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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(六)  

2009-07-18 20:34:44|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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六、万向风车的支架 

 支架一般起支撑和固定作用,这对一个设备或一个建筑来说,都是十分重要的。然而,万向风车的支架,还有着更加重要的作用,是风车的重要部件之一,也是体现风车性能的技术关键之一。万向风车的支架,不仅支撑着叶片使其承受着风的压力,而且还确定了叶片的位置、安装角度、力臂大小,关系着风轮各参数的匹配,关系着风车效率。

 万向风车的关键技术有两个,一是凹面相向地两两交叉叶片,另一个就是支架。叶片前面已经介绍,其攻角、翼型、实度等等对于叶片产生升力有很大影响,进而影响风车效率,那么支架是怎样影响风车效率的呢?

 其实,只用两两交叉叶片(用没有简化的X形叶片)在转轴四周均匀分布,就能构成三角形、四边形、五边形……等等垂直轴风车,其旋转不受风向限制,不管风向如何风车都能旋转。然而其效率不高,与阻力型垂直轴风车没有太大差异,叶片不能最大限度的产生升力,发挥升力的作用。而万向风车情况就不同了,因为应用了“万”字型支架,叶片沿轴的径向向前移动了一段距离,使叶片的扫风面积增大,升力增大,效率就提高了。

 所以,可以这样说,只应用两两交叉叶片,还不能构成即有垂直轴风车的特点,又有水平轴螺旋桨风车的高效率的万向风车,只有将交叉叶片和支架两相结合才可以。

 下面就以叶片大小相同的四边形交叉叶片风车和万向风车相比较进行分析。

 下图1为四边形交叉叶片风车;图2为万向风车。

 

    由图1可以看出,四边形风车应用的是十字形支架,交叉叶片安装在十字支架的四个端点上(支架最简单)。由图2可以看出万向风车的支架,由上支架和下支架及中间支撑部分构成,上下支架为两个“万”字形支架,上下支架平面相互平行,且与转轴垂直,上下支架各横梁一一对应,四组两两交叉的叶片分别固定在上下支架相应的横梁上。                                                    

 图3是将两个风车的图形叠放在了一起,实线部分为万向风车的交叉叶片,虚线部分为同等大小的四边形风车的叶片,可以看出,万向风车利用“万”字形支架使两两交叉叶片沿四边形风车轴的径向向前平行移动了半个叶片的距离d。图1图2中,风车按顺时钟方向旋转。园1、园2、园3为万向风车和四边形风车叶片上相关点的运行轨迹。

 两风车的静态特性是相同的这里不再重复,而动态特性确有很大差别。当风车在风力的作用下旋转起来以后,风车叶片扫过的面积相差是很明显的,图3中,园1和园3之间的圆环面积是万向风车叶片扫过的面积,而园2和园3之间的圆环面积是四边形风车叶片扫过的面积,由于两面积的大小相差很大,这就使万向风车产生的升力比四边形风车产生的升力大,效率也就提高了。

 由此可以看出,支架是十分重要的部分,它起到了确定叶片位置、攻角、尖速比等作用,对风车效率有重大影响。

 为了保证支架强度,又达到提高效率的目的,万向风车支架不一定以“万”字形为最佳,如果将空缺处连接起来,就形成了“田”字形,或其他形状。如下图所示。

 

                                                         

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