機(jī)械式自適應(yīng)變形葉片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種機(jī)械式自適應(yīng)變形葉片，由柔性翼型外殼、月牙形柱體、橫梁組成，所述月牙形柱體通過鉸鏈方式安裝到橫梁上，且鉸鏈可靈活活動，柔性翼型外殼由葉片上下頂端用有彈性的柔性蒙皮封住，柔性蒙皮隨葉片的變形而變形；所述柔性翼型外殼呈有一定厚度的NACA翼型形狀，柔性翼型外殼前緣和尾緣之間用橫梁連接。本發(fā)明無需額外消耗電能，無需配套變形驅(qū)動設(shè)備及程序。在風(fēng)力的作用下，葉片自身會改變形狀，進(jìn)而提高風(fēng)能利用率。本發(fā)明采用機(jī)械設(shè)計外殼，對密封性要求低，制造工藝更簡單。
【專利說明】
機(jī)械式自適應(yīng)變形葉片
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)力機(jī)的葉片，尤其是一種機(jī)械式的自適應(yīng)性可變形葉片。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力機(jī)依風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)及其在氣流中的位置通常分為水平軸風(fēng)力機(jī)和垂直軸風(fēng)力機(jī)。與水平軸風(fēng)力機(jī)相比，垂直軸風(fēng)力機(jī)具有無需對風(fēng)、噪音小、靈活方便、安全可靠、外形美觀和維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，是風(fēng)能利用中一種非常好的形式，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計直接影響風(fēng)能的轉(zhuǎn)換效率，直接影響其年發(fā)電量，是風(fēng)能利用的重要一環(huán)。為了綜合平衡不同相位處的氣動性能，當(dāng)今Darrieus升力型風(fēng)力機(jī)的葉片大多選擇對稱的NACA系列翼型。然而，空氣動力的基本原理告訴我們:翼型的形狀對氣動性能影響很大，通常來講，如果翼型壓力面具有比吸力面較平緩的形狀(如NACA2412翼型)，則在O攻角至未形成流動分離的正攻角范圍內(nèi)，這類不對稱翼型的升阻比比對稱翼型(如NACAOO12翼型)更大。
[0004]為了提高Darrieus升力型風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率，世界各國的研究者提出各種各樣的方法，如在葉片上下兩端加端板、采用電驅(qū)動使葉片主動變形、采用氣動性能優(yōu)化的葉片、采用升阻復(fù)合型垂直軸風(fēng)力機(jī)、采用充氣式自適應(yīng)變形葉片等。其中，對于采用充氣式自適應(yīng)變形葉片的方法，葉片充氣后容易飽脹，導(dǎo)致變形困難，且材料漏氣后會導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)無法正常運(yùn)行;對于采用電驅(qū)動使葉片主動變形的風(fēng)力機(jī)，依靠外界能源提供動力，對風(fēng)向的適應(yīng)有一定延遲，且葉片變形消耗額外能量;對于其余一些方法，都是在葉片設(shè)計完成后，通過在葉片設(shè)計完成后在葉片上添加原件來改變風(fēng)力機(jī)氣動性能。
[0005]現(xiàn)有變形葉片中，大多采用電驅(qū)動方法使葉片產(chǎn)生變形，除了需要配套相應(yīng)的驅(qū)動程序外，還需要消耗額外的能量來驅(qū)動變形。另外，由于風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)動速度較快，由驅(qū)動程序驅(qū)動葉片表面變形還有一定的遲滯現(xiàn)象產(chǎn)生，不利于提高風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率。另外，現(xiàn)有的變形葉片中，為了使得葉片在轉(zhuǎn)動過程中，隨著葉片位置的變化，由于表面壓力導(dǎo)致葉片變形，采用了充氣式葉片的方法。這對制造工藝、材料性能和密封性提出了要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對上述問題，而提供一種新型機(jī)械式自適應(yīng)變形葉片，該葉片具有自適應(yīng)變形能力，即表面壓力大時，相較對稱翼型，葉片表面向內(nèi)壓(如NACA2412的壓力面)，形狀變得相對平緩;而葉片表面壓力小時，相較對稱翼型，葉片表面向外凸(如NACA2412的吸力面)，形狀變得相對凸起。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種機(jī)械式自適應(yīng)變形葉片，由柔性翼型外殼、月牙形柱體以及橫梁組成，所述月牙形柱體通過鉸鏈連接方式連接到橫梁，且柔性翼型外殼由葉片上下頂端用有彈性的柔性蒙皮封住，柔性蒙皮隨葉片的變形而變形;所述柔性翼型外殼呈有一定厚度的NACA翼型形狀，柔性翼型外殼前緣和尾緣之間用橫梁連接。
[0008]所述月牙形柱體、橫梁與柔性翼型外殼之間有空隙，空隙處可填充變形材料。
[0009]所述橫梁上通過鉸鏈安裝多個高度與葉片高度一致的月牙形柱體(3)，月牙形柱體鉸鏈可靈活活動。
[0010]所述月牙形柱體的形狀可為月牙形或半橄欖形或半橢圓形。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明提出的機(jī)械式新型自適應(yīng)變形葉片，無需額外消耗電能，無需配套變形驅(qū)動設(shè)備及程序。在風(fēng)力的作用下，葉片自身會通過機(jī)械方式改變形狀，進(jìn)而提高風(fēng)能利用率。本發(fā)明提出的機(jī)械式新型自適應(yīng)變形葉片采用機(jī)械設(shè)計外殼，對密封性要求低，制造工藝更簡單。
[0012]本發(fā)明的葉片具有自適應(yīng)變形能力，即表面壓力大時，相較對稱翼型，葉片表面向內(nèi)壓(如NACA2412的壓力面)，形狀變得相對平緩;而葉片表面壓力小時，相較對稱翼型，葉片表面向外凸(如NACA2412的吸力面)，形狀變得相對凸起。按照該規(guī)律進(jìn)行表面形狀自適應(yīng)變化的葉片必將具有更尚的吸收風(fēng)能的能力，有效提尚這類垂直軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的自適應(yīng)性可變形葉片安裝在風(fēng)力機(jī)上的示意圖；
圖2是本發(fā)明的自適應(yīng)性可變形葉片結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是圖2中沿A-A的剖視圖；
圖4是圖2中沿B-B的剖視圖；
圖5是本發(fā)明的自適應(yīng)性可變形葉片受氣流作用而自適應(yīng)變形示意圖；
其中:(a)為葉片受向向下風(fēng)，(b)為葉片受向向上風(fēng)；
圖6是葉片內(nèi)裝有單個月牙形柱體示意圖；
圖7是葉片內(nèi)布滿月牙形柱體示意圖；
圖8是月牙形柱體葉片通過鉸鏈連接方式安裝到橫梁上的示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0015]如圖1至圖8所示，本發(fā)明的機(jī)械式自適應(yīng)變形葉片，主體包含柔性翼型外殼2、月牙形柱體3、橫梁4、柔性蒙皮I等。
[0016]如圖2至圖4所示，柔性翼型外殼2由葉片上下頂端用有彈性的柔性蒙皮I封住，柔性蒙皮I隨葉片的變形而變形。柔性翼型外殼2可做成有一定厚度的NACA翼型形狀。NACA翼型側(cè)面為整體且沒有接縫。在柔性翼型外殼2前緣和尾緣之間用橫梁4連接，月牙形柱體通過鉸鏈接方式安裝到橫梁上，月牙形柱體可靈活活動。月牙形柱體3、橫梁4與柔性翼型外殼2之間有空隙，空隙處可填充其他易變形材料。
[0017]多個高度與葉片高度一致的月牙形柱體通過鉸鏈連接方式連接到橫梁4上，月牙形柱體通過鉸鏈5可靈活活動。柔性翼型外殼2的形狀為月牙形形或半橄欖形或半橢圓形。如圖8所示，月牙形柱體通過鉸鏈5安裝在葉片的橫梁4上。
[0018]如圖5所示，當(dāng)葉片處于流場之中，由于受到氣流作用，導(dǎo)致葉片外表面受力不同，壓力面受到高壓向內(nèi)凹陷變得平緩，此時壓力面月牙形柱體朝向橫梁轉(zhuǎn)動，壓力面受力最大處向吸力面移動，吸力面變得較為凸出，形成一種具有良好氣動性能的自適應(yīng)變形葉片。當(dāng)風(fēng)向不同時，葉片的壓力面和吸力面將自動變化，能夠較大幅度提高風(fēng)能利用率和做功能力。
【主權(quán)項】
1.一種機(jī)械式自適應(yīng)變形葉片，由柔性翼型外殼(2)、月牙形柱體(3)、橫梁(4)組成，其特征在于:所述柔性翼型外殼(2)由葉片上下頂端用有彈性的柔性蒙皮(I)封住，柔性蒙皮(I)隨葉片的變形而變形;所述柔性翼型外殼(2)呈有一定厚度的NACA翼型形狀，柔性翼型外殼(2)前緣和尾緣之間用橫梁(4)連接，月牙形柱體(3)通過鉸鏈連接方式安裝到橫梁(4)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械式自適應(yīng)變形葉片，其特征在于:所述月牙形柱體(3)、橫梁(4)與柔性翼型外殼(2)之間有空隙，空隙處可填充變形材料。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械式自適應(yīng)變形葉片，其特征在于:所述橫梁(4)上通過鉸鏈(5)安裝多個高度與葉片高度一致的月牙形柱體(3)，月牙形柱體(3)通過鉸鏈(5)可靈活活動。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械式自適應(yīng)變形葉片，其特征在于:所述月牙形柱體(3)的形狀為月牙形或半橄欖形或半橢圓形。
【文檔編號】F03D3/06GK105863959SQ201610227925
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】王瑩, 王昆朋, 李冬磊, 謝海軍, 褚舒穎, 向佳佳, 余欣勵, 顧嘉淳
【申請人】上海理工大學(xué)