專利名稱：充氣式自適應可變形葉片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種充氣式自適應可變形葉片，特別適用于垂直軸風力機。
背景技術：
葉片是葉輪機械的關鍵部件，葉片的做功能力完全取決于葉片的形狀，傳統(tǒng)的葉片在工作過程中形狀是不變的。垂直軸風力機的葉片具有一個非常顯著的特征，就是它不需要像水平軸風力機葉片那樣，承受非常大的展向力。因此，垂直軸風力機葉片強度要求很低。降低垂直軸風力機葉片的重量，具有非常大的益處，充氣式葉片極大地降低了容易被損壞的軸承負載，可以大大延長軸承的壽命。垂直軸風力機的葉片運轉(zhuǎn)過程中，如圖1，當方向從左向右時，葉片處于B、C位置時，壓力面在旋轉(zhuǎn)圓的外側(cè)，當葉片處于D、E位置時，壓力面在旋轉(zhuǎn)圓的內(nèi)側(cè)。眾所周知，對于機翼，在一定攻角下，不對稱翼型(壓力面較平緩的翼型)的做功能力大于對稱翼型的做功能力，但對于垂直軸風力機，由于葉片的壓力面與吸力面是交替的變化的，常規(guī)的葉片通常選用對稱翼型(如果選用不對稱翼型，當凸面程度較重的那一面變成壓力面時，做功性能將會變得很差)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述根本性的問題而提供一種充氣式自適應可變形葉片， 氣動上具有自適應變形能力，不但質(zhì)量輕，而且在葉片運轉(zhuǎn)過程中，隨葉片位置的變化，由于葉片表面上的壓力，導致壓力面上葉片的變形小，表面相對平緩，吸力面變形較大，相對較凸。為了達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案
一種充氣式自適應可變形葉片，包括彈性的氣囊、固定于氣囊上端的上端板和固定于氣囊下端的下端板。其特征在于所述下端板上有充氣口連通氣囊的內(nèi)腔；所述彈性的氣囊在內(nèi)部壓力達到設定值時，氣囊截面的形狀呈設定翼型使氣囊形成葉片，充氣后氣囊內(nèi)部壓力高于外部壓力，氣囊的彈性使得表面發(fā)生沿葉片中心線方向均勻變形；當葉片被安置在流場中時，葉片壓力面外側(cè)的壓力比葉片吸力面較大，導致葉片壓力面變形較小，吸力面變形較大，氣動上具有自適應變形能力，有利于提高葉片的風能吸收率。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實用性特點和顯著優(yōu)點本發(fā)明的葉片為彈性氣囊，可充氣呈設定翼型，并適應氣流壓力而相應變形。這種葉片不但重量很輕，安裝方便，而且在氣動上具有自適應變形的能力，能夠較大幅度地提高做功能力。 這種葉片特別適用于垂直軸風力機。


圖1是垂直軸風力機葉片運轉(zhuǎn)過程示意圖；圖2是垂直軸風力機及其橫截面示意圖； 圖3是充氣式葉片橫截面及其受到氣流的作用時的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實施例結合

如下 實施例一
參見圖2，本充氣式自適應可變型葉片，包括彈性的氣囊( 和固定于氣囊( 上下端的上下板(即上端板1和下端板3)，下端板C3)上有充氣口連通氣囊的內(nèi)腔；所述彈性的氣囊( 在內(nèi)部充氣壓力達到設定值時，氣囊(2)截面的形狀呈設定翼型使氣囊(2)形成葉片，充氣后氣囊(2)內(nèi)部壓力高于外部壓力，氣囊的彈性使得表面發(fā)生沿葉片中心線方向均勻變形；當葉片處于流場之中，葉片壓力面外側(cè)的壓力比葉片吸力面大，導致葉片壓力面變形較小，吸力面變形較大，使得葉片在氣動上具有自適應變形能力，有利于提高葉片的做功能力。實施例二
本實驗例與實驗例一基本相同，特別之處如下
本充氣式自適應可變形葉片的橫截面見圖3 (a)，弦長a=0. 5m，氣囊(2 )選用具有一定彈性的材料制作，葉片展長5m，上端和下端與平板(即上端板1和下端板3)固定密封鏈接， 下端板(3)上安裝出氣口(4)，氣囊(2)表皮在葉片的尾緣密封粘貼。假定該氣囊(2)設計成對稱翼型，當氣囊(2)內(nèi)壓力為1. 1大氣壓時，充氣葉片的橫截面形狀為NACA0015。當葉片被安置到流場中時，由于受到氣流的作用，如圖3(b) (c)，氣囊(2)的外表面受力不同， 而內(nèi)表面壓力相同，導致葉片橫截面周邊表面發(fā)生不均勻形變，壓力面由于處于高壓區(qū)，內(nèi)外壓差減小，將被一定程度地向內(nèi)壓縮，型面變得平緩；吸力面由于處于低壓區(qū)，內(nèi)外壓差增大，型面變得等凸一些，形成一種具有良好氣動性能的自適應變形狀葉片，當風向不同時，葉片的壓力面與吸力面將自動變化。
權利要求
1. 一種充氣式自適應可變形葉片，包括彈性的氣囊(2)、固定于氣囊上端的上端板(1) 和固定于氣囊下端的下端板(3)；其特征在于所述下端板(3)上有充氣口(4)連通氣囊(2) 的內(nèi)腔；所述彈性的氣囊( 在內(nèi)部充氣壓力達到設定值時，氣囊(2)截面的形狀呈設定翼型使氣囊(2)形成葉片，充氣后氣囊(2)內(nèi)部壓力高于外部壓力，氣囊的彈性使得表面發(fā)生沿葉片中心線方向均勻變形；當葉片處于流場之中，葉片壓力面外側(cè)的壓力比葉片吸力面大，導致葉片壓力面變形較小，吸力面變形較大，使得葉片在氣動上具有自適應變形能力， 有利于提高葉片的做功能力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種充氣式自適應可變形葉片。它包括彈性的氣囊和固定于氣囊上下端的上下板，下端板上有充氣口連通氣囊的內(nèi)腔；所述彈性的氣囊在內(nèi)部充氣壓力達到設定值時，氣囊截面的形狀呈設定翼型使氣囊形成葉片，充氣后氣囊內(nèi)部壓力高于外部壓力，氣囊的彈性使得表面發(fā)生沿葉片中心線方向均勻變形；當葉片處于流場之中，葉片壓力面外側(cè)的壓力比葉片吸力面大，導致葉片壓力面變形較小，吸力面變形較大，使得葉片在氣動上具有自適應變形能力，有利于提高葉片的做功能力。這種葉片不但重量很輕，安裝方便，而且在氣動上具有自適應變形的能力，能夠較大幅度地提高做功能力。這種葉片特別適用于垂直軸風力機。
文檔編號F03D3/06GK102506009SQ20111036926
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月21日 優(yōu)先權日2011年11月21日
發(fā)明者黃典貴 申請人:上海大學