專利名稱：風(fēng)葉自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)結(jié)合的風(fēng)電裝置撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)電裝置和撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)的葉輪，具體地說涉及這種葉輪中風(fēng)葉自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)結(jié)合運(yùn)轉(zhuǎn)的方法與用途。
背景技術(shù)：
中國專利公開(告)號(hào)CN2067768，公開(告)日1990年12月19目，發(fā)明創(chuàng)造的名稱風(fēng)葉能自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的風(fēng)車，分類號(hào)F03D3/00，該申請(qǐng)案公開了一種風(fēng)葉能自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的風(fēng)車是一種具有新型結(jié)構(gòu)的風(fēng)車，屬于風(fēng)能開發(fā)利用技術(shù)領(lǐng)域。它由風(fēng)葉(1)，風(fēng)車主軸(2)，風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸(3)，擋桿(4)，上下框架(5)、(6)，變速箱(7)，發(fā)電機(jī)(8)，基座(17)等組成，由于風(fēng)葉在自轉(zhuǎn)軸的兩邊不對(duì)稱，寬邊受風(fēng)面積大，這使風(fēng)葉在順風(fēng)中靠著擋桿，在逆風(fēng)中脫離擋桿，從而最有效利用風(fēng)能，該風(fēng)車結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉，可直接驅(qū)動(dòng)柱塞水泵抽水排灌，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電等。其欠缺之處在于該申請(qǐng)案在風(fēng)葉順風(fēng)或逆風(fēng)過程中都需要依靠“檔桿”等來承受，風(fēng)葉的變化幅度較大，其活動(dòng)的自由度也大，因此在風(fēng)車的運(yùn)行過程中也容易引起雜聲。缺少滿足風(fēng)葉自轉(zhuǎn)的相關(guān)技術(shù)措施和方法。也不是一種真正意義的風(fēng)葉自轉(zhuǎn)。關(guān)于撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)，目前人們還處于探索階段，尚無明確的對(duì)比參考資料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供風(fēng)葉自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)結(jié)合的風(fēng)電裝置、撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)及其方法。現(xiàn)有風(fēng)力車具有水平軸螺旋槳風(fēng)力車和垂直軸風(fēng)力車之區(qū)別。采用垂直軸方式的風(fēng)力發(fā)電裝置，無論技術(shù)方式如何，歸根結(jié)底其在技術(shù)上追求的是如何在風(fēng)葉迎風(fēng)時(shí)展現(xiàn)最大迎風(fēng)面積，而在風(fēng)葉逆風(fēng)時(shí)成為最小受風(fēng)面積。采用自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)相結(jié)合的技術(shù)方法，那么需要解決的是如何在自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)相結(jié)合的情況下達(dá)到上述技術(shù)追求的目的。其次，風(fēng)葉從最大迎風(fēng)面積到最小逆風(fēng)面積不可能一步到位，有其中間的延續(xù)過程，而在這部分的中間延續(xù)過程中，又如何有利于風(fēng)車的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。這些技術(shù)要點(diǎn)是風(fēng)葉自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)結(jié)合的風(fēng)力發(fā)電裝置所必須解決的。
發(fā)明人公開了風(fēng)葉自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)結(jié)合的風(fēng)電裝置、撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)及其方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的所述風(fēng)電裝置的風(fēng)向舵或偏航系統(tǒng)裝置連接風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)，風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)外緣有齒，或風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)上設(shè)置有動(dòng)力傳動(dòng)齒輪；所述風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸下端設(shè)置有風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸齒輪；所述風(fēng)電裝置的風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)或動(dòng)力傳動(dòng)齒輪之間設(shè)置有同方向轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力傳動(dòng)裝置；所述風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸齒輪與風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)動(dòng)力傳動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速比為1比2。
以上，風(fēng)向舵的存在保證了風(fēng)葉在自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)相結(jié)合的情況下以最大迎風(fēng)面積和最小逆風(fēng)面積迎合風(fēng)向。風(fēng)向舵是被動(dòng)偏航系統(tǒng)裝置之一方式，本發(fā)明對(duì)偏航系統(tǒng)裝置的相關(guān)描述與附圖以對(duì)風(fēng)向舵的描述與附圖為主要對(duì)象。
下面解釋齒輪及傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)系和運(yùn)轉(zhuǎn)情況首先解釋風(fēng)葉自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的含義所謂風(fēng)葉自轉(zhuǎn)是風(fēng)葉相對(duì)于風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸中心軸線的連續(xù)圓周運(yùn)動(dòng)。所謂風(fēng)葉公轉(zhuǎn)是指風(fēng)葉帶動(dòng)風(fēng)葉框架輪相對(duì)于風(fēng)葉公轉(zhuǎn)軸中心軸線的連續(xù)圓周運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上也就是風(fēng)葉帶動(dòng)了公轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。
參看圖1和圖2，風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)在風(fēng)向和風(fēng)向舵的作用下可以圍繞公轉(zhuǎn)軸中心軸線自由轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)風(fēng)的方向確定了風(fēng)向舵的位置以后，風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)就不再任意轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是說它是相對(duì)靜止的。當(dāng)風(fēng)葉在風(fēng)力的作用下作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，也就是風(fēng)葉與風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸的組合圍繞著風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)作連續(xù)圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，前面解釋了風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)是相對(duì)靜止的，并且風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)之間設(shè)置有同方向轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力傳動(dòng)裝置，風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸齒輪與風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)齒輪的轉(zhuǎn)速比為1比2。那么在這種條件下得到的結(jié)果是“當(dāng)風(fēng)葉與風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸組合的公轉(zhuǎn)是以順時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn)方式表現(xiàn)時(shí)，風(fēng)葉的自轉(zhuǎn)就會(huì)以逆時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn)方式表現(xiàn)。相反，當(dāng)風(fēng)葉與風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸組合的公轉(zhuǎn)是以逆時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn)方式表現(xiàn)時(shí)，風(fēng)葉的自轉(zhuǎn)就會(huì)以順時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn)方式表現(xiàn)”。這一點(diǎn)是極其重要的，它的重要意義在于，當(dāng)風(fēng)葉公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，風(fēng)葉自轉(zhuǎn)反向1比2的運(yùn)轉(zhuǎn)減緩了風(fēng)葉受風(fēng)角度的變化量度，也就是說當(dāng)風(fēng)葉在它最大迎風(fēng)面積和最小逆風(fēng)面積區(qū)域時(shí)，風(fēng)葉自轉(zhuǎn)造成的風(fēng)葉傾角的減緩有利于風(fēng)葉在這一區(qū)域時(shí)段運(yùn)行時(shí)風(fēng)葉的受風(fēng)作用，并且這種風(fēng)葉在傳統(tǒng)風(fēng)葉無法產(chǎn)生公轉(zhuǎn)效益的部位，例如圖2中的b、d點(diǎn)，風(fēng)葉也能產(chǎn)生有利于其沿公轉(zhuǎn)圓周切向運(yùn)動(dòng)的分力F，極大地增強(qiáng)了風(fēng)葉運(yùn)行的效果。而它們的轉(zhuǎn)速比為1比2，使得風(fēng)葉在正迎風(fēng)面旋轉(zhuǎn)180°后，也就是到達(dá)它的正逆風(fēng)面，由于風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)的轉(zhuǎn)速比為1比2，因此風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸只旋轉(zhuǎn)了風(fēng)葉公轉(zhuǎn)角180°的一半即90°角，那么風(fēng)葉表面正好與風(fēng)向平行，即到達(dá)它的最小逆風(fēng)面積，所受風(fēng)力的阻力達(dá)到最小。
參看圖2，具體描述風(fēng)葉在自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)相結(jié)合情況下，風(fēng)葉所受風(fēng)力的受力狀況和運(yùn)轉(zhuǎn)表現(xiàn)。圖中，設(shè)定風(fēng)葉的公轉(zhuǎn)以順時(shí)針方式進(jìn)行，粗箭頭為風(fēng)向。風(fēng)葉在a點(diǎn)位置時(shí)，風(fēng)葉平面垂直于風(fēng)向舵平面，即垂直于風(fēng)向，這時(shí)的受風(fēng)面最正，為正迎風(fēng)面，整個(gè)風(fēng)葉框架輪所受的旋轉(zhuǎn)力也最大。風(fēng)葉運(yùn)轉(zhuǎn)在a到b區(qū)域時(shí)，風(fēng)葉自轉(zhuǎn)的反向運(yùn)轉(zhuǎn)減緩了風(fēng)葉受風(fēng)角度的變化量度，增加了風(fēng)葉迎風(fēng)面在迎風(fēng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的正迎風(fēng)面的表現(xiàn)時(shí)間和效果。風(fēng)葉運(yùn)轉(zhuǎn)在b點(diǎn)位置時(shí)，該點(diǎn)是傳統(tǒng)風(fēng)葉無法產(chǎn)生公轉(zhuǎn)效益的部位，風(fēng)葉平面與風(fēng)向舵平面成45°夾角，風(fēng)力產(chǎn)生的分力中有一個(gè)沿公轉(zhuǎn)圓切線方向有利于整個(gè)風(fēng)葉框架輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的分力F。風(fēng)葉運(yùn)轉(zhuǎn)在b到c區(qū)域時(shí)，b點(diǎn)部位所述的分力仍然存在，但越來越小。風(fēng)葉運(yùn)轉(zhuǎn)在c點(diǎn)位置時(shí)，風(fēng)葉平面平行于風(fēng)向舵平面，即與風(fēng)向平行，此時(shí)所受的逆風(fēng)面積達(dá)到最小，為正逆風(fēng)面，所受的阻力也最小。風(fēng)葉運(yùn)轉(zhuǎn)在c到d區(qū)域時(shí)，b點(diǎn)部位所述的分力仍然存在，并越來越大。風(fēng)葉運(yùn)轉(zhuǎn)在d點(diǎn)位置時(shí)，該點(diǎn)也是傳統(tǒng)風(fēng)葉無法產(chǎn)生公轉(zhuǎn)效益的部位，與風(fēng)葉運(yùn)轉(zhuǎn)在b點(diǎn)位置時(shí)相同，同樣有一個(gè)沿公轉(zhuǎn)圓切線方向有利于整個(gè)風(fēng)葉框架輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的分力F。風(fēng)葉運(yùn)轉(zhuǎn)在d到a區(qū)域時(shí)，風(fēng)葉以45°的角度提前進(jìn)入，風(fēng)葉的受力情況逐漸向a點(diǎn)的受力情況靠攏，直到a點(diǎn)時(shí)的最大值，以后重復(fù)進(jìn)行。綜上所述，風(fēng)葉在a、b、c、d各點(diǎn)區(qū)域附近都有極好的受風(fēng)運(yùn)轉(zhuǎn)表現(xiàn)。
關(guān)于這種風(fēng)電裝置、撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)風(fēng)輪的制作、運(yùn)轉(zhuǎn)技術(shù)方法，其要點(diǎn)在于(一).掌握風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸與風(fēng)葉公轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向相反；(二).掌握風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸與風(fēng)葉公轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速比為1比2。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案達(dá)到改善風(fēng)電裝置的使用性能。參看圖3，所述風(fēng)電裝置風(fēng)葉的公轉(zhuǎn)軸垂直于風(fēng)向且平行于水平面，分單邊和雙邊設(shè)置兩種方式。由于采用了這樣結(jié)構(gòu)的裝置，風(fēng)葉框架輪在旋轉(zhuǎn)的過程中，風(fēng)葉是高低變化的，相對(duì)來說高處氣流較大，適合風(fēng)葉正面迎風(fēng)受力，低處氣流較小適合風(fēng)葉逆風(fēng)回轉(zhuǎn)，也利于對(duì)風(fēng)葉的安裝維修處理和脫換風(fēng)葉的表面層，風(fēng)葉逆風(fēng)回轉(zhuǎn)時(shí)是呈水平狀態(tài)，這樣的狀況在總體上有利于降低整個(gè)風(fēng)電裝置的高度。采用雙邊設(shè)置的方法有利于增大風(fēng)電裝置的功率。本發(fā)明還可以在風(fēng)葉的表面設(shè)置有太陽能電池板，達(dá)到同時(shí)對(duì)風(fēng)能和太陽能發(fā)電的利用。
本發(fā)明的風(fēng)力裝置的葉輪同樣可以適用水力發(fā)電裝置的葉輪。根據(jù)流體的密度不同，對(duì)以液體為作功媒體的水力發(fā)電裝置的葉輪，只要把葉片的表面積縮小并增加其結(jié)構(gòu)牢度。這種水力發(fā)電裝置的葉輪適合流速大，水深淺的場合環(huán)境，當(dāng)水流流向確定時(shí)可以不設(shè)舵葉部分，風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)留存并固定在它原來旋轉(zhuǎn)的位置。
本發(fā)明的風(fēng)電裝置同樣可以適用船舶的推進(jìn)裝置，參看圖4，其一可以利用風(fēng)力發(fā)電的電力推進(jìn)，其二直接利用風(fēng)力發(fā)電裝置的旋轉(zhuǎn)輸出動(dòng)力推進(jìn)。這種風(fēng)力裝置的動(dòng)力推進(jìn)，在順風(fēng)、側(cè)風(fēng)、側(cè)逆風(fēng)的情況下都可以起到作用，可以適用于游艇等船舶。圖4中的風(fēng)力裝置也可以選用圖3的類型。
本發(fā)明的風(fēng)葉運(yùn)轉(zhuǎn)方式還可以應(yīng)用在一種原地垂直升空的航空器——撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)中。在具體實(shí)施方式
中進(jìn)一步描述。
與現(xiàn)有的風(fēng)電裝置相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.提供了一種真正意義的風(fēng)葉自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)結(jié)合的風(fēng)電裝置。
2.這種風(fēng)電裝置與傳統(tǒng)水平軸螺旋槳風(fēng)力車、垂直軸風(fēng)力車相比不僅具有切向風(fēng)力而且具有直接作用垂直風(fēng)葉面的風(fēng)力，如上面對(duì)圖2內(nèi)容的描述，風(fēng)葉在a、b、c、d點(diǎn)區(qū)域附近都有極好的受風(fēng)運(yùn)轉(zhuǎn)表現(xiàn)。因此在同樣占地面積的情況下本發(fā)明的風(fēng)電裝置的輸出功率就大。
3.這種風(fēng)葉成方形、長方形的形態(tài)可以使制造方便、費(fèi)用降低、結(jié)構(gòu)牢固、不易折斷，并且利于風(fēng)葉表面或者中間部位的脫裝。在氣象情報(bào)的配合下，可在強(qiáng)風(fēng)、颶風(fēng)的多發(fā)地帶或城市地區(qū)使用。
4.這種風(fēng)電裝置的基礎(chǔ)部分相應(yīng)較低，水平狀態(tài)雙垂直軸(風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸和風(fēng)葉公轉(zhuǎn)軸都垂直風(fēng)向，平行水平面，可兩邊分置)風(fēng)電裝置的風(fēng)葉在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中高低變化，有部分過程接近底部，利于對(duì)風(fēng)葉和自轉(zhuǎn)軸的維修。
5.這種風(fēng)電裝置的葉輪在其他領(lǐng)域，如水力發(fā)電裝置或原地垂直升空航空器等也有相應(yīng)的使用價(jià)值。


圖1是風(fēng)電裝置風(fēng)葉的自轉(zhuǎn)軸垂直于風(fēng)向且垂直于水平面的結(jié)構(gòu)圖；圖2是風(fēng)葉在四個(gè)關(guān)鍵位置時(shí)，風(fēng)葉的角度與受力運(yùn)轉(zhuǎn)的俯視示意圖；圖3是風(fēng)電裝置風(fēng)葉的公轉(zhuǎn)軸垂直于風(fēng)向且平行于水平面的結(jié)構(gòu)圖；圖4是運(yùn)用這種葉輪的風(fēng)力動(dòng)力作推進(jìn)動(dòng)力船舶的示意圖；
圖5是運(yùn)用這種葉輪原地垂直升空的航空器——撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。
圖中風(fēng)葉公轉(zhuǎn)軸1 風(fēng)葉框架輪2 風(fēng)葉3 風(fēng)葉加強(qiáng)筋4 風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸5 風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸齒輪6 風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)和齒輪的組合7 自轉(zhuǎn)軸同步齒輪8 環(huán)狀齒形傳動(dòng)皮帶9 底座支柱10 傘型齒輪11 發(fā)電機(jī)12 剎車裝置13 風(fēng)向舵14 航空器旋轉(zhuǎn)平臺(tái)橫梁15 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸入齒輪16 同軸齒輪17 反向轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪組合18 風(fēng)葉公轉(zhuǎn)軸齒輪19具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述參看圖1，圖中風(fēng)葉公轉(zhuǎn)軸1和風(fēng)葉框架輪2作固定連接，風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸5安裝于風(fēng)葉框架輪2的外緣并可轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸5居中于風(fēng)葉3并作固定連接，風(fēng)葉3的框架內(nèi)設(shè)置有風(fēng)葉加強(qiáng)筋4，根據(jù)風(fēng)葉的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度決定風(fēng)葉加強(qiáng)筋4的疏密，選用沖壓鋼絲網(wǎng)或直接用鋼絲拉織成網(wǎng)或其它材料，風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸5與風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸齒輪6作固定連接，風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)和齒輪的組合7與風(fēng)向舵14連接且與底座支柱10作可轉(zhuǎn)動(dòng)連接(結(jié)合參看圖1和圖2)，風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸齒輪6與風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)和齒輪的組合7之間用環(huán)狀齒形傳動(dòng)皮帶9作同方向動(dòng)力傳動(dòng)連接，也可用鏈條或齒輪動(dòng)力傳動(dòng)裝置代替，同樣，自轉(zhuǎn)軸同步齒輪8與風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸5固定連接，所有風(fēng)葉的自轉(zhuǎn)軸同步齒輪8之間用環(huán)狀齒形傳動(dòng)皮帶9作同步轉(zhuǎn)動(dòng)連接，采用同步齒輪比單風(fēng)葉連接結(jié)構(gòu)簡單。風(fēng)葉公轉(zhuǎn)軸1安置于底座支柱10內(nèi)可轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過傘型齒輪11把旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳輸給發(fā)電機(jī)12，整個(gè)風(fēng)電裝置可安置剎車裝置13，根據(jù)需要也可安置離合器裝置。為使系統(tǒng)良好地運(yùn)行，相關(guān)部位可以安置合適的軸承。因制圖原因，風(fēng)葉部分在實(shí)際應(yīng)用時(shí)比例還要放大，風(fēng)葉表面可采用輕型材料的脫裝活頁如帆布、涂膠布、人工或化學(xué)合成的薄片、或者表面采用加強(qiáng)鋼絲網(wǎng)，中間采用泡沫塑料等輕型材料。通過控制風(fēng)葉表面材料或中間材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度還可以達(dá)到預(yù)防強(qiáng)風(fēng)和颶風(fēng)的目的，當(dāng)風(fēng)力超過一定強(qiáng)度時(shí)，表面或中間材料首先遭到破壞，保護(hù)了風(fēng)葉和風(fēng)力發(fā)電裝置。
參看圖2，風(fēng)葉運(yùn)轉(zhuǎn)原理部分不再重復(fù)。著重描述風(fēng)葉的調(diào)整和安裝。風(fēng)葉的片數(shù)可以是2、3、4、5、6……不等，均勻配置公轉(zhuǎn)圓周上。根據(jù)設(shè)計(jì)選擇的風(fēng)葉框架輪旋轉(zhuǎn)方向，現(xiàn)以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為例。以風(fēng)向舵的指向作參照方向，(風(fēng)向舵與實(shí)際風(fēng)向之間可以有一個(gè)平衡風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)角度)選擇在風(fēng)向舵左邊的風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸，作通過風(fēng)葉自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)軸中心軸線(兩相互平行)的平面，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)葉框架輪，當(dāng)該平面垂直于風(fēng)向舵平面時(shí)，也就是垂直于風(fēng)向，達(dá)到正迎風(fēng)面時(shí)，把該風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸的風(fēng)葉平面也成垂直于風(fēng)向舵平面的狀態(tài)安裝到位。繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)葉框架輪，依照上面方法把第二個(gè)風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸的風(fēng)葉安裝到位，直到裝完所有的風(fēng)葉。風(fēng)葉框架輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的調(diào)整和安裝方法，只要選擇在風(fēng)向舵右邊的風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸進(jìn)行。另外可根據(jù)風(fēng)葉片數(shù)等分公轉(zhuǎn)圓周的角度計(jì)算結(jié)果來進(jìn)行安裝。安裝方法其實(shí)質(zhì)意義在于揭示了風(fēng)葉在安裝或開始工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有各自的初始相位角。
圖3中，與圖1的差別在于風(fēng)葉公轉(zhuǎn)軸平行于水平面，并且動(dòng)力傳動(dòng)齒輪設(shè)置在風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)上，其余部分都相似。風(fēng)葉兩邊設(shè)置，在同樣風(fēng)葉結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的條件下可增加風(fēng)力發(fā)電裝置的功率，并且有其獨(dú)特的運(yùn)轉(zhuǎn)美觀。
根據(jù)動(dòng)力裝置輸入、輸出的能源轉(zhuǎn)換特性。風(fēng)能可以通過風(fēng)車轉(zhuǎn)換成電能，電能也可以通過風(fēng)葉轉(zhuǎn)換成風(fēng)能。由此這種風(fēng)力發(fā)電裝置的風(fēng)葉輪在輸入動(dòng)力的帶動(dòng)下也可以作為螺旋槳似的一種船舶的推進(jìn)器，可采用齒輪傳動(dòng)，并且把傳動(dòng)部分罩合封閉。
同樣它也可以作為一種原地垂直升空航空器的升空動(dòng)力裝置。圖5中，兩臺(tái)圖3描述的雙垂直軸風(fēng)電裝置的風(fēng)葉框架輪等通過飛行器旋轉(zhuǎn)平臺(tái)橫梁15(圖中涂黑部分，)分兩邊對(duì)置，兩臺(tái)裝置的旋轉(zhuǎn)方向相反，右邊的為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向，左邊的為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向。風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)的齒輪與飛行器旋轉(zhuǎn)平臺(tái)橫梁15固定連接，直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸入齒輪16同時(shí)也傳遞給同軸齒輪17和反向轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪組合18，由同軸齒輪17通過環(huán)狀齒形傳動(dòng)皮帶(圖中虛線部分)傳遞給風(fēng)葉公轉(zhuǎn)軸齒輪19，風(fēng)葉公轉(zhuǎn)軸齒輪19與風(fēng)葉公轉(zhuǎn)軸1連接，達(dá)到動(dòng)力輸入目的。同時(shí)相對(duì)應(yīng)的一邊通過反向轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪組合18得到動(dòng)力輸入。圖中風(fēng)葉框架輪的前、后部分表示方法是不一樣的，采用前部分方式可以使結(jié)構(gòu)簡單，重量減輕，但需要考慮風(fēng)葉框架輪和風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)牢度，以免折斷。圖5是運(yùn)用這種葉輪的垂直升空航空器——撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)，其風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。其座艙或駕駛艙設(shè)置在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的下部，其一有利于重心穩(wěn)定，其二有利于駕駛視野。動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)可以裝置在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，也可以裝置在下部。裝置在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的方式可以使結(jié)構(gòu)簡單方便，但是不利于重心穩(wěn)定。航空器的上下部連接可以采用如萬向節(jié)那樣，通過兩個(gè)互相垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接。這樣上下兩部分可以適當(dāng)改變相對(duì)的位置。航空器的垂直升空，其重心投影穩(wěn)定在整個(gè)風(fēng)葉作用旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的中間位置，升空以后，當(dāng)重心投影偏移中間位置，或改變它們之間的相互位置，航空器將發(fā)生相應(yīng)的位置改變，達(dá)到飛行目的。此外，根據(jù)需要可以另外裝置飛行動(dòng)力和尾部的方向舵。
傳統(tǒng)直升機(jī)依靠螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力，這種撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)利用風(fēng)葉公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)結(jié)合的方法，采用兩邊對(duì)稱的雙互作用，結(jié)合向下?lián)湟恚瑑山M風(fēng)葉框架輪成對(duì)地兩邊分置，由風(fēng)葉框架輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)風(fēng)葉運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)風(fēng)葉運(yùn)轉(zhuǎn)至兩邊時(shí)風(fēng)葉與水平面平行達(dá)到向下?lián)湟懋a(chǎn)生升力，風(fēng)葉運(yùn)轉(zhuǎn)中間部位時(shí)風(fēng)葉與水平面垂直達(dá)到旋轉(zhuǎn)回升，然后重復(fù)撲翼、回升。撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)研究已有百多年，至今未能解決，相信利用風(fēng)葉自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)結(jié)合的方法有望起到良好的開端。
這種撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)其風(fēng)葉(也就是其機(jī)翼)轉(zhuǎn)速相對(duì)較慢，但是其機(jī)翼表面積很大，可以認(rèn)為其機(jī)體的主體表面積就在于機(jī)翼，這種特點(diǎn)極其有利于在撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)的機(jī)翼表面廣泛設(shè)置太陽能電池板，并且能在機(jī)翼的正反兩面設(shè)置(撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)的機(jī)翼是正反兩面交替向上或向下)，利用太陽能電源當(dāng)撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)時(shí)就可以長時(shí)間地在空中停留，使用這種技術(shù)可以使撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)制作得很小很輕，非常適合軍用無人偵察機(jī)，這種無人偵察機(jī)空中停留時(shí)間長，偵察地域廣，而且不易被敵方所發(fā)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的安裝也可以有多種選擇，其一，直接設(shè)置在公轉(zhuǎn)軸部位，或者設(shè)置在自轉(zhuǎn)軸部位，或設(shè)置在機(jī)身發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)。利用齒輪、鏈條等方式傳動(dòng)。其二，所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別設(shè)置在公轉(zhuǎn)軸部位和所有自轉(zhuǎn)軸部位，所有的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和規(guī)律按照前文對(duì)風(fēng)葉自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)相結(jié)合方式的描述運(yùn)行。采用方法可以是異步電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法、采用激光和識(shí)別系統(tǒng)結(jié)合自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的組合(需要在原風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)動(dòng)力傳動(dòng)齒輪部位打上識(shí)別標(biāo)志)，這些內(nèi)容在教科書或公知技術(shù)范圍內(nèi)可以解決，如果再結(jié)合微電腦控制，可以得到更好的運(yùn)轉(zhuǎn)性能。
這種直升機(jī)的機(jī)翼表面廣泛設(shè)置太陽能電池板的技術(shù)也可以結(jié)合在風(fēng)力發(fā)電裝置上面，當(dāng)風(fēng)電裝置風(fēng)葉的表面設(shè)置有太陽能電池板時(shí)，利用電刷把太陽能電流引流下來，可以同時(shí)起到對(duì)風(fēng)能和太陽能發(fā)電的雙重利用。
這種撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)，當(dāng)不作為直升機(jī)使用時(shí)，還可以將飛機(jī)豎起來迎著風(fēng)向，就變成自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)結(jié)合的風(fēng)電裝置。
權(quán)利要求
1.一種垂直軸，風(fēng)葉自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)相結(jié)合的風(fēng)電裝置，包括風(fēng)葉、風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸、風(fēng)葉框架輪、風(fēng)葉框架輪中間的風(fēng)葉公轉(zhuǎn)軸，其特征在于所述風(fēng)電裝置的風(fēng)向舵或偏航系統(tǒng)裝置連接風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)，風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)外緣有齒，或風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)上設(shè)置有動(dòng)力傳動(dòng)齒輪；所述風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸下端設(shè)置有風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸齒輪；所述風(fēng)電裝置的風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)或動(dòng)力傳動(dòng)齒輪之間設(shè)置有同方向轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力傳動(dòng)裝置；所述風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸齒輪與風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)動(dòng)力傳動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速比為1比2，當(dāng)在風(fēng)向確定環(huán)境時(shí)，可以沒有舵葉部分或偏航系統(tǒng)裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)電裝置，其特征在于所述動(dòng)力傳動(dòng)裝置是齒輪傳動(dòng)組合裝置，或鏈條傳動(dòng)組合裝置，或環(huán)狀齒形皮帶傳動(dòng)組合裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)電裝置，其特征在于所述風(fēng)電裝置的風(fēng)葉公轉(zhuǎn)軸垂直于風(fēng)向且平行于水平面。
4.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)電裝置，其特征在于所述風(fēng)電裝置風(fēng)葉的表面設(shè)置有太陽能電池板。
5.一種撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)，具有權(quán)利要求1或2或3或4所述的特征部分。
6.如權(quán)利要求5所述的撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)，其特征在于所述的撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)置在公轉(zhuǎn)軸部位，或設(shè)置在自轉(zhuǎn)軸部位，或設(shè)置在機(jī)身發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)。
7.一種關(guān)于風(fēng)葉自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)相結(jié)合的風(fēng)電裝置或撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)風(fēng)葉自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)結(jié)合運(yùn)轉(zhuǎn)的方法，其特征在于a.所述風(fēng)葉自轉(zhuǎn)是風(fēng)葉相對(duì)于風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸中心軸線的連續(xù)圓周運(yùn)動(dòng)，所述風(fēng)葉公轉(zhuǎn)是指風(fēng)葉帶動(dòng)風(fēng)葉框架輪相對(duì)于風(fēng)葉公轉(zhuǎn)軸中心軸線的連續(xù)圓周運(yùn)動(dòng)；b.所述的風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸與風(fēng)葉公轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向相反；c.所述風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸與風(fēng)葉公轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速比為1比2；d.所述的風(fēng)葉在安裝或開始工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有各自的初始相位角。
8.一種撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)，其特征在于所述撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)的風(fēng)葉表面設(shè)置有太陽能電池板，所述的撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)。所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別設(shè)置在公轉(zhuǎn)軸部位和所有自轉(zhuǎn)軸部位，所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和規(guī)律如權(quán)利要求7所述的方法。
9.一種動(dòng)力輸出裝置或動(dòng)力使用裝置，具有權(quán)利要求1或3或7所述的特征部分，當(dāng)在流向確定環(huán)境時(shí)，可以沒有舵葉部分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風(fēng)葉自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)結(jié)合的風(fēng)電裝置撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)及其方法，旨在提供一種通過風(fēng)葉自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)以提高風(fēng)葉的受風(fēng)運(yùn)轉(zhuǎn)效果和增強(qiáng)其輸出功率的風(fēng)力發(fā)電裝置，并且對(duì)撲轉(zhuǎn)翼直升機(jī)的研究提供了一種新的方向。其技術(shù)要點(diǎn)是所述風(fēng)力發(fā)電裝置設(shè)置有風(fēng)向舵或偏航系統(tǒng)裝置，風(fēng)向舵連接風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)，風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)外緣有齒，或風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)上設(shè)置有動(dòng)力傳動(dòng)齒輪；所述風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸下端設(shè)置有風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸齒輪；所述風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)之間設(shè)置有同方向轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力傳動(dòng)裝置；所述風(fēng)葉自轉(zhuǎn)軸齒輪與風(fēng)向舵旋轉(zhuǎn)環(huán)動(dòng)力傳動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速比為1比2。本發(fā)明適用于風(fēng)力發(fā)電裝置或水力發(fā)電裝置的葉輪和撲轉(zhuǎn)翼飛行器的原地升空。
文檔編號(hào)F03D9/00GK1693700SQ20051007459
公開日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2005年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月16日
發(fā)明者俞嘉華, 俞霽, 何敏捷, 陳瑜, 李琳, 邱小真 申請(qǐng)人:俞嘉華