[发明专利]风力飞行器

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力应用设备领域

背景技术

本发明是在实用新型风力飞行器(授权公告号：CN2730751Y)的基础上，经过进一步实验研究和分析，从新提出的发明专利。

风能是清洁的可再生能源，高空风能更是十分丰富的能源资源。为了开发陆地和海洋上的风能，人们已经做出了巨大的努力，也取得了很大的成绩。然而，对于高空风能，涉足的还不多，也还没有实际可用的风力发电设备。本发明力图在这一领域作出探索，用风力飞行器作为高效率的，低成本的，结构简单的获取高空风能的风力发电设备，力图发展高空风能的风力发电。

所述风力飞行器还可以添加动力开发成载人飞行器，克服现有飞行器结构复杂，效率低，使用不方便……等缺欠，提高飞行器的安全性、可控制性……。

发明内容

一、风力飞行器结构

风力飞行器由支架、叶桨、叶桨头、转轴等几部分组成。2～4个叶桨均匀分布在转轴周围。叶桨横截面的翼型为带弯度的机翼型，叶桨斜向固定在支架上，其倾斜角度(α)可调。支架中间固定飞行器转轴，转轴与支架垂直。叶桨通过叶桨头安装在支架上，叶槳头可调节叶桨的倾斜度(α)、偏心度(β)、攻角(γ)。叶桨偏心度转轴在支架上的固定点，在飞行器转轴径向上与转轴有一定距离，叶桨在支架平面内沿其转轴旋转时，就使叶桨的压力线与飞行器转轴有一定偏离，此偏离的大小与其最大偏离的比值，定义为偏心度(β)。偏心度(β)的大小与叶桨受到风力作用时产生的启动转矩的大小有关，偏心度(β)大，产生的启动转矩就大。叶桨的展向相对于飞行器转轴有一定倾斜度(α)。这一倾斜度(α)和偏心度(β)共同作用的结果就使叶桨旋转起来以后所产生升力的垂直分力供飞行器上升，而使升力的水平方向分力，推动叶桨旋转。

翼型弦线与气流方向的夹角定义为叶桨攻角(γ)，其处在与叶桨压力中心线垂直的平面内，其大小可根据环境条件、飞行器转速等通过叶桨头上攻角(γ)转轴调节。

为使旋转力矩平衡，可将旋转方向相反的两个风力飞行器的转轴用连杆连接起来形成一组，从而使整个装置受到的转矩平衡。

风轮转轴下方可安装发电机或者电动机，风力大时风力飞行器做风车使用进行风力发电；风力小时则由电动机提供动力使风力飞行器叶桨旋转产生升力，从而使飞行器悬停或上升。

二、工作原理

风力飞行器在静态时，因为叶桨斜向固定在支架上且有一定偏心度(β)，其两表面对风产生的阻力大小不同，就产生了启动力矩使飞行器旋转。

飞行器旋转起来以后，因为风力飞行器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。因为叶桨是倾斜的，那么升力就被分解成平行于支架的分力和垂直于支架的分力。垂直于支架的分力使飞行器上升；平行于支架的分力，由于叶桨的受力面法线方向与飞行器转轴有一定偏心度(β)，就会产生使支架旋转的力矩，从而加快飞行器旋转。飞行器旋转的加快，使升力增加，又促使旋转的力矩增大……，这样就形成了正反馈，提高了飞行器效率。

当飞行器升入高空以后，由于高空的风力较大，风力飞行器就可以做风车使用，用发电机发电了，发出的电力再通过电缆输回地面。

这里需要指出的是，1、因电动机使单个飞行器叶桨旋转时，在反作用力的作用下，电动机将向反方向旋转，所以需要将旋转方向相反的两个风力飞行器联合起来使用，将其转轴用连杆连接起来，使整个装置所受到的旋转力矩平衡。2、如希望增加功率，一要增加叶桨的长度、宽度，二要减轻飞行器的重量。3、叶桨的倾斜角度(α)、偏心度(β)、攻角(γ)，对飞行器的效率，影响很大，需要精心的设计和调整。4、影响风力飞行器升空的关键因素是动力、重量、效率。所以，飞行器的叶桨要足够大，所用材料要轻，飞行效率要高。5、风力飞行器做立轴风车使用时，倾斜角度(α)为45度～60度比较合适；而作为飞行器使用时，倾斜角度(α)为30度～45度比较合适。

三、装置特点

1、由于风力飞行器的特殊结构，当其叶桨旋转起来以后，便把所受到的风力转换成了升力，又把升力分解成了垂直分力和水平分力，垂直分力使飞行器上升；水平分力使叶桨加速旋转。

风力飞行器无风向限制，只要是水平方向和竖直向上的风，飞行器都会旋转和上升。

2、结构简单，效率高，安全性、可控制性强。

3、叶桨的倾斜角度(α)、偏心度(β)、攻角(γ)均可通过叶桨头调节。

四、应用

1、可做风车使用，既可以安装成水平轴，也可以安装成垂直轴；