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bdlhz618的博客

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个人简历 具有深厚的专业理论知识和丰富的实践经验,勤于思考,富于创新,在长期的工作实践中,始终注重研究和探索,通过多年的艰辛努力和实验,在技术革新与发明创造方面有所突破,研制成功《风力飞行器》(201110319692.2)。《调桨长的万向风车》(201210393482.2)。

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万向风车(五)  

2009-07-17 16:12:44|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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五、万向风车的叶片

风力机依靠叶轮汲取风能,叶轮直接决定风力机的重要性能指标——风能利用系数。叶轮性能的好坏则取决于叶轮上叶片的数量,外形设计以及叶轮结构。现代风轮叶片的平面形状通常是接近矩形的直叶片,尖削度不大而展弦比比较大。这样叶片的展向流动是次要的,叶片的气动特性很大程度上取决于叶片的翼剖面形状及其所处的相对位置,也即翼剖面的气动特性是研究叶片性能的关键。研究绕翼剖面流动比较简单,易于观察、实验、理论推导与分析,同时翼剖面气动特性也是探讨复杂情况的基础。空气动力学提供了对翼剖而作深入细致研究的理论基础,提供了丰富的翼剖面气动性能试验数据和理论计算方法,为风力机的气动研究和气动设计提供了依据。(参见linan《新型风力机的设计与开发技术》)

万向风车采用如下图所示的翼型,与NACA的翼型基本相同,只是为了增加风能汲取能力,去掉了大部分下翼面。

   

      分析一下作用在翼型上的气动力及其参数,我们知道,在仅有重力作用的二维低速流场中,气体的压力与速度存在下列关系——伯努利公式

P =  P+  ½ρV2  

式中:P0 为总压,P为静压,½ρV  为动压。ρ 为空气密度,V为风速。伯努利公式指出:气体的总能量P0 保持定值,等于动压能 ½ρV2   与静压能P之和。

在二维低速流场中,根据流体连续性原理,流场中质量保持连续不断,上翼面突出使流场横截面变小,空气流速加大,即V>V∞ , 这样< P∞, 上翼面静压值小于下翼面静压值,上下翼面压差的合力形成了升力。(参见lina 《新型风力机的设计与开发技术》需要说明的是:万向风车的叶片正在不断更新发展中,虽与文中所采用叶片稍有不同,但对原理分析并无大碍。)

需要指出的是,叶片产生的升力,不是用来使叶片上升的,而是用来推动叶片旋转的,所以,万向风车采用了两个叶片交叉,这样两叶片产生的升力的合力就推动叶片绕转轴旋转。如下图所示。

两叶片间的夹角α与叶片的攻角、风轮的截风面积有关,当夹角增大时,风轮截风面积增大,但叶片攻角变小,甚至成为负值,使升力变小;极限情况,两叶片间的夹角α等于180度,风轮变成了直线叶片的阻力型风车。α约等于30~60度较好。

为减少交叉叶片逆风时的阻力,两叶片相交时成圆锥状较好,如照片所示。

 叶片可用镀锌铁板(0.3_0.5毫米)、铝板、不锈钢板、树脂板等制造。            

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