向連桿56、 58以一個位于另一個之上的方式共軸 地布置。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖4，能夠更為清楚地看到鉸鏈50移動的順序。在圖4的 實施方式中，4黃向連桿構(gòu)件56和58為剛性構(gòu)件。
如圖4b中所示，橫向連桿構(gòu)件56連接固定板52的樞軸中心62a和 移動板55的樞軸中心64b。類似地，橫向連桿構(gòu)件58連接固定板52的 樞軸中心64a和移動板55的樞軸中心62b。在這種方式下，鉸鏈板被緊 固在一起，同時允許其圍繞樞軸中心62或64之一依靠鉸鏈運動。
在圖4a中，當(dāng)使移動板55的樞軸中心62b遠(yuǎn)離固定板52的樞軸中 心62a旋轉(zhuǎn)時，所示的鉸鏈圍繞樞軸中心64打開。在圖4c中，鉸鏈完全 地閉合，并且準(zhǔn)備圍繞樞軸中心62或64而打開該鉸鏈。在圖4e中，當(dāng) 將移動板55的樞軸中心64b向固定板52的樞軸中心64a旋轉(zhuǎn)時，所示鉸 鏈正在圍繞樞軸中心62a閉合。在圖4b中，所示鉸鏈正在圍繞樞軸64 閉合，以及在圖4f中，所示鉸鏈正在圍繞樞軸62打開。
在圖4a、 4c和4e中，橫向連桿樞軸中心62b-64a和62a-64b之間的 距離等同于固定板52和移動板55的樞軸中心62、 64之間的跨距。因為 一皎鏈必須一直圍繞這些實際樞軸中心62 、64中的一個或另一個樞軸轉(zhuǎn)動， 所以存在著從圍繞一個樞軸中心打開到圍繞另一個樞軸中心打開的突然 快速地轉(zhuǎn)換。這種布置適用于旋轉(zhuǎn)4黃流式設(shè)備、擺動功率發(fā)電機、力生成 設(shè)備和流控制設(shè)備。
22在圖4b、 4d和4f中，橫向連桿構(gòu)件56、 58的樞軸中心62b-64a和 62a-64b之間的距離大于固定板52和移動板55的樞軸中心62、 64之間 的跨距。由于有更大的橫向連桿長度，樞軸中心62a和62b或者64a和 64b永遠(yuǎn)不能精確地重合，所以鉸鏈永遠(yuǎn)不能精確地圍繞這些樞軸中心的 其中之一樞軸轉(zhuǎn)動。而是，它圍繞一虛擬樞軸中心樞軸轉(zhuǎn)動，這個虛擬樞 軸中心是樞軸中心62a和62b或64a和64b的持續(xù)變化組合，并且持續(xù)地 改變位置。當(dāng)圍繞樞軸側(cè)62、 64之一充分打開鉸鏈時，該虛擬樞軸中心 位于該側(cè)，并且隨著進一步地打開而以不重要的少量變化，但是在從一側(cè) 轉(zhuǎn)換到另一側(cè)期間，虛擬樞軸中心從一側(cè)到另一側(cè)快速地改變位置，提供 從圍繞一個樞軸側(cè)打開到圍繞另一個打開的平滑轉(zhuǎn)換。這個可選方案更為 適合于擺動推進器。在圖4d中所示鉸鏈已閉合。
現(xiàn)在參見圖7,多軸鉸鏈50被安裝在變換航向翼片30上，使得連接 4交#_的兩個樞軸中心62、64的虛擬樞軸中心線80通常以接近于氣動力中 心85的方式垂直于翼弦35延伸。在大多數(shù)情況下，樞軸中心線80落入 與氣動力中心相距弦寬正或負(fù)10%的距離的范圍內(nèi)，盡管如此，這個距 離可為相當(dāng)大，特別是如果使用大的鉸鏈跨距。
為了使多軸鉸鏈有效地用作傾角控制裝置，必須將翼片安裝至鉸鏈 的方式設(shè)置為使該翼片平衡于設(shè)計AOA處。在本實施方式中，首先通過 選擇該翼片將打算運行的設(shè)計AOA來實現(xiàn)。這個作用在翼片30上的升-阻合力87具有延伸穿過翼片的氣動力中心85的作用線。在圖7中表示了 相對于迎面而來的流動方向的迎風(fēng)樞軸中心62。如果設(shè)置樞軸中心62的 位置與升-阻合力的作用線相重合，那么，翼片圍繞迎風(fēng)樞軸中心62在設(shè) 計AOA處取得平衡。在翼片另一側(cè)的背風(fēng)樞軸中心64以與迎風(fēng)樞軸中 心62相對稱方式布置。然而，在其它實施方式中，并不必須如此。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將注意到，升-阻合力的方向取決于翼片的升-阻比 和表觀流動的方向，但不受表觀流動速度的影響。在轉(zhuǎn)動期間，表觀流動 的速度一直變化，持續(xù)地改變合力的大小，但是因為合力的作用線始終在 設(shè)計AOA處通過樞軸中心作用，所以翼片始終平tf于該AOA，與所遭 遇的表觀流動速度無關(guān)，并且不再需要復(fù)雜精密的外部控制系統(tǒng)。正是這
23一特性，使得利用多軸鉸鏈的流體動力學(xué)傾角控制大大優(yōu)于前面所提及的 單樞軸類型。
旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機需要 一 制動裝置或鎖，來在流體流動時將發(fā) 電機保持在固定位置，使得能夠執(zhí)行動力傳動系統(tǒng)的維護等。為了最小化 這個制動裝置的尺寸，需要減小發(fā)電機的靜態(tài)啟動轉(zhuǎn)矩。實現(xiàn)方式為，通
過限制鉸鏈50的最大開啟角為大約30度，進而限制翼片的傾角，以及由 此限制所產(chǎn)生的啟動轉(zhuǎn)矩。在以低的葉尖速度比啟動期間，這種限制有利 于減少鉸鏈上的移帆轉(zhuǎn)向的沖擊負(fù)載。
多軸鉸鏈50以如下方式用作傾角控制裝置。在使用中，旋轉(zhuǎn)橫流式 功率發(fā)電機1被浸沒于諸如潮沙流的流體流中。作用在翼片上的流體動力 使得發(fā)電機l旋轉(zhuǎn)。當(dāng)每個翼片30移動經(jīng)過發(fā)電機的一圈時，其所經(jīng)歷 的流動速度持續(xù)變化，并且受到諸如實際主要流體流動速度和翼片切向速 度的因素影響。每個翼片30所經(jīng)歷的流動方向還連續(xù)地變化，在翼片的 旋轉(zhuǎn)弧的切線的兩側(cè)交替變化。
圖8至圖10圖示說明了旋轉(zhuǎn)橫流式發(fā)電機的翼片以相對于實際流動 速度的低切向轉(zhuǎn)動速度轉(zhuǎn)過一圈，即低的葉尖速度比，這在運行的啟動階 段期間將會出現(xiàn)。該葉尖速度比為0.5。
在圖8中，機翼30為變換航向翼片，并且所示處于在發(fā)電機一圈內(nèi) 的不同位置。圖8所示的箭頭表示由發(fā)電機的這個特定實施方式的翼片所 經(jīng)歷的表觀流動方向和速度。應(yīng)當(dāng)可以看到，在這個低的葉尖速度比下， 在循環(huán)的大部分中，鉸鏈?zhǔn)谴蜷_的。
現(xiàn)在還參見圖9和圖10，現(xiàn)將描述轉(zhuǎn)子的翼片30的一圈。從O度到 20度之間，翼片的AOA處于13度的設(shè)計AOA內(nèi)，見圖9。因此，鉸鏈 50處于閉合(圖10)，并且翼片的傾角為O度，意味著不需要傾角控制。 當(dāng)翼片在20度到65度之間移動時，鉸鏈逐漸打開至30度極限(圖10 ), 增加翼片的傾角以保持其AOA處于13度的設(shè)計AOA。
在65度到大約220度之間，鉸鏈將翼片的傾角限制至其最寬極限30 度，并且變化的表觀流動使得AOA穩(wěn)定地大于13度的設(shè)計AOA。在20度到180之間轉(zhuǎn)動的這個上游部分，表觀流動方向已將鉸鏈50圍繞著迎 風(fēng)樞軸62打開。
在剛好通過180度的轉(zhuǎn)動下游部分，表觀流動方向使得原來是迎風(fēng) 樞軸62的變成了背風(fēng)樞軸62，這樣，鉸鏈在一定時間內(nèi)圍繞著背風(fēng)樞軸 開啟。在195度處，表觀流動穿過翼片后沿，翼片繼續(xù)圍繞背風(fēng)樞軸62 平衡，但是以可能不穩(wěn)定的方式。在大約220度處，變化的表觀流動使圍 繞背風(fēng)樞軸62的翼片不穩(wěn)定，使得鉸鏈圍繞著相對的樞軸64突然閉合并 且再次打開，于是該樞軸64變?yōu)樾碌挠L(fēng)樞軸。這種翼片的突然不穩(wěn)定 只是出現(xiàn)在表觀流動方向穿過翼片后沿時，并且被稱為移帆轉(zhuǎn)向，并且對 于旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機，移帆轉(zhuǎn)向只出現(xiàn)在葉尖速度比小于1.0時。
鉸鏈在235度和大約295度之間的范圍內(nèi)保持完全打開，并且變化 的表觀流動使得AOA朝著13度的設(shè)計AOA穩(wěn)定地減少，在大約295度 處達(dá)到。從大約295度到大約340度，鉸鏈逐漸閉合，減少翼片的傾角以 再一次將其AOA保持在13度的設(shè)計AOA。
在大約340度處，鉸鏈再次完全閉合，翼片AOA處于設(shè)計AOA的 界限范圍內(nèi)，因此不再需要傾角控制。在大約230度和340度之間的轉(zhuǎn)動 下游部分，表觀流動方向已經(jīng)圍繞迎風(fēng)樞軸64打開4史鏈50。
在大約0度處，表觀流動方向穿過翼片的前沿33,翼片有效地變換 航向，同時，鉸鏈保持閉合。因為在此發(fā)生時，鉸鏈保持閉合，所以與移 帆轉(zhuǎn)向不同，變換航向可能是一個非常平滑的過程。鉸鏈保持閉合到在大
約20度處再次需要傾角控制為止。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖11、圖12和圖13，描述了發(fā)電機以2.0的增大的葉尖速 度比轉(zhuǎn)動又一圈，這出現(xiàn)在低的工作速度時。在發(fā)電機以這樣的葉尖速度 比轉(zhuǎn)動一圈的期間內(nèi)，與其在低的葉尖速度比時相比，翼片所經(jīng)歷的表觀 流動方向與翼片30的旋轉(zhuǎn)弧更加相切，如圖11中所示。如圖12和圖13 所示，在這圈的剛開始的40度內(nèi)、在165度到195度之間以及在320度 到360度之間，鉸鏈保持閉合，并且翼片的AOA保持在13度的設(shè)計AOA 范圍內(nèi)。
25在這個葉尖速度比，鉸鏈50永遠(yuǎn)不會達(dá)到其打開極限，因此在這圈
的大部分中，鉸鏈以變化的量打開，自動地調(diào)節(jié)翼片的傾角以保持其AOA 處于13度的設(shè)計AOA。
而且，在這圈轉(zhuǎn)動的下游部分，表觀流動方向永遠(yuǎn)不會穿過翼片后 沿，所以翼片不會移帆轉(zhuǎn)向，并且當(dāng)鉸鏈打開時，其只是圍繞迎風(fēng)樞軸中 心打開，在上游部分中，這個迎風(fēng)樞軸中心為樞軸中心62，在下游部分， 其為樞軸中心64。
技術(shù)人員將注意到，因為多軸鉸鏈只是在表觀流動沖擊角超過設(shè)計 AOA時打開，而在其它時候閉合，能夠在翼片的轉(zhuǎn)動一整周內(nèi)和在所有 遭遇的流動情況下保持如前所述的改變最佳AOA的要求。
轉(zhuǎn)向圖14、圖15和圖16,以3.0的葉尖速度比，這出現(xiàn)在正常工作 速度時，翼片所經(jīng)歷的表觀流動方向甚至更為相切于翼片的旋轉(zhuǎn)弧，使得 在這個轉(zhuǎn)圈中只是在55-150度和210-305度需要傾角控制。在這些周轉(zhuǎn) 部分內(nèi)，鉸鏈50圍繞迎風(fēng)樞軸中心打開，并且永遠(yuǎn)不會打開超過大約6 或7度，在上游部分，這個迎風(fēng)樞軸中心為樞軸中心62,在下游部分， 其為樞軸中心64。
在這個工作模式，盡管6或7度的傾角可能似乎非常小，但是與采 用這個葉尖速度比的固定傾角發(fā)電機相比，它能夠帶來可能有40%的功 率增長。
對于任意給定的流體流動速度，發(fā)電機的功率輸出隨著葉尖速度比 增長到約5.0的最大值而增加。采用所期望的更高流體流動速度，這樣會 產(chǎn)生非常高的表觀流動速度和在翼片上的升力，這可能因過量載荷或氣穴 現(xiàn)象而容易損壞翼片。因此，避免發(fā)電機的超速運行是重要的。因為多軸 鉸鏈?zhǔn)菦]有附加外部控制系統(tǒng)的完全獨立體，因此，通過控制施加在轉(zhuǎn)子 軸上的動力輸出負(fù)載來實現(xiàn)對發(fā)電機轉(zhuǎn)動速度的控制。
如前所示，變換航向可能是一個非常平滑的過程，但是對于無輔助 的鉸鏈，情況就并不一直如此。在翼片將要變換航向之前不久，鉸鏈閉合。 當(dāng)鉸鏈閉合時，翼片的AOA處于設(shè)計AOA，并且翼片仍然圍繞迎風(fēng)樞軸取得平衡，(即圍繞該樞軸沒有力矩)。但是，當(dāng)鉸鏈閉合時，翼片變得
能夠自由地圍繞背風(fēng)樞軸來樞軸轉(zhuǎn)動。如果如此布置使得升-阻合力87的 方向產(chǎn)生圍繞背風(fēng)樞軸64的力矩88，方向為如圖7所示，試圖打開鉸鏈， 那么翼片將突然圍繞背風(fēng)樞軸來樞軸轉(zhuǎn)動，并且很快地旋轉(zhuǎn)到非常高的 (失速)AOA，(通常大約25度)。令人驚訝地，翼片穩(wěn)定地平衡于這個 位置。當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)動后不久，這種情況持續(xù)，直到變化的表觀流動方向使 得背風(fēng)樞軸再一次變成迎風(fēng)樞軸，翼片可能再次正確地取得平tf。
這種突然的不期望的圍繞背風(fēng)樞軸的樞軸轉(zhuǎn)動，在下文中被稱為"背 風(fēng)失速"，產(chǎn)生了相當(dāng)大的阻力，這對于性能來說非常不利，必須避免、 減少或防止。在翼片已經(jīng)變換航向之后而鉸鏈仍然閉合時，背風(fēng)失速也可 構(gòu)成危害。在這種情況下，打開力矩是圍繞相對的樞軸，由此背風(fēng)失速可 能出現(xiàn)在相對的方向上。
圍繞背風(fēng)樞軸的力矩方向可能試圖圍繞如上的背風(fēng)樞軸打開鉸鏈， 或者它可能試圖保持其閉合，或者可能沒有力矩。這取決于翼片氣動力中 心85相對于樞軸中心線與翼弦35的交叉點89的位置(圖7 )。如果氣動 力中心85位于交叉點89的上游，那么力矩方向88試圖打開鉸鏈；如果 氣動力中心位于下游，那么力矩方向試圖保持鉸鏈閉合；并且若無力矩， 則不起作用。
氣動力中心85相對交叉點89的位置取決于在設(shè)計AOA處的翼片升 -阻比。雖然有許多變量，但是一般來說，低的AOA(少于5度)產(chǎn)生低 的升-阻比，布置氣動力中心在下游，并且避免背風(fēng)失速。但是，更高且 更有用的設(shè)計AOA產(chǎn)生更高的升-阻比，布置氣動力中心在上游，并且促 進背風(fēng)失速。
本實施方式的鉸鏈可能配備有如圖17中所示的一對減振器。這對減 振器被用來緩解在移帆轉(zhuǎn)向發(fā)生時的葉尖速度比下的在鉸鏈上的沖擊負(fù) 載。減振器70包括一對液壓驅(qū)動桿70a、 70b。桿70a的末端連結(jié)4吏鏈的 移動部件的樞軸中心62，而桿70b的末端連結(jié)鉸鏈的移動部件的樞軸中 心64。桿70a、 70b在液壓缸71a、 71b內(nèi)滑動，液壓缸71a、 71b可固定 于鉸鏈的固定部分側(cè)上的整流裝置60 (如所示)。選擇性地，減振器的方
27位可能反向，使得液壓缸71a、 71b被固定至鉸鏈的移動部件上的整流裝 置(未顯示)。減振器還可被用于限制由減振器桿的長度所界定的鉸鏈打 開程度，盡管可以使用其它的限制裝置。
減振器可提供在各種速率下的減振作用。為了緩解鉸鏈上的沖擊負(fù) 載，主要是當(dāng)鉸鏈達(dá)到其完全打開或閉合位置時需要減振。在這些位置之 間，理論上應(yīng)當(dāng)很少或沒有減振作用，使得最小地影響鉸鏈的平衡敏感性。
液壓減振器桿可由任意合適的裝置來驅(qū)動。
在一個實施方式中，不需要減振器的特定驅(qū)動裝置，背風(fēng)失速可由 減振器的存在來減輕。降低鉸鏈閉合之后又打開的速度，也降低了背風(fēng)失 速可能進行的速度。在其出現(xiàn)的時刻，減速這個過程降低了其作用。
在另一個實施方式中，減振器桿的驅(qū)動可由一延時設(shè)備(未顯示) 來延遲，例如在本領(lǐng)域中公知且市場上可售的液壓或氣動設(shè)備。該延時設(shè) 備被用來在鉸鏈閉合時刻和允許鉸鏈再次打開時刻之間延遲對減振器桿 的驅(qū)動。由于如此的延遲，可以阻止鉸鏈打開，直到危害過去，并且由此 可以避免背風(fēng)失速。
在又一個實施方式中，利用定向葉片72(在圖18中所示)來驅(qū)動減 振器桿。定向葉片被用來控制旋轉(zhuǎn)閥73 (圖18)，該旋轉(zhuǎn)閥73用作自動 選擇器來確定將要驅(qū)動桿70a或桿70b中的哪一個，以及由此確定鉸鏈可 圍繞樞軸中心62或64中的哪一個進行樞軸轉(zhuǎn)動。這樣，還可避免背風(fēng)失 速。設(shè)想到替換旋轉(zhuǎn)閥，定向葉片72可被用來控制另一類型的閥，例如 線性閥。旋轉(zhuǎn)閥73 (或線性閥或其它類型的閥)和定向葉片72可結(jié)合延 時設(shè)備使用。
在閥和定向葉片的可選實施方式中，壓力驅(qū)動開關(guān)(未顯示)被用 作自動選擇器來驅(qū)動減振器桿以及確定鉸鏈可圍繞哪一個樞軸中心樞軸 轉(zhuǎn)動。這樣，還可避免背風(fēng)失速。當(dāng)表觀流動在轉(zhuǎn)動期間沖擊翼片的交替 面時，壓力驅(qū)動開關(guān)可響應(yīng)翼片所經(jīng)歷的交替壓力差。壓力差可由安裝至 雙軸鉸鏈的動力或推力產(chǎn)生翼片直接確定，或者它可由專為此目的而固定 于整流裝置60 (圖2 )的附加的艉鰭形翼片部分(未顯示)間接確定。壓
28力驅(qū)動開關(guān)還可響應(yīng)其它信號，例如，當(dāng)表觀流動的速度在轉(zhuǎn)動期間呈正 弦變化時的壓力變化率。壓力驅(qū)動開關(guān)還能夠結(jié)合延時設(shè)備使用，以避免 背風(fēng)失速。
在使用期間，鉸鏈50將受到軸向或非軸向負(fù)載的影響，因為其上所 作用的升力和阻力以及因為翼片的浮力。特別是，軸向負(fù)載可為高，并且 可能被足夠尺寸的船用軸承(未顯示)來調(diào)節(jié)。理論上，翼片幾乎具有中 性浮力，因此非軸向的推力負(fù)載最小，并且可被磁性軸承或其它適當(dāng)形式 的軸承(未顯示)來調(diào)節(jié)。
在鉸鏈150的選擇性實施方式中，如圖5所示，鉸鏈橫向連桿156、 158為柔性的。從一個樞軸側(cè)到另一個樞軸側(cè)的轉(zhuǎn)換可為突然且快速的， 如果固定部件和移動部件的相鄰面是扁平的(圖5a);或者這個轉(zhuǎn)換可為 漸進滾動過程，如果相鄰面中的一個或另一個(或兩個都)為凸起彎曲的 (圖5b)。這個柔性4黃向連桿156、 158由合適的織物、塑料或自然材料 或其它合適材料制成。當(dāng)鉸鏈的移動部件與固定部件平行對齊時，鉸鏈閉 合。
在圖3、圖4和圖5中，在每種情況下，僅顯示了對兩個橫向連桿的 最小要求。為了加強鉸鏈，在使用橫向連桿的所有情況下，都可使用附加 的橫向連桿，這些附加的橫向連桿的樞軸中心、尺寸和動作與所示的兩個 橫向連桿中的任一個相同。這增加了鉸鏈高度、迎風(fēng)面積和由鉸鏈產(chǎn)生的 阻力，但是例如，當(dāng)翼片在單個中跨鉸鏈(mid-span hinge )上樞軸轉(zhuǎn)動 時，可能需要這種加強。
在圖6所示的鉸鏈250的又一個實施方式中，沒有使用橫向連桿來 將鉸鏈板緊固在一起。而是，固定板252和移動板255利用滑動鎖緊機構(gòu) 280來保持在一起。參見圖6a、圖6b和圖6c,圖6a表示圍繞樞軸264 打開的鉸鏈。圖6b表示在閉合位置的鉸鏈，以及圖6c表示圍繞樞軸262 打開的4交鏈。在這個實施方式中，固定板252包括切入樞軸中心262a和 264a之間板內(nèi)的細(xì)長槽281。固定板252進一步包括分別在每個樞軸中心 262a和264a處的支架272和274。支架272和274遠(yuǎn)離固定板252 4黃向 延伸，并且每個支架都包括一對分別具有槽282和284的平行平板，槽282和284分別形成于朝向移動板255的并反的邊緣。
這些支架形成兩部件耦合器的其中一個部件，并且槽282和284 #皮 設(shè)計為接收固定至移動板255的突起292、 294的栓263、 265。
突起292、 294在樞軸中心262b、 264b處從移動板255橫向延伸， 并且被布置為當(dāng)鉸鏈圍繞樞軸中心262 、 264之一閉合或圍繞兩個樞軸中 心262、 264閉合(圖6b)時，這些突起可被容納于支架272、 274的該 對平板之間。栓263、 265沿著每個樞軸中心262、 264的樞軸線延伸，使 得它們從突起292、 294的兩側(cè)延伸。栓263、 265可定位在支架272、 274 的槽282、 284內(nèi)，從而提供兩部件耦合器的第二個部件。
滑動鎖緊機構(gòu)280由一細(xì)長棒組成，該細(xì)長棒具有在其的每一端沿 著該鎖緊機構(gòu)的縱向軸線延伸的末端圓形突出部283、 285。鎖緊機構(gòu)280 進一步包括從鎖緊機構(gòu)280的中間點延伸的橫向柄287，其可位于固定板 252的槽281內(nèi)，以便其能夠在槽281內(nèi)在第一個位置和第二個位置之間 滑動，在第一個位置處，末端圓形突出部285將栓265保持在槽284的適 當(dāng)位置，并且末端圓形突出部283脫離栓263，允許鉸鏈250圍繞樞軸中 心264 (圖6a)打開，在第二個位置處，如圖6c所示，末端圓形突出部 283將栓263保持在槽282的適當(dāng)位置，并且末端圓形突出部285脫離栓 265,允許鉸鏈250圍繞樞軸中心262打開。在這兩個極限位置之間是中 間位置，在中間位置處，末端圓形突出部283、 285都將栓263、 265保持 在槽282、 284的適當(dāng)位置，使得鉸鏈250不能圍繞樞軸中心262或264 (圖6b)打開，而保持閉合。
在圖17所示的另一個實施方式中，沒有使用橫向連桿來將鉸鏈板緊 固在一起。在這種情況下，在一塊板上呈栓形的突起被容納于在如上另一 板上開槽的支架內(nèi)，而且除了使用鎖緊機構(gòu)來將固定板和移動板保持在一 起之外，還可使用兩個液壓減振器實現(xiàn)此目的以及它們前述的作用。為了 避免兩個減振器被同時驅(qū)動和鉸鏈分開，可提供液壓聯(lián)鎖(未顯示)，其 允許驅(qū)動一個或另一個減振器，但不會在同一時刻驅(qū)動兩個。選擇性地， 一自動選擇器，如前所述，可被用來驅(qū)動減振器桿和確定鉸鏈可圍繞哪一 個樞軸中心樞軸轉(zhuǎn)動。
30旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機使用的翼片部分可呈薄平葉片或者如在本實 施方式中所示的對稱機翼部分，或者薄弧形葉片或弧形機翼部分的形狀。 當(dāng)翼片通過流體的路徑是擺線或曲線時，對稱翼片形成了俯仰力矩
(pitching moment )。俯仰力矩改變了翼片的期望AOA，并且增加其阻力， 但是通過使用弧形翼片能夠減小或消除這個力矩，其中，弧形翼片被布置 在鉸鏈的方式使得該翼片的中弧線的凹的 一側(cè)面對著旋轉(zhuǎn)中心。對于高的 葉尖速度運行，理想地，弧形翼片彎曲成發(fā)電機半徑的程度，然而對于低 的葉尖速度運行，理想地，弧形翼片彎曲程度比發(fā)電機半徑大10-15%。
對于旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機，只要葉尖速度比大于1.0時，正常的工 作條件就適用。
在本發(fā)明的另一個實施方式中，多軸鉸鏈350被安裝至用在船上或 其它水運船舶上的旋轉(zhuǎn)橫流式推進設(shè)備或擺線推進設(shè)備的變換航向翼片。 不同于軸向推進設(shè)備，擺線推進設(shè)備能夠?qū)⑵渫屏σ蛉我夥较颍⑶彝?常被用于低速的拖船或渡船，需要高度的可操作性。由于這些，該推進設(shè) 備通常工作在低的傾角和大于1.0的高的葉尖速度比。本實施方式的推進 設(shè)備是次擺線型的擺線推進設(shè)備，并且被設(shè)計用于諸如集裝箱船的更高速 度的船舶。次擺線推進設(shè)備通常工作在高的傾角和小于1.0的低的葉尖速 度比。
在圖19 (a)中所示為以0.8葉尖速度比的余擺線推進設(shè)備300的轉(zhuǎn) 動順序的示意圖，這可能出現(xiàn)在船舶的巡航速度。鉸鏈350被樞軸353 地安裝至支撐臂320的一端，使得鉸鏈的橫軸351根據(jù)推力的期望方向保 持對齊。當(dāng)推力的期望方向保持不變時，鉸鏈的對齊在推進設(shè)備的一整周 轉(zhuǎn)動上保持不變。因此，當(dāng)推進設(shè)備旋轉(zhuǎn)以保持對齊時，鉸鏈必須在其樞 軸353轉(zhuǎn)動。
在正常工作下，鉸鏈的橫軸351與推力的期望方向接近對齊。在圖 19a中，船舶向著左邊直線前行，具有前向推力，并且鉸鏈的橫軸還與行 進方向?qū)R，翼片產(chǎn)生最大的升力和最小的阻力。
對于旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機，多軸鉸鏈350被用作翼片330的自動 傾角控制裝置，并且以如在旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機的實施方式中所述的同樣方式起作用。如從前，鉸鏈350的移動板355被安裝在固定板352的上 游。固定板352樞軸轉(zhuǎn)動地安裝至支撐臂的一端，而翼片330被固定于移 動板355。在這個實施方式中，4吏鏈350被限制為打開最大為45度，從 而在推進設(shè)備的一整周轉(zhuǎn)動中，使得翼片運行在最佳AOA處。
在圖19a和圖19b中，推進設(shè)備臂或舵333控制鉸鏈350的對齊，具 有完全360度范圍的可調(diào)節(jié)性。對臂333的調(diào)節(jié)產(chǎn)生鉸鏈350對齊的相應(yīng) 調(diào)整，并且由此產(chǎn)生對推力方向的相應(yīng)調(diào)整。這可通過使用皮帶和滑輪或 齒輪裝置(未顯示)來實現(xiàn)。這樣，推進設(shè)備能夠產(chǎn)生反向的推力或與前 向或反向成一角度的推力。
圖19b表示以0.8巡航葉尖速度比的采用反向推力的推進設(shè)備的轉(zhuǎn)動 順序。在這個巡航速度下，推進設(shè)備的反向推力通過將翼片設(shè)置成與航行 方向呈90度以產(chǎn)生最大阻力來實現(xiàn)。為了實現(xiàn)這一點，必須將舵轉(zhuǎn)過135 度，同時，在推進設(shè)備的一整周轉(zhuǎn)動內(nèi)將鉸鏈保持在其最大極限45度， 由jt匕造成這個差別。
反向推力表示鉸鏈的橫軸并沒有一直與推力的期望方向?qū)R，在這 個情況下具有45度的差別。實際上，對齊差隨著4吏鏈轉(zhuǎn)向而增加。這是 因為翼片被用于兩種方式產(chǎn)生升力和生成阻力。當(dāng)將鉸鏈的橫軸設(shè)置在 0度直前時，翼片^f皮用來產(chǎn)生最大的升力和最小的阻力，推力的方向與鉸 鏈的橫軸對齊。當(dāng)鉸鏈轉(zhuǎn)向時，翼片產(chǎn)生減少的升力和增加的阻力，并且 推力方向的變化量大于鉸鏈的轉(zhuǎn)動量。當(dāng)將鉸鏈轉(zhuǎn)過135度時，產(chǎn)生很少 的升力一一主要是阻力，并且獲得了完全反向的推力。這個關(guān)系是非線性 的，對于小的鉸鏈轉(zhuǎn)向角度(小于20度)，它們之間存在微小差別，如同 用于正常的轉(zhuǎn)向操縱。
對于旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機，當(dāng)設(shè)備的運行速度增加時，葉尖速度 比也由此增加。但是，對于次擺線推進設(shè)備，正好相反，也就是當(dāng)船舶 的運行速度增加時，葉尖速度比減少。對于次擺線推進設(shè)備，移帆轉(zhuǎn)向也 會出現(xiàn)，但是對于這些，它只出現(xiàn)在大于1.0的葉尖速率比。
與旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機一樣，液壓減振器(未顯示)可被用于減 小在鉸鏈350上的沖擊負(fù)載。這對于其最大速度最大為巡航速度的推進設(shè)
32備特別重要，翼片每轉(zhuǎn)一周，移帆轉(zhuǎn)向一次，并且沖擊負(fù)載可能很大。盡 管旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機能夠非?？斓丶铀偻ㄟ^移帆轉(zhuǎn)向階段，但是推進 設(shè)備在達(dá)到巡航速度之前，推進設(shè)備必須在這個階段花費更長的時間。對 于這個推進設(shè)備，液壓減振器還可具有變化的減振速率，并且背風(fēng)失速還 是一個危害，其可以通過用于旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機的任意方法來減小或 防止。
由于推進設(shè)備的翼片跟隨經(jīng)過流體的擺線或彎曲路徑，所以與旋轉(zhuǎn) 橫流式功率發(fā)電機一樣，翼片可為弧形。然而，還能夠使用薄平葉片或?qū)?稱翼片截面。
推進設(shè)備可以具有垂直轉(zhuǎn)動軸或水平轉(zhuǎn)動軸。垂直軸的推進設(shè)備可 能具有更大的推進設(shè)備直徑，如果設(shè)想大的離心力，那么這是個優(yōu)勢。在 使用水平軸的推進設(shè)備的情況，需要附加的方向舵來獲得水平面上的推力 矢量。
對于旋轉(zhuǎn)橫流式推進設(shè)備，只有當(dāng)將鉸鏈從直前位置轉(zhuǎn)過少于20度，
翼片相對于表觀流動方向的AOA少于20度，以及葉尖速度比小于1.0 時，正常的工作條件才適用。
為了最佳的性能，旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備要求多軸鉸鏈在以正常運行速度 的轉(zhuǎn)圈的相當(dāng)大的部分期間保持完全閉合。通過使用從一個樞軸中心突然 快速地轉(zhuǎn)換到另 一個樞軸中心的鉸鏈類型，這可以非常容易地實現(xiàn)。因此， 可使用具有如圖4a、 4c和4e所示類型的剛性橫向連桿的鉸鏈，或者具有 如圖5a所示類型的柔性橫向連桿的鉸鏈。
多軸鉸鏈還能夠被安裝至諸如擺動功率發(fā)電機或擺動推進器的擺動 設(shè)備，擺動功率發(fā)電機例如液壓泵，擺動推進器例如劃船槳或游泳輔助設(shè) 備。在圖20中，多軸4史鏈450被安裝至樞軸橫流式類型的擺動推進器400， 該樞軸橫流式類型具有往復(fù)運動的后臂420和安裝在其一端處的變換航 向翼片430。在使用中，往復(fù)運動的臂420圍繞樞軸點425樞軸轉(zhuǎn)動，并 且在流體中做往復(fù)運動式的移動。
與上述的旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備一樣，在行程期間，多軸鉸鏈450被用作
33翼片430的自動傾角控制裝置，并且以如在旋轉(zhuǎn)-鏡流式功率發(fā)電機的實施 方式中所述的同樣方式起作用。同樣的，移動板455被安裝在鉸鏈450 的固定4反452的上游。
在這種情況下，還利用多軸鉸鏈來輔助翼片430的"行程終點轉(zhuǎn)向"。 關(guān)于圖21,"行程終點轉(zhuǎn)向"如下起作用。在往復(fù)運動的臂420的行程期 間，翼片430圍繞迎風(fēng)樞軸462樞軸轉(zhuǎn)動并且取得平衡。在行程的終點， 倒轉(zhuǎn)往復(fù)運動的臂的行進方向，并且流體沖擊翼片的相反側(cè)。原先的迎風(fēng) 樞軸現(xiàn)在變成了背風(fēng)樞軸，并且變化的表觀流動方向產(chǎn)生了圍繞樞軸的力 矩，這個力矩將翼片轉(zhuǎn)向面朝新的表觀流動。這樣，翼片隨著變化的表觀 流動方向而自然地轉(zhuǎn)向，仿佛其圍繞位于翼片氣動力中心處的單個樞軸取 得平衡。
多軸鉸鏈還輔助行程終點轉(zhuǎn)向。當(dāng)?shù)罐D(zhuǎn)翼片的行進方向時，在圖21a 中所示的圍繞背風(fēng)樞軸464的力矩大于圍繞位于或接近翼片氣動力中心 處的單個樞軸的力矩，由此幫助這一轉(zhuǎn)向。與旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備一樣，鉸鏈 打開需要被限制，在這種情況下，被限制到大約60度。
圖20中所示的鉸鏈450的類型為具有從一個樞軸中心462突然快速 地轉(zhuǎn)4奐到另 一個樞軸中心464,以及具有剛性橫向連桿456和458。這將 在"行程終點轉(zhuǎn)向"對鉸鏈部件施壓，并且導(dǎo)致運行中的急動運動。這可 能通過加入一個或多個減振器來緩解，如同旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備所利用的。這 可選擇性地或進一步地通過利用允許從一個樞軸中心逐漸轉(zhuǎn)換到另 一個 樞軸中心的鉸鏈類型來緩解。具有剛性橫向連桿的這種鉸鏈類型在圖4b、 圖4d和圖4f中表示，具有柔性橫向連桿的在圖5b中表示。
多軸鉸鏈還能夠被用于線性500或軸向擺動推進器500，或者被用于 橫流式的前臂推進器600,或者橫流式的杠桿式臂推進器700，如圖22 中所示。多軸鉸鏈還能夠被用于這些擺動設(shè)備中任一個的分流翼片，圖 23表示橫流式的后臂擺動推進器。在這種實施方式中，所要求的多軸鉸 鏈打開動作，對于傾角控制(圖23a)和對于行程終點轉(zhuǎn)向(圖23b)是
不同的，由此多軸鉸鏈能夠被用來控制一個或另一個，但不能同時控制兩 個對于擺動推進器，只有當(dāng)所施加推力的方向與推進體的行進方向相 同或大致相同時，正常的工作條件才適用。
在本發(fā)明的另 一個用途中，多軸鉸鏈被安裝在諸如液壓泵的擺動功 率發(fā)電機的變換航向翼片或分流翼片上。如本領(lǐng)域所公知的，受壓泵流體 能夠被用來驅(qū)動旋轉(zhuǎn)渦輪和發(fā)電機。
在使用分流翼片的情況下，關(guān)于平行翼弦的樞軸中心線880安裝4交 鏈850，使得樞軸中心線880在翼片830的一側(cè)或另一側(cè)偏離該弦線(圖 24 )。
鉸鏈850的固定板852與如圖26中所示的擺動功率發(fā)電機900的支 撐臂820相連接。鉸鏈850的移動板855包括一支架，其上安裝有分流翼 片830。所示鉸鏈為具有剛性橫向連桿856和858的類型。
分流翼片830被設(shè)計成使得前沿和后沿輪流替換以確保面對通常較 高流體壓力的翼片側(cè)面始終為相同的側(cè)面，并且面對較低流體壓力的側(cè)面 也始終保持相同。因此，翼片能夠"分流"和交換其邊緣來實現(xiàn)這一點。 與變換航向翼片30 (圖7 ) —樣，如果樞軸中心862的位置被設(shè)置成其與 升-阻合力887的作用線相重合，則分流翼片830 (圖25)將圍繞迎風(fēng)樞 軸862平衡于設(shè)計AOA。因此，平衡非弧形分流翼片630的方法與上面 所描述用于變換航向翼片30的方法相同，除了變換航向翼片30的樞軸中 心被布置在翼弦的兩側(cè)，而分流翼片830的兩個樞軸都被布置在翼片的相 同側(cè)，使得迎風(fēng)樞軸中心862和背風(fēng)樞軸864都被對稱地布置在翼片830 的橫向中心線890的兩側(cè)(圖25 )。
具有少量弧度的分流翼片能夠利用稍微調(diào)整樞軸中心862和864來 平衡，從而補償弧度所產(chǎn)生的俯仰力矩。附加的穩(wěn)定性措施(未顯示)可 能對平衡高弧度的翼片是必要的。
在圖26的實施方式中，擺動橫流式功率發(fā)電機900使用往復(fù)運動的 前臂920，該前臂920以往復(fù)運動圍繞樞軸點925樞軸轉(zhuǎn)動。
多軸鉸鏈950的固定板952被安裝至往復(fù)運動臂920的自由端。分 流翼片930包括一支架，該支架被固定于鉸鏈950的移動板955,使得其
35弦實質(zhì)上平行于虛擬的樞軸中心線980。多軸鉸鏈950能夠被用于翼片的 自動傾角控制和/或自動地行程終點轉(zhuǎn)向。在行程的終點，4史《連^皮設(shè)計成 如圖27所示那樣閉合，使得該翼片失去平衡，以及掉轉(zhuǎn)方向到其在相反 行程上的新位置。
在往復(fù)運動臂920的行程中，翼片930 (圖27a)圍繞迎風(fēng)樞軸962 樞軸轉(zhuǎn)動且平衡，圍繞該樞軸沒有力矩。鉸鏈950被設(shè)計為在接近于行程 終點時閉合。當(dāng)鉸鏈閉合時，圍繞背風(fēng)樞軸964的力矩大于圍繞迎風(fēng)樞軸 962的零力矩，使得翼片930轉(zhuǎn)向，改變樞軸中心并且圍繞背風(fēng)樞軸中心 964 (圖27b)樞軸轉(zhuǎn)動。翼片繼續(xù)掉轉(zhuǎn)方向，直至其達(dá)到設(shè)計AOA,并 且產(chǎn)生反向的升力，由此以相反方向在返回行程上驅(qū)動往復(fù)運動臂。在這 個過程中，原先的背風(fēng)樞軸964變成迎風(fēng)樞軸964，直至下一個行程結(jié)束， 此時，翼片930將再次轉(zhuǎn)向。
在本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將注意到，本設(shè)備必須設(shè)計成使得鉸鏈950 閉合于期望的位置處，以結(jié)束每個行程。這是幾何學(xué)的事情，并且該設(shè)備 可能包括額外的幾何部件，以確保鉸鏈閉合于期望位置。例如，當(dāng)往復(fù)運 動臂920移動通過一個行程時，鉸鏈安裝件的方位可能需要移動一定量以 實現(xiàn)鉸鏈閉合。這可通過使用諸如不平行多臂(未顯示)或其它合適裝置 來布置。
與擺動推進器一樣，將鉸鏈的打開限制為大約60度可能是有利的。 行程終點轉(zhuǎn)向可為瞬間的動作，由此，在鉸鏈打開極限處會過度地對該鉸 鏈?zhǔn)┘討?yīng)力。與旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備相同，這可通過使用減振器來緩解。
多軸鉸鏈還能夠用于擺動功率發(fā)電機，其利用圖22中所示的那些用 于擺動推進器的等價裝置。因此，多軸鉸鏈還能夠用于線性的或軸向的擺 動功率發(fā)電機、或用于橫流式前臂功率發(fā)電機、或橫流式杠桿臂功率發(fā)電 機。如上，使這些裝置起作用是在技術(shù)人員能力范圍內(nèi)的幾何學(xué)方面的問 題，并且設(shè)備可集成附加的幾何部件來確保鉸鏈閉合于期望位置。這可通 過使用諸如不平行多臂(未顯示)、皮帶和不均滑輪裝置(未顯示)或其 它合適的裝置來布置。
對于擺動設(shè)備，在大多數(shù)的設(shè)計結(jié)構(gòu)和葉尖速度比中，背風(fēng)失速通
36常不是一個危害，但是在其可能為危害的極端情況下，這種背風(fēng)失速可由 用于旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備的任意裝置來抵消。
在變換航向翼片被用于擺動設(shè)備的情況下，它可采用可用于旋轉(zhuǎn)橫 流式功率發(fā)電機的任意形狀。如果變換航向翼片呈弧形，那么翼片的曲面 必須根據(jù)表觀流動的方向而按方向來輪流交替，翼片可能由諸如橡膠、柔 性塑料或其它合適材料的柔性材料制成。在分流翼片被用于擺動設(shè)備的情 況下，它的形狀可為薄平板或?qū)ΨQ透鏡狀部分或薄的弧形板或弧形透鏡狀 部分。
對于擺動功率發(fā)電機，正常的工作條件適用于設(shè)備使用中的任意時刻。
在又一個實施方式中，多軸4交鏈被用作位于在諸如潮沙流的變化方 向流體流中的力生成設(shè)備或流控制設(shè)備上的傾角控制裝置。
在圖28的實施方式中，多軸4史鏈1050被安裝至分流翼片1030，該 分流翼片用于生成設(shè)備上的向下力。該設(shè)備可為安裝在海底的擺動功率發(fā) 電機，其中由機翼產(chǎn)生的向下力被用來對抗作用在海底的發(fā)電機上的非常 大的拖曳力。分流翼片1030被安裝至發(fā)電機1000的基座1020。在圖28a 中，所示多軸4交鏈1050圍繞背風(fēng)樞軸中心1064打開，相對于由箭頭所示 的接近流動方向?qū)⒁砥瑑A斜向負(fù)的AOA,由此在機翼上產(chǎn)生向下力。分 流翼片1030呈弧形，以相對于非弧形機翼，產(chǎn)生附加的向下力。 一對檔 塊1040被布置在基座1020上，直接位于分流翼片1030下方。檔塊1040 限制機翼1030的傾角至如期望的設(shè)計AOA,盡管還可以使用其它的限制 裝置。因此，翼片1030不需要像旋轉(zhuǎn)設(shè)備和擺動設(shè)備那樣取得平衡。在 這種情況下，多軸鉸鏈的樞軸中心線不需要偏離分流翼片的弦，并且如果 提供足夠的樞軸跨度，那么其可被布置成與分流翼片的弦共線，如圖28 所示。
在圖28b中，潮沙流緩慢且沒有主要的方向，因此鉸鏈1050通過機 翼1030的作用來閉合，機翼1030具有稍微正向的浮力，因此其停靠在零 傾角處。從而，浮力作為定中心力。在圖28c中，潮汐如箭頭所示的轉(zhuǎn)向。 鉸鏈1050現(xiàn)在圍繞背風(fēng)樞軸中心1062打開，由此機翼1030相對變化的流動方向傾斜至負(fù)的AOA。檔塊1040限制機翼1030的傾角至期望的 AOA。
在弧形、鉸鏈跨距、鉸鏈1050與翼片1030之間的鉸鏈偏離量的一 些配置中，單獨通過變化流動方向的作用就可使翼片轉(zhuǎn)向，并且不需要定 中心力。圖29a表示具有偏離機翼的較大距離的鉸鏈的示意實例。然而， 在許多情況下，特別是當(dāng)使用高的弧形時，單獨通過變化的流動將不能自 然地使翼片轉(zhuǎn)向，必須使用進一步的定中心力來對抗俯仰力矩。
在必要的情況下，定中心力被用來在流動停止時閉合鉸鏈，并且將 翼片1030返回至零傾角。從零傾角開始，翼片1030能夠更為容易地生成 要求的升阻力矩，以再次轉(zhuǎn)向相對變化流動方向的負(fù)AOA。
在力生成設(shè)備或流控制設(shè)備的選擇性實施方式中，鉸鏈1150是具有 如圖29b中所示意表示的單個樞軸中心的單軸鉸鏈。鉸鏈1150按照如同 多軸鉸鏈1050的相同方式運行，不同之處在于，為了提供定中心力，該 翼片浮力應(yīng)當(dāng)為稍微負(fù)向。
對于力生成設(shè)備，如果將要由翼片產(chǎn)生的力為升力而不是向下力， 那么翼片浮力反向。如果將要產(chǎn)生的力為側(cè)向力，那么可能有必要提供定 中心力的可選裝置，例如使用彈簧、其它合適的門或閘閉合裝置。在力方 向的所有情況下，定中心力還可由液壓油缸提供。
多軸鉸鏈還可被用于如圖30中所示的流控制設(shè)備1210。流控制設(shè)備 1210的目的是調(diào)整在該設(shè)備附近的流動速度和方向。在一個實施方式中， 只要需要這種交替的流動調(diào)整，就可使用單個流控制設(shè)備。
在又一個實施方式中，使用一對流控制設(shè)備來提供一管道，其內(nèi)安 裝有旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機。參見圖30a,旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機1200 以平面圖表示。旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機可被安裝在潮沙流中。發(fā)電機可為 單個獨立單元，或者它可形成多個或陣列發(fā)電機的一部分。 一對流控制設(shè) 備包括在發(fā)電才幾1200兩側(cè)上設(shè)置并且接近該發(fā)電機的一對分流翼片 1230a和1230b,每個翼片1230都被安裝在多軸鉸鏈上。翼片1230被安 裝成，使得延伸在鉸鏈1250的樞軸中心1262和1264之間的虛擬樞軸中
38心線1280基本上平行于該機翼的弦。翼片1230呈弧形，并且^f皮布置在發(fā)電機的兩側(cè)，使得每個翼片的凸起側(cè)1233都面向旋轉(zhuǎn)橫流式發(fā)電機。
除了曲面，每個翼片的AOA也決定了管道的形狀。通常期望的是，相對于迎面而來的流動方向，管道在其下游出口處寬于在其的上游入口，以增加流過發(fā)電^L的流動速率。因此，在圖30a中，4交鏈1250a圍繞下游樞軸中心1264a打開以傾斜翼片1230a至負(fù)AOA，同時鉸鏈1250b圍繞下游樞軸中心1264b打開以傾斜翼片1230b至正AOA，從而獲得擴散器形狀。與先前的力生成設(shè)備一樣，限制裝置可被用來限制機翼的傾角和AOA。
在圖30b中，沒有主要的流動方向，發(fā)電機靜止，定中心力已經(jīng)閉合鉸鏈并且將翼片返回零傾角。與力生成設(shè)備一樣，流控制設(shè)備可需要如前面所描述的適于它們垂直/水平定位的任意定中心力裝置。
在圖30c中，潮沙轉(zhuǎn)向，使得水以與圖30a中的相反方向流動。為了將管道形成擴散器的形狀，以便將流動輸送過發(fā)電機，翼片1230的方位已被倒轉(zhuǎn)。這僅是通過響應(yīng)作用在翼片上的流體動力的多軸鉸鏈1250a、1250b來實現(xiàn)的。樞軸鉸鏈1250a現(xiàn)在圍繞已經(jīng)變成下游樞軸中心的樞軸中心1262a打開。4交鏈1250b圍繞樞軸中心1262b打開。
發(fā)電機1200和流控制設(shè)備1210可為在潮沙流中密集的多個或陣列旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機的一部分。在一個實施方式中，在相鄰發(fā)電機之間的間隙中設(shè)置兩個流控制設(shè)備以產(chǎn)生它們彼此間的文氏管式通道。在圖30中，翼片1230b被布置得非常靠近相鄰發(fā)電機的翼片1230c，使得兩個翼片產(chǎn)生彼此間的文氏管式通道。在已經(jīng)提供的情況下，管道被用來將水流輸送過陣列。在發(fā)電機之間安裝文氏管式通道還/進一步可增強流過陣列的流動，并且減輕在陣列的上游部分和下游部分之間形成的水頭。例如，處于這種陣列中的翼片的發(fā)電機側(cè)上的靜壓力可能大于在文氏管側(cè)的靜壓力。換句話說，下游的文氏管流動可能快于下游的發(fā)電機流動。當(dāng)較快的文氏管流動混合較慢的發(fā)電機流動時，它將使發(fā)電機流動加速，并且這將增強流過陣列的流動。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將注意到，樞軸中心的位置能夠設(shè)計來利用壓力場，使得限制裝置保持翼片于設(shè)計AOA。
39如同力生成設(shè)備，如果提供足夠的樞軸跨距，那么多軸鉸鏈的樞軸中心線可能被布置成與分流翼片的弦共線。如果設(shè)想非常窄的文氏管式通道或構(gòu)造需要要求，那么這可能有優(yōu)勢。
上面所述的力生成設(shè)備和流控制設(shè)備的翼片可能具有如圖30中所示的正曲面，或負(fù)曲面，或零曲面，以及其形狀可為薄平板、或?qū)ΨQ透鏡狀部分、或薄的弧形板、或弧形透鏡狀部分。對于流控制設(shè)備，鉸鏈可能被布置在文氏管式通道內(nèi)或文氏管式通道外，這取決于期望類型的流動通道。
根據(jù)特定的設(shè)備設(shè)計和其中使用翼片的流體介質(zhì)，在本發(fā)明的所有方面，機翼可能由基本上為剛性的材料制成，例如軋制鋼或剛性合成物，或者機翼可能由柔性材料制成，例如橡膠、柔性塑料或帆布。而且，機翼可能被安裝至任意數(shù)量的鉸鏈，鉸鏈可能被定位在沿著機翼長度上的任意位置或者在機翼的一端。對于非軸向設(shè)備，機翼可能被安裝在一對鉸鏈上，每個鉸鏈位于機翼的一端，或者機翼可能被安裝在位于機翼中跨處的鉸鏈上。
技術(shù)人員可以清楚知道，由于多軸鉸鏈的簡易性，體現(xiàn)本發(fā)明的任意設(shè)備可能被進一步地用作沒有重大效用的設(shè)備，例如兒童玩具，移動雕刻或類似物。
技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)了解到，使用合并有根據(jù)本發(fā)明的多軸鉸鏈的機翼和旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備實現(xiàn)了橫流式設(shè)備的可達(dá)性，其大大優(yōu)于機翼傾角控制的現(xiàn)有技術(shù)方案。例如，因為多軸鉸鏈被安裝在設(shè)備周邊，并且是完全獨立的實體，所以它不需要參考該設(shè)備的轉(zhuǎn)動軸或連接該設(shè)備的轉(zhuǎn)動軸。這又意味著，轉(zhuǎn)子軸的每一端都自由地在其的每一端處一皮外部地支撐。因此，還可以使用更大的設(shè)備。沒有復(fù)雜的機器和控制系統(tǒng)使得設(shè)備能夠被更容易地安裝或拆除，當(dāng)設(shè)備被用在水流中時，這是重大優(yōu)勢。
權(quán)利要求
1.一種機翼，其被布置用于相對所述機翼而改變方向的流體流，所述機翼被布置在多軸鉸鏈上，以自動地調(diào)整所述機翼的傾角。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機翼，其中，所述多軸會t鏈包括固定部件 和移動部件，所述固定部件界定了橫向間隔開的第一樞軸中心和第二樞軸 中心，所述移動部件可在流體動壓力的作用下圍繞所述第 一樞軸中心和所 述第二樞軸中心中的每一個樞軸轉(zhuǎn)動，以使得所述鉸鏈圍繞所述第 一樞軸 中心或所述第二樞軸中心中的任一個打開，所述機翼被布置在所述移動部 件上以便隨其進行樞軸轉(zhuǎn)動運動。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機翼，其中，所述多軸鉸鏈包括固定部件 和移動部件，所述移動部件可在流體動壓力的作用下圍繞第一樞軸中心和 與所述第 一樞軸中心橫向間隔開的第二樞軸中心中的每一個樞軸轉(zhuǎn)動，以 使所述鉸鏈圍繞所述第一樞軸中心或所迷第二樞軸中心中的任一個打開， 且其中，在所述鉸鏈打開期間，所述第一樞軸中心和所述第二樞軸中心中 的每一個的位置可相對于所述固定部件而變化，所述機翼被布置在所述移動部件上以〗更隨其進4于樞軸轉(zhuǎn)動運動。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的機翼，其中，在所述鉸鏈圍繞所述第 一樞軸中心和所述第二樞軸中心中的一個打開到所述鉸鏈圍繞所述第一 樞軸中心和所述第二樞軸中心中的另 一個打開的轉(zhuǎn)換期間，所述移動部件 的動作實質(zhì)上是瞬間的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的機翼，其中，在所述鉸鏈圍繞所述第 一樞軸中心和所迷第二樞軸中心中的一個打開到所述鉸鏈圍繞所述第一 樞軸中心和所述第二樞軸中心中的另 一個打開的轉(zhuǎn)換期間，所述移動部件 的動作為逐洋斤;袞5力運動。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項權(quán)利要求所述的機翼，其中，所述 移動部件被布置為在所述第 一樞軸中心和所述第二樞軸中心之間的轉(zhuǎn)換 移動期間圍繞多個中間樞軸中心樞軸轉(zhuǎn)動。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項權(quán)利要求所述的機翼，其中，所述多軸鉸鏈進一步包括在所述固定部件和所述移動部件之間延伸的橫向連桿。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的機翼，其中，所述橫向連桿實質(zhì)上為剛性的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所迷的機翼，其中，所述橫向連桿為柔性的。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的機翼，其中， 一鎖緊機構(gòu)被提供來將所述 固定部件和所述移動部件緊固在一起，并且來使所述移動部件能夠在圍繞 所述第 一樞軸中心打開和圍繞所述第二樞軸中心打開之間轉(zhuǎn)換。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的機翼，其中，所述鎖緊機構(gòu)可由一定向 葉片來控制。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的機翼，其中，所述鎖緊機構(gòu)可由壓力驅(qū) 動開關(guān)來控制。
13. 根據(jù)先前任一項權(quán)利要求所述的機翼，其進一步包括連接至所述 移動部件的至少 一個液壓減振器。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的機翼，其中，在所述第一樞軸中心和所 述第二樞軸中心中的每一個處都提供了液壓減振器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的機翼，其進一步包括在所述第一樞軸中心 和所述第二樞軸中心中的每一個處連接至所述移動部件的第一液壓減振 器和第二液壓減振器，所述減振器被布置成將所述固定部件和所述移動部 件緊固在一起，并且使得所迷移動部件能夠在圍繞所述第一樞軸中心打開 和圍繞所述第二樞軸中心打開之間轉(zhuǎn)換。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項權(quán)利要求所述的機翼，其中，所 述液壓減振器具有變化的減振速率。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13至16中任一項權(quán)利要求所述的機翼，其中，所 述液壓減振器包括延時設(shè)備。
18.根據(jù)權(quán)利要求14至7中任一項權(quán)利要求所述的機翼，其中，在所述第一樞軸中心和所述第二樞軸中心中的每一個處提供了液壓減振器， 并且提供了自動選擇器，以在任意時刻確定將要操作的是哪個減振器。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的機翼，其中，所迷自動選擇器包括旋轉(zhuǎn)閥。
20. 根據(jù)權(quán)利要求i8所述的機翼，其中，所述自動選擇器包括線性閥。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的機翼，其中，所述自動選擇器借助 于定向葉片來控制。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的機翼，其中，所述自動選4奪器借助 于壓力驅(qū)動開關(guān)來控制。
23. 根據(jù)權(quán)利要求13至22中任一項權(quán)利要求所述的機翼，其中，所 述液壓減振器限制所述鉸鏈的所述移動部件的移動范圍。
24. 根據(jù)先前任一項權(quán)利要求所述的機翼，其中，所述移動部件被布 置為從所述固定部件打開最多至30度。
25. 根據(jù)先前任一項權(quán)利要求所述的機翼，其中，流體為水。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的機翼，其中，所述水流動或移動，并且 是潮沙流、河流、水在波浪中的4九道運動、洋流或類似物。
27. 根據(jù)先前任一項權(quán)利要求所述的機翼，其中，所述機翼包括前沿 和后沿，并且被設(shè)置成，在使用所述機翼的設(shè)備的正常工作條件下，所述 前沿 一 直朝向迎面而來的流動方向，而所述后沿 一 直朝向遠(yuǎn)離所述迎面而 來的沫b動方向。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的機翼，其中，所述機翼通常被形成為薄 平葉片或?qū)ΨQ的機翼部分或薄弧形葉片或弧形機翼部分。
29. 根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的機翼，其中，所述多軸鉸鏈的樞軸 中心線被界定為穿過所述第一樞軸中心和所述第二樞軸中心的虛擬線，且 其中，所述鉸鏈被安裝至所述機翼的方式為，當(dāng)所述鉸鏈處于完全閉合位 置時，所述樞軸中心線被布置為基本上垂直于所述機翼的弦。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的機翼，其中，所述鉸鏈被安裝成，所述 樞軸中心線在所述機翼的氣動力中心的+/- 25%的范圍內(nèi)通過。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的機翼，其中，所述鉸鏈被安裝成，所述 樞軸中心線在所述機翼的氣動力中心的+/- 10%的范圍內(nèi)通過。
32. 根據(jù)權(quán)利要求1至26中任一項權(quán)利要求所述的機翼，其中，所 述機翼包括相對的表面以及前沿和后沿，所述前沿和后沿被布置為在其使 用期間輪流交替，以確保所述機翼朝向通常較高流體壓力的表面一直保持 不變，且所述機翼朝向較低流體壓力的表面一直保持不變。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的機翼，其中，所述機翼通常被形成為薄 平板或?qū)ΨQ透鏡狀部分或薄的弧形板或孤形透鏡狀部分。
34. 根據(jù)權(quán)利要求32或33所述的機翼，其中，所述多軸鉸鏈的樞軸 中心線被界定為穿過所述第一樞軸中心和所述第二樞軸中心的虛擬線，且 其中，所述鉸鏈被安裝至所述機翼的方式為，當(dāng)所述鉸鏈處于完全閉合位 置時，所述樞軸中心線被布置為基本上平行于所述機翼的弦。
35. —種旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備，其用于表觀流動方向變化的流體流，所述 設(shè)備包括被排列成基本上垂直于所述流體流的轉(zhuǎn)子軸，以及如權(quán)利要求2 至31中任一項權(quán)利要求所述的、被樞軸轉(zhuǎn)動地布置成平行于所述轉(zhuǎn)子軸 的至少一個機翼，所述機翼被以與所述轉(zhuǎn)子軸相間隔的關(guān)系布置在連接到 所述轉(zhuǎn)子軸的支撐物上。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備，其中，所述設(shè)備為旋 轉(zhuǎn)才黃流式功率發(fā)電機。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備，其中，所述多軸鉸鏈 被剛性地安裝至所述支撐物，使得在所述設(shè)備運行期間，所述鉸鏈的橫軸 保持與所述機翼的旋轉(zhuǎn)弧緊密相切。
38. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備，其中，所述設(shè)備為旋 轉(zhuǎn)橫流式推進設(shè)備。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備，其中，所述多軸鉸鏈 被樞軸轉(zhuǎn)動地安裝至所述支撐物，且其中，所述多軸鉸鏈的橫軸被布置為與所期望的推力方向保持對齊。
40. 根據(jù)權(quán)利要求35至39中任一項權(quán)利要求所述的旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備， 其中，所述機翼被安裝至所述多軸鉸鏈的所述移動部件，使得在所述設(shè)備 的正常工作條件下，相對于所述表觀流動方向，所述移動部件纟皮布置在所 述固定部件的上游。
41. 一種用在流體流中的擺動i殳備，所述設(shè)備包括往復(fù)運動元件，以 及如權(quán)利要求2至31中任一項權(quán)利要求所述的至少一個機翼，所述至少 一個機翼被布置在所述往復(fù)運動元件上，使得當(dāng)所述往復(fù)運動元件位于其 中間行程位置并且所述鉸鏈處于完全閉合位置時，所述機翼的弦被布置為 基本上平^于于平均流體流動方向。
42. —種用在流體流中的擺動設(shè)備，所述設(shè)備包括往復(fù)運動元件，以 及如權(quán)利要求2至26中或權(quán)利要求32至34中的任一項權(quán)利要求所述的 至少一個機翼，所述至少一個機翼被布置在所述往復(fù)運動元件上，使得當(dāng) 所述往復(fù)運動元件位于其中間行程位置并且所述鉸鏈處于完全閉合位置 時，所述機翼的弦被布置為基本上垂直于平均流體流動方向。
43. 根據(jù)權(quán)利要求41或42所述的擺動設(shè)備，其中，所述設(shè)備為功率 發(fā)電機。
44. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的擺動設(shè)備，其中，所述機翼纟皮安裝在所 述多軸鉸鏈的所述移動部件上，使得當(dāng)所述往復(fù)運行元件處于其中間行程 位置時，相對于所述平均流體流動方向，所述移動部件被定位在所述固定 部件的下游。
45. 根據(jù)權(quán)利要求41或42所述的擺動設(shè)備，其中，所述設(shè)備為推進器。
46. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的擺動設(shè)備，其中，所述機翼被安裝在所 述多軸鉸鏈的所述移動部件上，使得當(dāng)所述往復(fù)運行元件處于其中間行程 位置時，在所述設(shè)備的正常工作條件下，相對于所述平均流體流動方向， 所述移動部件被定位在所述固定部件的上游。
47. —種力生成設(shè)備，其用于方向改變的流體流，所述設(shè)備包括布置在一樞軸轉(zhuǎn)動鉸鏈上的機翼，所述樞軸轉(zhuǎn)動鉸鏈用于自動地調(diào)節(jié)所述機 翼的傾角，且其中，所述機翼包括相對的表面以及前沿和后沿，所述前 沿和后沿被布置為在其使用期間輪流交替，以確保所述機翼朝向通常較 高流體壓力的表面 一直保持不變，且所述機翼朝向較低流體壓力的表面 一直保持不變。
48. 根據(jù)權(quán)利要求47所述的力生成設(shè)備，其中，所述樞軸轉(zhuǎn)動鉸鏈 為多軸鉸鏈，所述多軸鉸鏈包括界定橫向隔開的第 一樞軸中心和第二樞軸 中心的固定部件，以及可圍繞所述第 一樞軸中心和所述第二樞軸中心中的 每一個樞軸轉(zhuǎn)動的移動部件，所述機翼被布置在所述移動部件上以便隨其 進4亍才區(qū)4由壽爭動運動。
49. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的力生成設(shè)備，其中，所述鉸鏈包括被界 定為穿過所述第 一樞軸中心和所述第二樞軸中心的虛擬線的樞軸中心線， 且其中，所述鉸鏈被安裝成，當(dāng)所述鉸鏈處于完全閉合位置時，所述樞軸 中心線基本上平行于所述機翼的弦。
50. 根據(jù)權(quán)利要求49所述的力生成設(shè)備，其中，所述樞軸中心線與 所述々幾翼的弦共線。
51. 根據(jù)權(quán)利要求49所述的力生成設(shè)備，其中，所述樞軸中心線偏 離所迷機翼的弦。
52. 根據(jù)權(quán)利要求47所述的力生成設(shè)備，其中，所述樞軸轉(zhuǎn)動鉸鏈 具有單個樞軸線。
53. 根據(jù)權(quán)利要求52所述的力生成設(shè)備，其中，所述樞軸偏離所述 機翼的弦。
54. 根據(jù)權(quán)利要求47至53中任一項權(quán)利要求所述的力生成設(shè)備，其 進一步包括限制所述機翼的傾角的限制裝置。
55. 根據(jù)權(quán)利要求47至54中任一項權(quán)利要求所迷的力生成設(shè)備，其 中，所述機翼呈弧形。
56. 根據(jù)權(quán)利要求47至55中任一項權(quán)利要求所述的力生成設(shè)備，其 中，額外的外部力被提供來調(diào)整所述機翼的傾角。
57. 根據(jù)權(quán)利要求56所述的力生成設(shè)備，其中，所述額外的外部力 包4會、液壓油釭。
58. 根據(jù)權(quán)利要求47至57中任一項權(quán)利要求所述的力生成設(shè)備，其 中，所述流體流為潮沙流。
59. 根據(jù)權(quán)利要求47至58中任一項權(quán)利要求所述的力生成設(shè)備，其 被設(shè)置在一旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機附近。
60. —種流控制設(shè)備，其用于交替改變方向的流體流，所述設(shè)備包括 布置在樞軸轉(zhuǎn)動鉸鏈上的機翼，所述樞軸轉(zhuǎn)動鉸鏈用于自動地調(diào)節(jié)所述機 翼的傾角，且其中，所述機翼包括相對的表面以及前沿和后沿，所述前沿 和后沿被布置為在其使用期間輪流交替，以確保所述機翼朝向通常較高流 體壓力的表面一直保持不變，且所述機翼朝向較低流體壓力的表面一直保 持不變。
61. 根據(jù)權(quán)利要求60所述的流控制設(shè)備，其中，所述樞軸轉(zhuǎn)動鉸鏈 為多軸鉸鏈，所述多軸鉸鏈包括界定橫向隔開的第一樞軸中心和第二樞軸 中心的固定部件，以及可圍繞所迷第 一樞軸中心和所述第二樞軸中心樞軸 轉(zhuǎn)動的移動部件，所述機翼被布置在所述移動部件上以便隨其進行樞軸轉(zhuǎn) 動運動。
62. 根據(jù)權(quán)利要求61所述的流控制設(shè)備，其中，所述鉸鏈包括被界 定為穿過所述第 一樞軸中心和所述第二樞軸中心的虛擬線的樞軸中心線， 且其中，所述鉸鏈被安裝成，當(dāng)所述鉸鏈處于完全閉合位置時，所述樞軸 中心線基本上平行于所述機翼的弦。
63. 根據(jù)權(quán)利要求62所述的流控制設(shè)備，其中，所述樞軸中心線與 所述機翼的弦共線。
64. 根據(jù)權(quán)利要求62所述的流控制設(shè)備，其中，所述樞軸中心線偏 離所迷機翼的弦。
65. 根據(jù)權(quán)利要求60所述的流控制設(shè)備，其中，所述樞軸轉(zhuǎn)動鉸鏈 具有單個樞軸線。
66. 根據(jù)權(quán)利要求65所述的流控制設(shè)備，其中，所述樞軸偏離所述機翼的弦。
67. 根據(jù)權(quán)利要求60至66中任一項權(quán)利要求所述的流控制設(shè)備，其 進一步包括限制所述機翼的傾角的限制裝置。
68. 根據(jù)權(quán)利要求60至67中任一項權(quán)利要求所述的流控制設(shè)備，其 中，所述機翼呈弧形。
69. 根據(jù)權(quán)利要求60至68中任一項權(quán)利要求所述的流控制設(shè)備，其 中，額外的外部力一皮提供來調(diào)整所述機翼的傾角。
70. 根據(jù)權(quán)利要求69所述的流控制設(shè)備，其中，所述額外的外部力 包4舌液壓油釭。
71. 根據(jù)權(quán)利要求60至70中任一項權(quán)利要求所述的流控制設(shè)備，其 中，所述流體流為潮沙流。
72. 根據(jù)權(quán)利要求60至71中任一項權(quán)利要求所述的流控制設(shè)備，其 被設(shè)置在一旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機附近。
73. —對流控制設(shè)備，所述流控制設(shè)備如根據(jù)權(quán)利要求60至72中任 一項權(quán)利要求所述的，且所述一對流控制設(shè)備中的一個流控制設(shè)備被設(shè)置 在一旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機的一側(cè)，所述一對流控制設(shè)備中的另 一個流控 制設(shè)備被設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機的相對側(cè)，使得在它們之間產(chǎn) 生一管道，所述旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機被布置在所述管道內(nèi)。
74. 多個旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機，其中，在相鄰發(fā)電機之間的間隙內(nèi) 設(shè)置有根據(jù)權(quán)利要求60至73中任一項所述的至少一個流控制設(shè)備。
75. 根據(jù)權(quán)利要求74所述的多個旋轉(zhuǎn)橫流式功率發(fā)電機，其中，兩 個所述流控制設(shè)備被相互靠近布置，從而在它們之間形成文氏管。
76. —種機翼，其實質(zhì)上如此處所描述的，并且如附圖所圖示說明的。
77. —種旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備，其實質(zhì)上如此處所描述的，并且如附圖所 圖示說明的。
78. —種擺動設(shè)備，其實質(zhì)上如此處所描述的，并且如附圖所圖示說 明的。
79. —種力生成設(shè)備，其實質(zhì)上如此處所描述的，并且如附圖所圖示說明的。
80. —種流控制設(shè)備，其實質(zhì)上如此處所描述，并且如附圖所圖示說 明的。
全文摘要
一種機翼(30)，其被布置用于相對該機翼而改變方向的流體流，其布置在多軸鉸鏈(50)上以便自動地調(diào)整機翼的傾角。該機翼可應(yīng)用至用于表觀流動方向變化的流體流的旋轉(zhuǎn)橫流式設(shè)備，可應(yīng)用至用于流體流的擺動設(shè)備，可應(yīng)用至用于改變方向的流體流的力生成設(shè)備，或可應(yīng)用至用于交替變向的流體流的流控制設(shè)備。
文檔編號F03B17/06GK101652562SQ200880011095
公開日2010年2月17日 申請日期2008年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月9日
發(fā)明者大衛(wèi)·勞森 申請人:大衛(wèi)·勞森