本實(shí)用新型涉及一種電子顯示設(shè)備，尤其涉及一種基于高速列車的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

高速列車采用復(fù)合制動。在正常制動過程中優(yōu)先采用再生制動，也就是將電動機(jī)反轉(zhuǎn)，變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，從而將動車組的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芩徒o接觸網(wǎng)，供相鄰區(qū)間其他列車使用。再生制動是一種比較環(huán)保和綠色的制動方式。

當(dāng)高速列車速度較低時，再生制動的效果比較差，就會改為盤形制動。這個與汽車上的制動盤工作原理一樣。車軸上套上制動盤，或者是兩端的車輪一部分作為制動盤，卡鉗抱住制動盤，摩擦發(fā)熱，從而將列車的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟⒌簦_(dá)到減速的目的。

國內(nèi)的高速試驗(yàn)車CRH380AM，還使用了風(fēng)阻制動，也就是在制動時，在列車的端部升起風(fēng)阻板，從而加大動車組的空氣阻力，達(dá)到輔助制動的目的。在盤形制動階段，如果不采用合理方式將制動能收集，所有的能量將以熱能的形式散失掉，同時對制動盤造成極大的磨損。

列車通過時周圍產(chǎn)生2種氣動影響。(1)脈沖壓力，是由列車頭車和尾車通過造成的。列車頭車通過時，產(chǎn)生了壓力增大、隨后壓力快速下降的壓力脈沖，壓力脈沖持續(xù)時間非常短。(2)列車通過時誘導(dǎo)的流動，運(yùn)動中的列車產(chǎn)生了沿列車長度方向逐漸增厚的邊界層，在列車后面的尾跡流動。這導(dǎo)致了在列車中后部形成與運(yùn)動列車方向一致的氣流，稱為誘導(dǎo)流動，而在列車后尾跡內(nèi)的流動是非常復(fù)雜的湍流流動。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的：提供一種基于高速列車的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)，能在盤形制動階段，將風(fēng)力發(fā)電裝置伸出車體外，既增大了高速列車迎風(fēng)面，從而增加空氣阻力幫助制動，同時將其中的風(fēng)能用于發(fā)電并儲存于蓄電池中；當(dāng)完成整個發(fā)電過程后，將發(fā)電裝置收回車體內(nèi)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：

一種基于高速列車的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力擴(kuò)散放大器、多片葉片、多組連接臂組件、上輪轂、下輪轂、傳動軸、聯(lián)軸器、發(fā)電機(jī)、過渡板、滾珠絲杠、底座、一對滑軌、多塊滑塊及控制系統(tǒng)；所述的上輪轂的底部設(shè)有多個螺孔，所述的下輪轂的頂部設(shè)有多個螺孔，所述的上輪轂通過固定螺栓與所述的下輪轂固定連接，并安裝在所述的傳動軸的一端；所述的上輪轂的頂部設(shè)有多個螺孔，所述的下輪轂的底部設(shè)有多個螺孔，所述的多片葉片的兩端分別通過所述的多組連接臂組件經(jīng)固定螺栓固定連接在所述的上輪轂的頂部與所述的下輪轂的底部之間，構(gòu)成風(fēng)輪結(jié)構(gòu)，所述的多片葉片與所述的傳動軸同步轉(zhuǎn)動；所述的風(fēng)力擴(kuò)散放大器為中空長方體盒狀結(jié)構(gòu)，所述的風(fēng)輪結(jié)構(gòu)安裝在所述的風(fēng)力擴(kuò)散放大器內(nèi)；所述的聯(lián)軸器同軸連接在所述的傳動軸的另一端，所述的傳動軸通過所述的聯(lián)軸器與所述的發(fā)電機(jī)的輸出端同軸連接并同步轉(zhuǎn)動；所述的發(fā)電機(jī)安裝在所述的過渡板上，所述的多塊滑塊分別對稱設(shè)置在所述的過渡板的底部，所述的過渡板的底部通過所述的多塊滑塊安裝在所述的一對滑軌上，并沿所述的一對滑軌水平滑動；所述的一對滑軌分別對稱安裝在所述的底座上，所述的滾珠絲杠通過所述的控制系統(tǒng)設(shè)置在所述的底座上，位于所述的一對滑軌之間，所述的過渡板通過所述的滾珠絲杠水平移動，所述的底座固定安裝在高速列車內(nèi)，所述的風(fēng)力擴(kuò)散放大器通過所述的滾珠絲杠沿所述的一對滑軌水平滑動到高速列車外部。

上述的基于高速列車的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述的連接臂組件包括連接臂及連接片，所述的連接臂為長條狀結(jié)構(gòu)，所述的連接臂的一端通過固定螺栓與所述的上輪轂固定連接，所述的連接臂的另一端通過固定螺栓與所述的連接片固定連接，所述的葉片通過固定螺栓固定安裝在所述的連接片上。

上述的基于高速列車的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述的發(fā)電機(jī)為H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，所述的葉片為CLARK-YM-15玻璃鋼葉片。

上述的基于高速列車的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述的風(fēng)力擴(kuò)散放大器豎直設(shè)置且橫向進(jìn)風(fēng)，所述的風(fēng)力擴(kuò)散放大器的進(jìn)風(fēng)口向上及向下擴(kuò)展成弧面結(jié)構(gòu)，所述的多片葉片安裝在所述的風(fēng)力擴(kuò)散放大器的進(jìn)風(fēng)口及出風(fēng)口之間。

上述的基于高速列車的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述的傳動軸上同軸安裝有齒輪箱，所述的齒輪箱與所述的發(fā)電機(jī)相適配。

上述的基于高速列車的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述的控制系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)連接，所述的控制系統(tǒng)包括速度傳感器、單片機(jī)，所述的速度傳感器與所述的單片機(jī)連接。

上述的基于高速列車的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)，其中，還包括風(fēng)力發(fā)電控制裝置，所述的風(fēng)力發(fā)電控制裝置包括整流濾波電路、自動穩(wěn)壓電路、恒壓輸出電路及電源指示電路；整流濾波電路由六顆整流二極管及濾波電容器組成；自動穩(wěn)壓電路由六顆晶體管、四顆電阻器、電容器、電位器、發(fā)光二極管、二極管及穩(wěn)壓二極管組成；恒壓輸出電路由隔離二極管及蓄電池組成；電源指示電路由電阻器及發(fā)光二極管組成。

本實(shí)用新型主要利用高速列車盤形制動過程中的風(fēng)能來發(fā)電，可以將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔軆Υ嬖谛铍姵刂薪o予列車?yán)?，使用?jì)算機(jī)技術(shù)，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的有效地監(jiān)測和控制，使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備進(jìn)一步完善以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的，同時能增加制動時列車迎風(fēng)面，增大所受到的阻力，幫助列車制動，減少制動盤的摩擦損耗。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型一種基于高速列車的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的分解圖。

圖2是本實(shí)用新型一種基于高速列車的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的傳動軸與發(fā)電機(jī)裝配關(guān)系圖。

圖3是本實(shí)用新型一種基于高速列車的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電控制裝置的電路圖。

圖4是本實(shí)用新型一種基于高速列車的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的相對風(fēng)速與風(fēng)輪轉(zhuǎn)角關(guān)系圖。

圖5是本實(shí)用新型一種基于高速列車的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的攻角與轉(zhuǎn)角關(guān)系圖。

圖6是本實(shí)用新型一種基于高速列車的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)角θ∈[0，90)內(nèi)的受力分析圖。

圖7是本實(shí)用新型一種基于高速列車的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)角θ∈[90，180)內(nèi)的受力分析圖。

圖8是本實(shí)用新型一種基于高速列車的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)角θ∈[180，270)內(nèi)的受力分析圖。

圖9是本實(shí)用新型一種基于高速列車的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)角θ∈[270，360)內(nèi)的受力分析圖。

圖10是本實(shí)用新型一種基于高速列車的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)輪在平均風(fēng)速下(30m/s)單個葉片受力與轉(zhuǎn)角關(guān)系。

圖11是本實(shí)用新型一種基于高速列車的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)輪在極限風(fēng)速下(50m/s)單個葉片受力與轉(zhuǎn)角關(guān)系。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的實(shí)施例。

請參見附圖1及附圖2所示，一種基于高速列車的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力擴(kuò)散放大器1、多片葉片2、多組連接臂組件、上輪轂4、下輪轂5、傳動軸6、聯(lián)軸器7、發(fā)電機(jī)8、過渡板9、滾珠絲杠10、底座11、一對滑軌12、多塊滑塊13及控制系統(tǒng)；所述的上輪轂4的底部設(shè)有多個螺孔，所述的下輪轂5的頂部設(shè)有多個螺孔，所述的上輪轂4通過固定螺栓與所述的下輪轂5固定連接，并安裝在所述的傳動軸6的一端；所述的上輪轂4的頂部設(shè)有多個螺孔，所述的下輪轂5的底部設(shè)有多個螺孔，所述的多片葉片2的兩端分別通過所述的多組連接臂組件經(jīng)固定螺栓固定連接在所述的上輪轂4的頂部與所述的下輪轂5的底部之間，構(gòu)成風(fēng)輪結(jié)構(gòu)，所述的多片葉片2與所述的傳動軸6同步轉(zhuǎn)動；所述的風(fēng)力擴(kuò)散放大器1為中空長方體盒狀結(jié)構(gòu)，所述的風(fēng)輪結(jié)構(gòu)安裝在所述的風(fēng)力擴(kuò)散放大器1內(nèi)；所述的聯(lián)軸器7同軸連接在所述的傳動軸6的另一端，所述的傳動軸6通過所述的聯(lián)軸器7與所述的發(fā)電機(jī)8的輸出端同軸連接并同步轉(zhuǎn)動；所述的發(fā)電機(jī)8安裝在所述的過渡板9上，所述的多塊滑塊13分別對稱設(shè)置在所述的過渡板9的底部，所述的過渡板9的底部通過所述的多塊滑塊13安裝在所述的一對滑軌12上，并沿所述的一對滑軌12水平滑動；所述的一對滑軌12分別對稱安裝在所述的底座11上，所述的滾珠絲杠10通過所述的控制系統(tǒng)設(shè)置在所述的底座11上，位于所述的一對滑軌12之間，所述的過渡板9通過所述的滾珠絲杠10水平移動，所述的底座11固定安裝在高速列車內(nèi)，所述的風(fēng)力擴(kuò)散放大器1通過所述的滾珠絲杠10沿所述的一對滑軌12水平滑動到高速列車外部。

所述的連接臂組件包括連接臂31及連接片32，所述的連接臂31為長條狀結(jié)構(gòu)，所述的連接臂31的一端通過固定螺栓與所述的上輪轂4固定連接，所述的連接臂31的另一端通過固定螺栓與所述的連接片32固定連接，所述的葉片2通過固定螺栓固定安裝在所述的連接片32上，便于葉片2的固定安裝。

所述的發(fā)電機(jī)8為H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，所述的葉片2為CLARK-YM-15玻璃鋼葉片，葉片2獲得風(fēng)能帶動發(fā)電機(jī)8的軸轉(zhuǎn)動，使發(fā)電機(jī)8正常地工作。葉片2的翼型最大曲率位于距葉片前緣0.0355倍弦長和0.401倍弦長處，厚度是葉片2弦長的14.98％和30.1％。葉片2弦長C＝0.03125m，長度L＝0.5m。葉片2的材料可選擇玻璃鋼。

所述的風(fēng)力擴(kuò)散放大器1豎直設(shè)置且橫向進(jìn)風(fēng)，所述的風(fēng)力擴(kuò)散放大器1的進(jìn)風(fēng)口向上及向下擴(kuò)展成弧面結(jié)構(gòu)，所述的多片葉片2安裝在所述的風(fēng)力擴(kuò)散放大器1的進(jìn)風(fēng)口及出風(fēng)口之間，風(fēng)力擴(kuò)散放大器1是在本發(fā)電系統(tǒng)受風(fēng)部分最外部用來提高葉片2前端附近風(fēng)速的裝置，通過提高葉片2前端風(fēng)速來提高葉片2轉(zhuǎn)速，達(dá)到增加發(fā)電機(jī)8發(fā)電效率的目的。

所述的傳動軸6上同軸安裝有齒輪箱14，所述的齒輪箱14與所述的發(fā)電機(jī)8相適配，用于匹配轉(zhuǎn)速不同的發(fā)電機(jī)組，增強(qiáng)整套裝置的適用性。

所述的控制系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)8連接，所述的控制系統(tǒng)包括速度傳感器、單片機(jī)，所述的速度傳感器與所述的單片機(jī)連接，利用速度傳感器讀取當(dāng)前車速并輸入單片機(jī)，當(dāng)車速位于10m/s-30m/s的系統(tǒng)工作區(qū)間時，對控制系統(tǒng)進(jìn)行供電。利用加速度傳感器讀取當(dāng)前列車加速度并輸入單片機(jī)，當(dāng)判定列車處于制動狀態(tài)，加速度a＜-0.1m/s²時，控制系統(tǒng)使發(fā)電機(jī)8正向通電，利用滾珠絲杠10將發(fā)電機(jī)組受風(fēng)部分沿一對滑軌12推出車體進(jìn)行工作。利用速度傳感器檢測車速并輸入單片機(jī)，車速低于系統(tǒng)工作區(qū)間下限，v＜10m/s時，表明列車即將進(jìn)進(jìn)站并且發(fā)電效果有限，控制系統(tǒng)使發(fā)電機(jī)8反向通電，利用滾珠絲杠10將發(fā)電機(jī)組受風(fēng)部分沿一對滑軌12推回車體結(jié)束工作。

請參見附圖3所示，還包括風(fēng)力發(fā)電控制裝置，所述的風(fēng)力發(fā)電控制裝置包括整流濾波電路、自動穩(wěn)壓電路、恒壓輸出電路及電源指示電路；整流濾波電路由六顆整流二極管及濾波電容器組成；自動穩(wěn)壓電路由六顆晶體管、四顆電阻器、電容器、電位器、發(fā)光二極管、二極管及穩(wěn)壓二極管組成；恒壓輸出電路由隔離二極管及蓄電池組成；電源指示電路由電阻器及發(fā)光二極管組成。

風(fēng)力發(fā)電控制裝置的目的是將發(fā)電機(jī)8發(fā)出的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，并具有整流和穩(wěn)壓的功能，將整流過后的電能儲存到蓄電池中。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的三相(或單相)交流電壓經(jīng)發(fā)光二極管VD4-VD10整流、電容濾波后，產(chǎn)生一個隨風(fēng)速及負(fù)載大小而變化的平滑直流電壓，這電壓一般在0-40V之間波動。直流電壓經(jīng)過自動穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓為+12.7V后，再經(jīng)發(fā)光二極管VD1對蓄電池充電。當(dāng)蓄電池端電壓低于12V時，自動穩(wěn)壓電路便向蓄電池充電，直到端電壓達(dá)到標(biāo)稱值12V。在風(fēng)比較強(qiáng)的時候，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電壓較高，使整流濾波后的直流電壓達(dá)18-40V，自動穩(wěn)壓電路正常工作，并對負(fù)載供電；當(dāng)無風(fēng)或風(fēng)力較弱時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電壓偏低，整流濾波后的直流電壓低于18V時，則發(fā)光二極管VD1因自動穩(wěn)壓電路輸出電壓低于+12.7V而截止，改由蓄電池為負(fù)載提供+12V電壓。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電壓正常時，LED2發(fā)光；在+12V輸出電壓正常時，LED1發(fā)光。

在本實(shí)用新型中，發(fā)電機(jī)8是風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)中產(chǎn)生電能的部件，只要發(fā)電機(jī)8在葉片2的帶動下正常轉(zhuǎn)動，發(fā)電機(jī)8就可以輸出電能。

由于在高速列車制動過程中，車速逐漸降低，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所獲得的風(fēng)速也隨之降低。與恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比，變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在低風(fēng)速時根據(jù)風(fēng)速變化，在運(yùn)行中保持最佳葉尖速比獲得最大風(fēng)能。因此本實(shí)用新型選擇變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

將最大風(fēng)速設(shè)定為額定風(fēng)速，在額定風(fēng)速以下時，主要調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)8的反力矩使轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化，獲得最佳葉尖速比。這在目前是較為成熟的智能控制技術(shù)。具體的實(shí)現(xiàn)方法是給變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝一個控制器，通過電力電子裝置控制發(fā)電機(jī)8的反力矩，本實(shí)用新型可采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)PID型控制系統(tǒng)作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制器，本實(shí)用新型不再贅述。

本實(shí)用新型通過列車現(xiàn)場微控制器提供列車風(fēng)力發(fā)電機(jī)8的自動控制，測量，計(jì)算，存儲等，并向中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)送風(fēng)力發(fā)電機(jī)8的相關(guān)數(shù)據(jù)。通過氣象勘測系統(tǒng)對氣象的測量，并向中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳遞所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)8的相關(guān)數(shù)據(jù)。通過中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：包括電話、本地網(wǎng)適配器、Modem、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集檢測軟件等，收集傳到的信息并進(jìn)行相應(yīng)處理分析。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：包括電話、Modem、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集檢測軟件等，遠(yuǎn)程監(jiān)控列車運(yùn)行過程中風(fēng)力發(fā)電機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行狀況并反饋。

本實(shí)用新型的工作原理如下：在列車正常行駛時，該系統(tǒng)收縮在列車車體內(nèi)，對列車外形沒有產(chǎn)生影響。當(dāng)列車結(jié)束再生制動開始盤形制動時，利用加速度傳感器感應(yīng)列車加速度自動控制系統(tǒng)開始工作，打開車體擋板，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組推出車體外進(jìn)行工作；利用速度傳感器，當(dāng)速度低于風(fēng)機(jī)開啟風(fēng)速時，將發(fā)電機(jī)組收回車體內(nèi)。

H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)8掃風(fēng)面積為風(fēng)輪在來流方向上投影面的面積大?。篠＝2RL R表示風(fēng)輪的大小，單位m，L表示葉片的長度，單位m。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率P與掃風(fēng)面積的關(guān)系：

式中：發(fā)電機(jī)效率η風(fēng)能利用效率C_p風(fēng)力機(jī)掃風(fēng)面積S大氣密度ρ額定風(fēng)速v。具體數(shù)值η＝0.7，C_p＝0.4，v＝50m/s(風(fēng)機(jī)啟動時車速為30m/s，通過對風(fēng)力擴(kuò)散放大器的設(shè)計(jì)，得知入口風(fēng)速為30m/s時，作用在風(fēng)輪上的風(fēng)速為38m/s，考慮風(fēng)速裕度，定為50m/s)，ρ＝1.3kg/m³，選用額定功率為10kw的發(fā)電機(jī)，由(1)式計(jì)算得S＝0.5m³。

在較高風(fēng)力下，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速葉尖速比在3.5以上才可能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在葉尖速比為4-6可獲得較高的功率輸出。

葉尖速比為：

本實(shí)用新型采用葉尖速比λ＝4，額定轉(zhuǎn)速為n＝3800r/min

由(2)式計(jì)算得風(fēng)輪半徑

風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般實(shí)度在10％～30％，功率系數(shù)達(dá)到最大，

對于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)8，風(fēng)輪的實(shí)度

根據(jù)R.J.Templin研究結(jié)果，最佳尖速比λ₀與R/BC的關(guān)系可表示為：

λ₀是使風(fēng)能利用系數(shù)取最大值對應(yīng)的葉尖速比。若風(fēng)力機(jī)用于發(fā)電，葉片數(shù)2～5個，在本實(shí)用新型中，取B＝5，λ₀＝4，由(4)式變形可得弦長計(jì)算公式：

由(3)式計(jì)算實(shí)度滿足實(shí)度最優(yōu)條件。

實(shí)際風(fēng)速的軸向分量v_r＝v·sinθ實(shí)際風(fēng)速的切向分量v_t＝v·cosθ

葉尖速比本設(shè)計(jì)取4。

相對風(fēng)速計(jì)算：w²＝v_r²+(v_t+u)² (5)

由(5)式計(jì)算得：

帶入Matlab計(jì)算，得到如圖所示相對風(fēng)速與轉(zhuǎn)角關(guān)系圖如附圖4所示。

風(fēng)輪一個周期中攻角與轉(zhuǎn)角的關(guān)系計(jì)算：

tanα＝v_r/(v_t+u)

tanα＝v·sinθ/vcosθ+u＝sinθ/(cosθ+λ)

α＝arctan(sinθ/(cosθ+λ)) (6)

(6)式帶入Matlab計(jì)算，得到如圖所示攻角與轉(zhuǎn)角關(guān)系圖如附圖5所示，由圖可知攻角恒小于15°，大翼型失速角一般可達(dá)15°，因此可以認(rèn)為風(fēng)輪在一周個期內(nèi)不會失速。

請參見附圖6至附圖11所示，圖中F_l是升力，F(xiàn)_lu是升力的切向分力，F(xiàn)_lr是升力的軸向分力

圖中F_d是阻力，F(xiàn)_du是阻力的切向分力，F(xiàn)_dr是阻力的軸向分力

F_u是合成切向力，F(xiàn)_r是合成軸向力；升力系數(shù)C_l＝5.73α，阻力系數(shù)C_d＝0.03

F_u＝F_lu-F_du＝F_lsinα-F_dcosα＝0.0582w²αsinα-0.0003cosα (9)

F_r＝F_lr-F_dr＝F_lcosα+F_dsinα＝0.0582w²αcosα+0.0003sinα (10)

在Matlab中進(jìn)行編程計(jì)算，由(9)式和(10)式得出如附圖10所示的平均風(fēng)速(30m/s)單個葉片受力與轉(zhuǎn)角的關(guān)系圖及如附圖11所示的極限風(fēng)速(50m/s)單個葉片受力與轉(zhuǎn)角的關(guān)系圖。

通過Matlab計(jì)算可知，極限軸向力為612N，考慮軸向力裕度，2個風(fēng)輪連接臂能承受700N的軸向力即可保證結(jié)構(gòu)安全。

連接臂31的材料選用6063-T5系列鋁合金，主要的合金元素是鎂和硅。該合金抗拉強(qiáng)度σb≥145MPa屈服強(qiáng)度σs≥105MPa。

單個風(fēng)輪由2個連接臂31固定于風(fēng)輪的傳動軸6上，連接臂31的最小橫截面積為：

S_min＝(700÷2)/(105×10⁶)＝3.3×10^-6m²＝0.033cm²

本實(shí)用新型中連接臂31中心處橫截面直徑取d＝1cm，則S＝πd²/4＝0.785cm²，S＞S_min連接臂設(shè)計(jì)滿足軸向力要求。

連接片32的材料也選用6063-T5系列鋁合金。

連接片32所受5個風(fēng)輪的拉力與壓力來源于合成軸向力。因此連接片32所受的拉力與壓力之和F_5r＜5×F_rmax＝5×612＝3660N，當(dāng)連接片32能承受3660N的拉力與壓力時，能保證連接片32的安全。連接片32最小橫截面積為：

S_min＝3660/105×10⁶＝3.49×10^-5m²＝0.349cm²

本實(shí)用新型中連接片32中心處橫截面長a＝50cm，寬b＝0.5cm則

S＝50×0.5＝25cm²，S＞S_min支撐板滿足軸向力要求。

傳動軸6的材料選用中國45碳素結(jié)構(gòu)鋼，該合金屈服強(qiáng)度σs≥375MPa。

傳動軸6與支撐板中的滾珠絲杠10的軸承接觸面積最小值為：

S_min＝3660/(375×10⁶)＝9.76×10^-6m²＝9.76mm²

本實(shí)用新型中支撐板上部圓孔部位選用滾珠軸承，保證滾珠絲杠10與傳動軸6單一方向接觸面積大于上述最小值完全可以實(shí)現(xiàn)，因此采用該材料可以保證傳動軸不發(fā)生塑性形變，保證結(jié)構(gòu)安全。

垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率P的計(jì)算公式即為式(1)：

式中參數(shù)含義同前述。除空氣流速v之外所有參數(shù)都為常值，此時如果通過風(fēng)輪截面的空氣流速v能提高10％，則輸出軸功率P可以提高33.1％。

綜上所述，本實(shí)用新型主要利用高速列車盤形制動過程中的風(fēng)能來發(fā)電，可以將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔軆Υ嬖谛铍姵刂薪o予列車?yán)?，使用?jì)算機(jī)技術(shù)，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的有效地監(jiān)測和控制，使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備進(jìn)一步完善以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的，同時能增加制動時列車迎風(fēng)面，增大所受到的阻力，幫助列車制動，減少制動盤的摩擦損耗。

以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接或間接運(yùn)用附屬在其他相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。