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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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调桨长万向风车中的正反馈  

2012-12-27 11:36:07|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 调桨长万向风车利用正反馈提高风车效率,也是其核心技术之一。风车启动旋转起来以后,因为风车的叶桨是带弯度的机翼型,斜向固定在支架上且有一定偏心度(β),根据空气动力学原理,叶桨上就会产生升力。又因为叶桨是倾斜的,那么升力就被分解成平行于旋转平面的分力和垂直于旋转平面的分力。平行于旋转面的分力,就会产生使支架旋转的力矩,从而加快风车旋转。风车旋转的加快,使升力增加,又促使旋转的力矩增大,使风车旋转的更快……,这样就形成了正反馈,提高了风车效率。垂直于旋转面的分力,起到了减轻轴承压力的作用,也就减轻了风轮的旋转阻力。换句话说,随着风车旋转速度的增加,叶桨与周围空气的相对流速也增加,升力也增加。如果分析一下这个升力转矩的方向,不难发现,是与风力产生的启动转矩方向一致的,这就是说,升力产生的附加转矩又反馈回到了风车的输入端,与输入端的风力转矩相加,增强了对转轴的旋转作用。这就像再生式无线电收音机的再生线圈把经放大的无线电信号引回到输入端再放大,从而提高了收音机的效率一样,升力使万向风车引入了正反馈。

那么,为什么引入正反馈能提高效率呢?

设万向风车正反馈信号流程方框图如下:

(见附图2)

调桨长万向风车中的正反馈 - 风的力量 - bdlhz618的博客图中β为正反馈系数,与叶桨形状、倾斜角度、偏心度大小、安装攻角、扫风面积、顶端端板……等有关。

在万向风车正反馈信号流程方框图中,我们设:P1为万向风车的输入;P2为输出;K为不加升力反馈时的放大倍数;β为正反馈系数,那么,可以得出如下的等式:

P2=(P1+ P2 β)K  …………(1)   

(1-kβ) P2=K P1+  …………(2)     

P2/ P1=K/(1-Kβ)…………(3)

其中P2/ P1即为风车的效率。

由式3可以看到,风车效率与K、β均有关。K为不加升力反馈时的放大倍数;β为正反馈系数。K无论对于螺旋桨风车或万向风车来说,最大都不会超过50%(水平轴风车在叶桨倾斜45度时受力最大,此时叶桨所受到的旋转力为风力的50%),K无论对于螺旋桨风车或万向风车来说,都将随风车转速的增加而减少,直至转速等于风速时接近于0。

毫无疑问,我们可以用数学方法描绘出风车效率与K、β之间的关系。

有人可能会有这样的疑问:螺旋桨风车与达里厄(Darrieus)风车在转速增加后,升力也会增加,这不是同样产生了正反馈作用吗?情况是这样的,螺旋桨风车与达里厄(Darrieus)风车在转速增加后,在相对风速、线速度、风速构成的矢量和三角形中,各矢量的大小和方向都发生了变化,就使得攻角和升力的方向也都发生了变化,结果造成了使风车旋转的力矩几乎没有变化,所以,只在少数情况下有正反馈,而在大部分范围,没有正反馈或反馈系数很小。

正反馈系数β可通过叶桨顶端端板进行调整,将端板也做成翼型,使它也产生升力,就可以改变正反馈系数β的大小。

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