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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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信不信由你(4)  

2014-02-25 13:25:46|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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信不信由你(4

——调桨长的万向风车对叶桨的三维调节比螺旋桨的一维调节优越得多

前已述及,升力型风力机是通过风车叶片的特殊形状(翼型),按着流体力学、空气动力学原理,使风能变成了升力,然后又通过支架的杠杆作用把升力变成旋转的力矩推动风车旋转。这一过程与阻力型风车通过叶片产生阻力,再由杠杆使阻力变成旋转力矩推动风车旋转不同,因为升力除了与风速的大小、方向和风轮线速度的大小、方向有关以外,还与叶桨的攻角大小以及翼型形状、桨距角等有关,同时还与叶桨的状态有关。就是因为升力与这些因素有关,其中的一个因素的变化,就会引起其他因素变化,牵一发而动全身,这就使问题变得非常复杂,与阻力型风车的单纯直接,截然不同……。虽然利用升力,开拓了提高效率的可能性,可是面对这么多影响升力大小和方向的因素,如果调节不当,使用不当,结构不合理,不但不能提高效率,甚至还可能产生不良的后果。因此,必须对升力型风车进行仔细深入的分析研究,找出规律,想出趋利避害的好办法,才能达到提高风车效率的目的。

下面让我们以螺旋桨风车和调桨长的万向风车为例,对其产生升力的过程,风车的结构特点,信号变换和传递过程进行分析,看看各自的特点如何,性能如何?

16-1是螺旋桨风车和调桨长的万向风车叶片受力分析图;

16-2是螺旋桨风车和调桨长的万向风车信号流程方块图。因为,螺旋桨风车和调桨长的万向风车信号流程方块图除了调浆长部分不同以外,其他部分基本相同,所以两图合并画在了一起(省去了调浆长部分)。

 信不信由你(4) - 风的力量 - bdlhz618的博客

 
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从图16-1中我们可以看到:

1)翼型受到外界风力的作用后产生升力的过程很复杂;

翼型弦线与翼型前进方向有一固定的夹角β称为浆距角,作用在翼型上的风速是外来风速v与翼型线速度u合成的相对风速w,相对风速w与翼型弦线间的夹角α是翼型的攻角。由空气动力学可知,升力F的大小和方向与相对风速w、攻角α都有关,升力的方向是与相对风速w垂直的方向,升力的大小要根据翼型的升力系数与阻力系数随攻角的变化曲线而得到。如果要尽量让翼型工作在失速前的攻角并获得最大的升力与较小的阻力,对螺旋桨风车来说,就得调桨距。调桨距就是对于一定的风速v与一定的线速度u选择合适的翼型浆距角β以获得最合适的攻角α。

2)作用在翼型上的外界风力是相对风速w。这不光是自然风力,还包括翼型线速度u产生的风速,而外来的自然风速v与翼型线速度u产生的风速的矢量和,就是相对风速w

现在我们着重来分析一下线速度u,这是由于风轮在风力作用下旋转而产生的,这也是叶桨与周围空气的相对速度,换句话说,对叶将而言这就是风速。而这个凭空出现的风速是从哪里来的呢?我们看图16-2,发现它就是由风车的输出部分来的,这也就是说,这股风是由输出引回到输入端,与输入的自然风相加(矢量和)产生了相对风速W。按照控制论原理,由输出产生的输出信号,引回到输入端,与输入信号相加,这就是正反馈。

说来真的凑巧,因为风车应用了升力,就给风车搭建了一个正反馈平台,开通了正反馈回路,也就开拓出了提高效率的可能性。

这里要注意的是,有了正反馈回路,只是开拓出了提高效率的可能性,绝不是能自然地提高效率。至于是否能够提高效率,能够提高多少?那可就不一定了,或许因调节不当,风车根本不转,或许提高很多产生飞车……这都是有可能的。这就像搭了一个很好的舞台,但要上演怎样的让人们喜闻乐见的节目,还得看我们的智慧和努力。

3)因为叶桨的构造、状态、位置(包括了叶桨的浆距角、攻角、倾斜度、前倾、后倾……等等)不光牵涉到上面所说的“调桨距就是对于一定的风速v与一定的线速度u选择合适的翼型浆距角β以获得最合适的攻角α。”,现在又关系到了有没有正反馈系数?正反馈系数有多大?所以,为满足攻角和正反馈的双重需要,只是进行犹如螺旋桨风车的调桨距的一维调节是远远不够的了,必须采用调桨长的万向风车的叶桨头,对叶桨进行倾斜度、偏心度、安装攻角的三维调节(实际是X轴、y轴再加旋转)。

我们说,升力型风力机是一个十分复杂的系统,而调桨长的万向风车比螺旋桨风车更复杂,特别是增加了调浆长以后,不光涉及空气动力学、理论力学,还涉及控制理论,这里,很希望有兴趣的朋友能够深入的研究!我这里只是抛砖引玉!

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