專利名稱：翼形風帆的制作方法
技術領域：
本發明涉及風力發電機領域，尤其涉及一種應用于風力發電機的翼形風帆。
技術背景
雖然風力資源是水力資源的10倍以上，但由于風力資源分布空間廣闊，不像水力 資源那樣相對集中，空氣的密度也僅為水密度的800份之一，而且空氣又具有可壓縮性的 特性，兩者的物理特性差異太大，這就給人類大規模利用風能資源帶來了許多技術障礙。
目前世界廣泛應用的主流水平軸旋翼風力發電機，一直采用的是傳統的風車原 理。風能的轉換，僅靠旋翼葉片有限的受風面積和風輪的掃風面積來捕捉風能。人們為了提 高風電的轉換效率，又不得不加大風車葉片的有效直徑，這樣做雖然增加了有限的風電功 率，但隨之也帶來了一系列的難以解決的矛盾直徑的增大，葉尖處的線速和風速比也隨之 增大，從而使現代高科技新材料和風機的物理結構被迫承受極限的打擊。即使增加葉片的 數量，葉輪水平軸及風車整體結構也擺脫不了同樣的命運，這樣結構的風力發電機的單機 發電功率也就很難做大。不僅如此，由于以上的物理結構特點的限制，還帶來了聲波噪音、 自然生態的破壞、三維空間的運動污染等，再加其工藝結構復雜、造價高、使用壽命周期短， 就極大的限制了這樣結構的風機的產業化發展。
翻開人類三千年的風能應用史，不難發現只有古老的風帆結構似乎才能夠大面積 的捕捉風能。但是隨著風帆面積的增大，隨之而來的風帆面迎面阻力也加大，以致大型結 構、材料、生產工藝和制造性價比等一系列的技術難題都有待克服。發明內容
本發明針對以上的不足，從風帆內部結構入手，綜合現代空氣動力學的設計理念， 在保留傳統翼形風帆的基礎上，徹底改變了風帆的內部結構。
本發明提供了一種翼形風帆，其特征在于，包括風帆頭、兩個風帆面以及位于翼形 風帆內部的多個射流氣道，每一所述風帆面上設有多組沖壓噴氣孔，所述風帆頭上設有多 個風帆頭部進氣孔，每一射流氣道分別與每一風帆面上的一組沖壓噴氣孔及風帆頭的一個 風帆頭部進氣孔連通。
在本發明所述的翼形風帆中，所述沖壓噴氣孔上安裝有電控氣流調節閘門。
在本發明所述的翼形風帆中，所述風帆頭部進氣孔上安裝有電控氣流調節閘門。
在本發明所述的翼形風帆中，所述多個射流氣道分別水平設置并依次位于翼形風 帆的不同高度。
在本發明所述的翼形風帆中，每一組沖壓噴氣孔包括六個沖壓噴氣孔。
在本發明所述的翼形風帆中，所述翼形風帆由鋼筋混凝土筑造或者由金屬材料、3合金材料、復合材料制成。
在本發明所述的翼形風帆中，所述兩個風帆面的一端分別與所述風帆頭相接、另 一端直接相接形成翼形風帆的尾部。
本發明的翼形風帆，通過內部的多個單元射流氣道組成沖壓噴氣系統。當氣流沖 壓風帆一個面時形成高壓區，而對應風帆的另一面則形成低壓區。風帆高壓區面的一部分 高壓氣流，經由翼形風帆面的導向而分流；另一部分高壓氣流則直接進入翼形風帆面上的 沖壓噴氣孔，同時虹吸風帆頭部進氣道的氣流。由于風帆對應的另一面是呈低壓區，因此沖 壓的氣流夾帶著風帆頭部進氣道的氣流，經向對應風帆另一面的噴氣孔低壓區噴出。這樣 不但使整個風帆增強了向風帆頭部方向運動的合力，同時也降低了風帆面的迎風阻力。
由于本發明翼形風帆，可直接應用于風力發電機，使風力發電機實際捕風面積大 大增加，從而大幅度的提高了單座風力發電機的發電功率。本發明的翼形風帆可由鋼筋混 凝土筑造，不僅省去復雜的機械加工，有效的降低了生產制造成本和風機維護成本，也有效 的提高了風機的使用壽命。
圖1是沖壓噴氣式翼形風帆平面示意圖。
圖2是鋼筋混凝土筑造沖壓噴氣式翼形風帆立體示意圖。
圖3是六級沖壓噴氣單元立體結構示意圖。
圖4、5、6、7、8、9、10、11是風帆圓周運動分解示意圖。
圖12是磁懸浮沖壓噴氣式翼形風帆風力發電機平面示意圖。
圖13是鋼筋混凝土結構及磁懸浮沖壓噴氣式翼形風帆風力發電機截面示意圖。
圖14是鋼筋混凝土結構及磁懸浮沖壓噴氣式翼形風帆風力發電機系統立體結示意圖。
圖中表示
1.射流氣道
2.風帆俯視平面圖
3.風帆面平面圖
4.風帆頭部平面圖
5.風帆面A
6.風帆面B
7.電控氣流調節卷閘門
8.沖壓噴氣孔
9.風帆面沖壓噴氣孔群組
10風帆尾
11風帆頭
12風帆頭部進氣道電控氣流調節卷閘門
13風帆頭部進氣孔
14風帆頭進氣孔群組
15單元六級沖壓噴氣孔A
16.單元風帆頭部進氣孔
17.單元六級沖壓噴氣孔B
18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28
30.內外環磁懸浮軌道
31.環形磁懸浮運轉平臺
32.風帆截面
33.地下基礎
34.地上基座
35.磁懸浮地錨A
36.液壓制動系統
37.磁電減速系統
38.直線發電機組系統
39.鋼筋混凝土運轉平臺截面
40.磁懸浮地錨B
41.工程地道
42,43.主混凝土鋼筋系統
44,45.封閉式磁懸浮導向軌道系統
46.通道大門A
47.地上混凝土基礎平臺
48.鋼筋混凝土運轉平臺系統
49.通道大門B
50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60帆組。.風帆平面圖組 鋼筋混凝土澆注的沖壓噴氣式翼形風具體實施方式
如圖1、2、3所示的沖壓噴氣式翼形風帆，是由風帆面5、6以及風帆頭部11組成， 兩個風帆面5、6的一端分別與所述風帆頭11相接，另一端直接相接形成翼形風帆的尾部 10。
翼形風帆的沖壓噴氣系統主要是由翼形風帆中的多級單元射流氣道1組成。
單元射流氣道是由位于兩個風帆面5、6上的沖壓噴氣孔群組9和位于風帆頭部11 的進氣孔群組14組成。
位于風帆面5、6上的沖壓噴氣孔群組9是由平行排列的多行單元多級沖壓噴氣孔 15、17排列成陣列構成；而每行單元沖壓噴氣孔15、17是由多個沖壓噴氣口 8組成。
位于風帆頭部11的進氣孔群組14是由多個進氣孔13、16組成。
圖14中的沖壓噴氣式翼形風帆50，51，52，53，54，55，56，57，58，59，60，61都是用 鋼筋混凝土直接澆注，并均勻分布在磁懸浮鋼筋混凝土筑造的環形運轉平臺上。
沖壓噴氣式翼形風帆風力發電機的動力來源，主要是靠磁懸浮運轉平臺上的沖壓 噴氣式翼形風帆，對風能實現大面積高效的動力轉換。由圖12磁懸浮沖壓噴氣式翼形風帆 風力發電機平面示意圖以及圖4、5、6、7、8、9、10、11風帆圓周運動分解示意圖可知，沖壓噴氣式翼形風帆在各個不同方向作圓周運動時，對風的不同迎角都有著良好的向前運動的合 力。
沖壓噴氣式翼形風帆捕風的風能轉換原理如下
當風帆運行到圖4位置時，氣流沖壓風帆一個面形成高壓區，而對應該風帆的另 一面則形成低壓區。風帆高壓區面的高壓氣流，一部分直接進入翼形風帆面上的沖壓孔，同 時也吸引風帆頭部的進氣道的氣流；由于風帆對應的另一面是呈低壓區，因此沖壓的氣流 夾帶著風帆頭部進氣道的氣流，經向對應風帆另一面噴氣孔的低壓區噴出。這樣不但整個 風帆增強了向風帆頭部方向運動的合力，同時也降低了風帆面的迎風阻力。由于翼形面的 風帆本身也具有向前運動的合力，同時加上本發明的沖壓噴氣射流氣道產生的合力，可使 其合力效率增加20%以上。風帆運行至圖6、圖8、圖10位置時的基本原理相同，只是運動 方向不同。
當風帆運行到圖5位置時，風帆相對的呈順風狀態。因所有風帆都均勻分布并固 定在同一磁懸浮運動平臺上并互相制約著，這里我們只能假設風速大于圖5風帆的運動速 度，這時風力經風帆左右兩邊的翼面導向同時斜向沖壓噴氣孔，加上進氣道氣流的合力，在 風帆左右的沖壓噴氣孔周邊形成了向前運動的滾動氣旋。
當風帆運行到圖9位置時，頂風氣流沖壓風帆頭部的進氣道，并逐級分別由風帆 左右兩邊的噴氣孔噴出，同時頂風氣流因風帆兩邊的翼面導向，致使頂風氣流分別將風帆 兩面的噴氣孔噴出的氣流連推帶拉，使整個風帆形成向前運動的合力，因風帆頭部開設的 進氣道也使翼形風帆的頭部阻力大大降低。
當風帆運行到圖7、圖11位置時，此時一個風帆面正對風壓氣流，形成較大正壓 區，同時在風帆的另一面也形成了較大的負壓區，這就對風帆產生很大的阻力，這時也是沖 壓噴氣射流系統發揮最大的效率之時，即將30%左右的阻力直接導向成向前運動的合力。
為使風帆的動力性能實現最優化，可在風帆面5、6上的風帆面沖壓噴氣孔群組9 和風帆頭部11的風帆頭進氣孔群組14的各個沖壓噴氣孔上安裝電控氣流調節卷間門7、風 帆頭進氣道電控氣流調節卷間門12，以在不同風速下電控同步調節沖壓噴氣孔和進氣孔的 氣流大小。從降低系統成本考慮，所有氣流孔也可不安裝電控氣流調節卷間門，直接優化設 計成固定大小尺寸的氣流孔。
本發明不僅僅局限于上述的具體實施方式
，還可廣泛應用于現代航空飛行器、流 體力學、陸地風帆、航海風帆、船身結構以及多功能沖壓噴氣式翼形風帆的建筑領域。
權利要求
1.一種翼形風帆，其特征在于，包括風帆頭、兩個風帆面以及位于翼形風帆內部的多個 射流氣道，每一所述風帆面上設有多組沖壓噴氣孔，所述風帆頭上設有多個風帆頭部進氣 孔，每一射流氣道分別與每一風帆面上的一組沖壓噴氣孔及風帆頭的一個風帆頭部進氣孔 連通。
2.根據權利要求1所述的翼形風帆，其特征在于，所述沖壓噴氣孔上安裝有電控氣流 調節閘門。
3.根據權利要求1所述的翼形風帆，其特征在于，所述風帆頭部進氣孔上安裝有電控 氣流調節閘門。
4.根據權利要求1所述的翼形風帆，其特征在于，所述多個射流氣道平行設置并依次 位于翼形風帆的不同高度。
5.根據權利要求1所述的翼形風帆，其特征在于，每一組沖壓噴氣孔包括六個沖壓噴 氣孔。
6.根據權利要求1所述的翼形風帆，其特征在于，所述翼形風帆由鋼筋混凝土筑造或 者由金屬材料、合金材料、復合材料制成。
7.根據權利要求1所述的翼形風帆，其特征在于，所述兩個風帆面的一端分別與所述 風帆頭相接、另一端直接相接形成翼形風帆的尾部。
全文摘要
本發明涉及一種翼形風帆，包括風帆頭、兩個風帆面以及位于翼形風帆內部的多個射流氣道，每一所述風帆面上設有多組沖壓噴氣孔，所述風帆頭上設有多個風帆頭部進氣孔，每一射流氣道分別與每一風帆面上的一組沖壓噴氣孔及風帆頭的一個風帆頭部進氣孔連通。本發明通過多個單元射流氣道組成的沖壓噴氣系統，使得整個風帆增強了向風帆頭部方向運動的合力，同時也降低了風帆面的迎風阻力。
文檔編號F03D5/04GK102032104SQ201010582620
公開日2011年4月27日 申請日期2007年5月29日 優先權日2007年5月29日
發明者李進 申請人:李進