流體動力提供系統推進器葉片的制作方法
【專利摘要】流體動力提供系統推進器葉片，是由一個面沿著球面與圓柱面的相貫線軌跡上升的同時還繞定軸迴轉形成的螺旋形葉片，球面與圓柱面的相貫線與運動方向夾角是45度，葉片上弦處的黃金分割點一直在相貫線上，葉片上弦的翼型攻角α為6度～16度，葉片與迴轉半徑夾角β為70度~110度。本實用新型的流體動力提供系統推進器葉片，屬于升力型，球面與圓柱面的相貫線與運動方向夾角是45度，在這一方向上葉片將有最大的劈開流體的作用力，從而有效地減少了葉片的前進阻力；球面上的任何一點的曲率都是相同的，因此球面就具備接受來自任何方向流體能量的特性，該葉片具備了能夠接受任何方向流體的能量。
【專利說明】流體動力提供系統推進器葉片
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及水力發電、潮汐發電、廢氣利用和風力發電領域，尤其涉及一種發電用的葉片裝置。
【背景技術】
[0002]現在的潮汐發電、風力發電技術都普遍存在一個問題，即僅能接受來自某一個方向的流體能量，如:風力機分為“水平式、垂直式”兩大類，潮汐的波浪涌進和涌出不能充分地利用，從而導致能量利用率低，效率低等問題。
實用新型內容
[0003]為了現有潮汐發電、風力發電技術存在的能量利用率低的問題，本實用新型提供了一種流體動力提供系統推進器葉片。
[0004]本實用新型為實現上述目的所采用的技術方案是:流體動力提供系統推進器葉片，為類似螺旋形葉片，所述葉片是由一個面沿著球面2與圓柱面I的相貫線3軌跡上升的同時還繞定軸迴轉形成的實體，球面2與圓柱面I的相貫線3與運動方向夾角是45度，葉片上弦處的黃金分割點一直在相貫線上。
[0005]所述葉片上弦的翼型攻角α為6度?16度，葉片與迴轉半徑夾角β為70度?110度。
[0006]所述葉片為玻璃鋼、碳素纖維、樹脂、鋁合金或銅材料。
[0007]本實用新型的流體動力提供系統推進器葉片，該葉片的橫截面形狀是根據流體力學理論而設計的，屬于升力型，球面與圓柱面的相貫線與運動方向夾角是45度，在這一方向上葉片將有最大的劈開流體的作用力，從而有效地減少了葉片的前進阻力；球面上的任何一點處的曲率都是相同的，根據這個特性，我們選定了“球面與柱面”的相貫線作為基礎，在此基礎上形成了葉片，所以該葉片具備了能夠接受任何方向流體的能量。例如:流體從上、下方向來，葉片都可以捕獲流體能量，使自然能源的利用得以大大提高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是球面與圓柱面相貫線的俯視圖。
[0009]圖2是球面與圓柱面相貫線的示意圖。
[0010]圖3是球面與圓柱面相貫線的主視圖。
[0011]圖4是球面與圓柱面相貫線的右視圖。
[0012]圖5是本實用新型流體動力提供系統推進器葉片部分結構圖。
[0013]圖6是本實用新型流體動力提供系統推進器葉片形成原理圖。
[0014]圖7是本實用新型球面和柱面相貫線坐標系示意圖。
[0015]圖8是本實用新型球面和柱面相貫線X-Y平面坐標系示意圖。
[0016]圖9是實施例1的雙葉片風力發電裝置結構圖。
[0017]圖10是實施例2的雙葉片風力發電裝置結構圖。
[0018]圖11是實施例3的雙葉片風力發電裝置結構圖。
[0019]圖12是實施例4的雙葉片風力發電裝置結構圖。
【具體實施方式】
[0020]本實用新型的流體動力提供系統推進器葉片為類似螺旋形葉片，最關鍵部分是球面與圓柱面的相貫線，這是該葉片形成的基礎，采用畫法幾何的方法，繪制出球面與圓柱面的相貫線，如圖廣圖4所示。
[0021]本實用新型的葉片是由一個面沿著球面2與圓柱面I的相貫線3軌跡上升的同時還繞定軸迴轉形成的實體，如圖6所示，該運動是個復合運動，球面2與圓柱面I的相貫線3與運動方向夾角是45度，葉片上弦處的黃金分割點一直在相貫線上，上弦是指葉片的凸部分，掃掠出該“翼型”沿“球面與圓柱面的相貫線”的移動軌跡，葉片上弦的翼型攻角α為6度?16度，葉片與迴轉半徑夾角β為70度?110度，如圖5所示。葉片可以為玻璃鋼、碳素纖維、樹脂材料或鋁合金、銅等金屬材料。
[0022]流體速度快，則壓強就小，這是佰努利定律的一個重要概念，此葉片的上弦部分流速比下弦的大，所以下弦的壓力大于上弦，下弦壓力減去上弦的壓力(壓力差)就是升力。該葉片的橫截面形狀就是根據流體力學這一定律而設計的，所以此葉片屬于“升力型”。
[0023]球面與圓柱面的相貫線與運動方向(圓周運動的切向方向)之夾角是45度，在這一方向上葉片將有最大的劈開流體的作用力(力學應力圓理論:在與主作用力之夾角的45°方向上有最大的主應力)，從而有效地減少了葉片的前進阻力；如果用在高寒地域的風力發電，其就能有效地防止雪堆積在風葉上，應為葉片與回轉方向的夾角為45°，所以葉片上有最大的下滑力，這就有效防止了積雪的形成。球面上的任何一點的曲率都是相同的，這就給了流體動力提供系統推進器葉片能夠接受任何方向流體的能力，從而使自然能源的利用得以大大提高。例如:流體從上、下方向來，葉片都可以捕獲流體能量。
[0024]球面與圓柱面的相貫線形成的數學模型如下:在解析幾何上，它是個三元二次方程組，
[0025]球面方程:(x-x。) 2+(y_y。)2+(ζ-ζ。) 2=R ;
[0026]式中，(-D/2< X < D/2)，(-D/2 < D/2), (-D l-l< D/2)，R 為一個常數；【I 】
[0027]圓柱面方程:(X-X1)W(Yi1)Wz=C；
[0028](O < X < d), (-d/2 < Y < d/2)，(-D/2 < Z < D/2)， C 為一個常數；【2 】
[0029]【2】式中的一次變量z(-D/2 < Z < D/2)，d_圓端面的直徑，D_球的直徑；d=D/2 ；這是一個至關重要的數據，且圓柱面上的僅僅是一根素線通過該球面之中心點，這個條件是求相貫線葉片之關鍵；
[0030]將【I】、【2】兩個方程聯立，求解，即得到了 “球面與圓柱面的相貫線”；
[0031]該【I】、【2】聯立的三元二次方程組，就是“相貫線葉片”的成形理論基礎。
[0032]這個相貫線是個二次空間曲線，在此提供了兩種數值逼近的方法，這些聯立方程將為數控機床建立數學模型提供理論基礎。
[0033]第一種方法:
[0034]首先，把變量z，做為主控制量，設步長設為1mm，^?七^，這四個常量為待定常數，視具體的數控加工設備而定；此時方程組就變成二元二次方程了，并且是有量綱的運算，如下所示:
[0035]設:z的步長為I mm,即Δζ = Itos ,貝丨J
[0036]球面方程:(x-xQ)2+(y-yQ)2+(l*Δζ )2=R
[0037](-D/2 < X < D/2)，(_D/2 < Y < D/2)，(_D/2 < Z < D/2)，R 為一個常數；【I 】
[0038]圓柱面方程:(X-X1)Myi1)2+]^Δζ =C
[0039](O < X < d), (-d/2 < Y < d/2)，(-D/2 < Z < D/2)， C 為一個常數；【2 】
[0040]式中的一次變量:z (-D/2 < Z < D/2)，d_圓柱端面的直徑，D_球的直徑；
[0041]再，進行Z=兩個步長時，
[0042]球面方程:(x-x^My-y。)2+#Δζ )2=R
[0043](-D/2 < X < D/2)，(_D/2 < Y < D/2)，(_D/2 < Z < D/2)，R 為一個常數；【I 】
[0044]圓柱面方程:(X-X1)'(y-y)2+〗*Δζ =C
[0045](O < X < d), (-d/2 < Y < d/2)，(-D/2 < Z < D/2)， C 為一個常數；【2 】
[0046]【2】式中的一次變量:z(-D/2 < Z < D/2) ；d_圓柱端面的直徑，D_球的直徑。
[0047]做N次逼近運算，......，不再陳述；
[0048]同理，一直進行到Z=D時，
[0049]球面方程:(x-x。)2+(y-y0)2+D2=R
[0050](O < X < D/2), (O < Y < D/2), (O < Z < D/2)，R 為一個常數；【1】
[0051]圓柱面方程:(X-X1)2+(y-yj2+D=C
[0052](O < X < d), (-d/2 < Y < d/2)，(_D/2 < Z < D/2)， C 為一個常數；【2 】
[0053]【2】式中的一次變量:z(-D/2 < Z < D/2)，d_圓柱端面的直徑，D_球的直徑；
[0054]到此，數值逼近過程結束。
[0055]第二種方法:
[0056]參數法，即引進一個參數Θ，(圖形繞Z軸逆時針方向旋轉；)其為廻轉半徑&與X軸的夾角；
[0057]設坐標系如圖7所示；R為球半徑；
[0058]則球面方程:x2+y2+z2=R2[I]
[0059]式中，(-R< X < R) , (-R < y < R) , (-R < z < R)；
[0060]圓柱面方程:(x_R/2)2+y2+z= (R/2)2[2]
[0061 ]式中，(0；SxSR)、( -R/ 2 ? y ? R/2) > (_R < ζ ? R)；
[0062]再觀察χ-y平面，見圖8 ；
[0063]圖中，IV廻轉半徑；圖形繞Z軸逆時針方向旋轉，Ir」(O, R)七的一端在Z軸上，另一端在圓柱面上，所以變量r,.僅僅是Θ的函數，即，ri=f(0)；
[0064]r^Rcos ( Θ ) (-90 — ? < 90°)[3]
[0065]且，R2=ri2+zi2[3-1]
[0066]Xi=ITiCos ( θ ) = [Rcos ( θ ) ] cos ( θ ) =Rcos2 ( θ )[4]
[0067]Y^riSin ( θ ) =Rcos ( θ ) sin ( θ )[5]
[0068]將[4]、[5]式代入[I]、[2]式中，得到
[0069](Rcos2 ( θ ) ) 2+(Rsin ( θ ) cos ( θ )) 2+z2=R2[6]
[0070](Rcos2 ( θ ) -R/2)2+ (Rsin ( θ ) cos ( θ )) 2+ζ= (R/2)2[7]
[0071]這樣就把相貫線方程變成了 ζ、Θ的二元二次方程了 ；
[0072]由[3-1]式可得到:zi=+-Jm2 -H2[8]
[0073]我們可以把參數Θ做為控制量，令Θ的步長為1°，即Δ5 = 1 0
[0074]由【8】式，可得到Z1的數值；
[0075]由【4】式，可得到X1的數值；
[0076]由【5】式，可得到yi的數值；
[0077]在上述步長(B卩，Δ6 = 1 °)情況下，共做了 180次的數值逼近。若需要提高精度，可進一步縮小步長Δ6，當然運算量也隨之增大。
[0078]結果如下所示:
[0079]Z1^ X1^ Y1
[0080]z2、x2、y2
[0081]z3、x3、y3
[0082]............
[0083]Zi^ Xi^ Yi
[0084]............
[0085]Z18(l、X18(l、y.
[0086]至此，運算結束。
[0087]本實用新型的流體動力提供系統推進器葉片5安裝于軸4上形成發電裝置，其葉片結構形狀和安裝方式如圖擴圖12所示，它能接受來自任何方向的運動流體的能量，從而把其轉換成繞定軸轉動，最終為工作機提供了動力。
【權利要求】
1.流體動力提供系統推進器葉片，其特征在于:是由一個面沿著球面(2)與圓柱面(I)的相貫線(3)軌跡上升的同時還繞定軸迴轉形成的螺旋形葉片，球面(2)與圓柱面(I)的相貫線(3)與運動方向夾角是45度，葉片上弦處的黃金分割點一直在相貫線上。
2.根據權利要求1所述的流體動力提供系統推進器葉片，其特征在于:所述葉片上弦的翼型攻角(α )為6度?16度，葉片與迴轉半徑夾角(β )為70度?110度。
3.根據權利要求1所述的流體動力提供系統推進器葉片，其特征在于:所述葉片為玻璃鋼、碳素纖維、樹脂、鋁合金或銅材料。
【文檔編號】F03B3/12GK203962274SQ201420409827
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月24日 優先權日:2014年7月24日
【發明者】李樹楫 申請人:大連吉諾貿易有限公司