基于Weis--Fogh效應(yīng)的復(fù)合翼葉柵型波浪能發(fā)電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及海洋能源開發(fā)利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于Weis--Fogh效
[0002]應(yīng)的復(fù)合翼葉柵型波浪能發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]作為一種清潔的可再生能源，波浪能具有分布廣闊、能量密度大的優(yōu)點(diǎn)。但現(xiàn)有波浪能發(fā)電裝置的發(fā)電效率普遍較低，尤其體現(xiàn)在能量一次轉(zhuǎn)換效率低；大多數(shù)裝置采用能量多級轉(zhuǎn)換的方式進(jìn)行發(fā)電，但中間轉(zhuǎn)換損耗較大，影響整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率；同時，對于波浪能量為實(shí)現(xiàn)充分利用，大都為小型功率輸出。部分大功率輸出裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，對于地形、波浪等要求較高。
[0004]Weis—Fogh效應(yīng)是由一位英國生物學(xué)家Weis—Fogh發(fā)現(xiàn)臺灣小黃蜂在飛行過程中采用了一種特殊的振翅方式“振翅拍擊和揮擺急動”，認(rèn)為這種特別的振翅方式與瞬時產(chǎn)生高升力有關(guān)。學(xué)術(shù)界將這種產(chǎn)生升力的機(jī)制命名為Weis-Fogh效應(yīng)。Weis-Fogh機(jī)構(gòu)起源于上個世紀(jì)七十年代，是一種模擬黃蜂飛行的升力裝置，這種機(jī)構(gòu)不僅能產(chǎn)生更大的升力，而且能瞬時產(chǎn)生升力，不像普通翼那樣產(chǎn)生升力時存在Wagner效應(yīng)(即升力產(chǎn)生的滯后現(xiàn)象)，且不違反開爾文定理，具有極好的機(jī)動性和啟動性。
[0005]如圖1所示，Weis-Fogh機(jī)構(gòu)簡化成圖示結(jié)構(gòu)，兩翼板拍擊閉合時(圖1 (a))翼弦處于垂直方向；然后繞共同的根部以角速度Ω旋轉(zhuǎn)張開(圖1(b))，兩翼間形成空隙，迫使周圍流體充填該空隙，由于流體不可壓縮，當(dāng)張開角很小時，流體充填空隙的速度非常高，造成機(jī)翼上下表面巨大壓力差。當(dāng)半張開角度約為60°時(圖1(c))，兩翼以速度V分開(圖1(d))。當(dāng)兩翼旋轉(zhuǎn)張開時，流體進(jìn)入兩翼之間的空隙，同時產(chǎn)生大小相等，方向相反的速度環(huán)量Γ，并不違背總環(huán)量保持為零的開爾文定理"因此，當(dāng)兩板分開時，每一翼板將立即獲得流體升力L=p Γ V的作用力。其中P為流體密度，故不存在由下泄渦引起的升力滯后現(xiàn)象。當(dāng)Weis-Fogh機(jī)構(gòu)閉合時，兩翼對空隙間的流體產(chǎn)生壓力，迫使流體流出空隙。與張開時類似，當(dāng)張開角很小時，流體流出空隙的速度非常高，造成機(jī)翼上下表面巨大壓力差，進(jìn)而產(chǎn)生瞬態(tài)較高升力。
[0006]如圖2所示，為單翼葉柵型Weis-Fogh機(jī)構(gòu)簡化模型。圖(a)張開運(yùn)動開始狀態(tài)，每個Weis-Fogh機(jī)構(gòu)由兩個平板組成，且平行于來流速度u (來流方向自右向左)，翼端點(diǎn)以Bn表示，翼根點(diǎn)以A n表示，n=l，2，3...。翼端點(diǎn)張開，任何相鄰兩端點(diǎn)都作相反方向運(yùn)動，直到相遇為止。圖(b)為張開運(yùn)動結(jié)束和閉合運(yùn)動開始狀態(tài)，該狀態(tài)翼端ABn不動，相鄰兩翼根點(diǎn)作相反方向運(yùn)動，直到相遇為止。圖(C)為閉合運(yùn)動結(jié)束和張開運(yùn)動開始狀態(tài)，此狀態(tài)相鄰兩翼端點(diǎn)作張開運(yùn)動，直至相遇為止。圖(d)為張開運(yùn)動結(jié)束，閉合運(yùn)動開始狀態(tài)。經(jīng)過這4個階段的運(yùn)動，機(jī)翼恢復(fù)到初始運(yùn)動位置，然后重復(fù)上面4個階段的張開和閉合運(yùn)動。
[0007]如圖3所示為復(fù)合翼葉柵型Weis-Fogh機(jī)構(gòu)簡化模型示意圖。圖中A、B、C三個復(fù)合翼并行排列構(gòu)成葉柵，同一時刻每個復(fù)合翼的運(yùn)動狀態(tài)相同。每個復(fù)合翼由三個葉片組成，葉片之間能進(jìn)行相對運(yùn)動，當(dāng)葉片不在一條直線時，復(fù)合翼具有拱度，當(dāng)復(fù)合翼張開時，葉片是一個接一個張開的。
[0008]圖3中(A)為第一個葉片張開狀態(tài)，此時第一個葉片繞第二個葉片旋轉(zhuǎn)張開，其他葉片不轉(zhuǎn)動；圖(B)為第二個葉片張開狀態(tài)，此時第二個葉片繞第三個葉片旋轉(zhuǎn)張開，第三個葉片不轉(zhuǎn)動，第一個葉片與第二個葉片作相對運(yùn)動；圖(C)為第三個葉片張開狀態(tài)，此時第二個葉片與第三個葉片作相對運(yùn)動，同時，第一個葉片與第二個葉片也繼續(xù)作相對運(yùn)動。每一個葉片張開，就形成一次Weis—Fogh效應(yīng)。
[0009]Weis-Fogh效應(yīng)目前主要在新型船舶推進(jìn)裝置與船舶零航速減搖上有一定研宄，國內(nèi)哈爾濱工程大學(xué)的金鴻章，在中國國家科學(xué)基金項(xiàng)目(50575048)的資助下設(shè)計(jì)出零航速減搖鰭，一項(xiàng)法國專利N0.1418806，Oct.18，1965和一項(xiàng)美國專利N0.3307358，Mar.7，1967提出了一種用于泵水或用于船舶推進(jìn)的新裝置，其工作原理與Weis-Fogh效應(yīng)類似。同時Weis—Fogh效應(yīng)在飛行器用推進(jìn)裝置(中國專利:CN101249889)、容積式泵(中國專利:CN201090437)也有一定研宄。但Weis—Fogh效應(yīng)在波浪能發(fā)電領(lǐng)域的研宄與應(yīng)用仍為空白。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足提供一種能提高波浪能的轉(zhuǎn)換效率的基于Weis--Fogh效應(yīng)的復(fù)合翼葉柵型波浪能發(fā)電裝置。
[0011]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為:基于Weis--Fogh效應(yīng)的復(fù)合翼葉柵型波浪能發(fā)電裝置，其特征在于，它包括箱體，在箱體的上部設(shè)置有發(fā)電模塊，在箱體的下部設(shè)置有復(fù)合翼，在復(fù)合翼上設(shè)置有連接軸與發(fā)電模塊相連。
[0012]按上述技術(shù)方案，所述復(fù)合翼為兩個以上的葉片依次相連而成。
[0013]按上述技術(shù)方案，沿箱體長度方向布置有多個并排設(shè)置的復(fù)合翼，多個并排設(shè)置的復(fù)合翼構(gòu)成葉柵結(jié)構(gòu)。
[0014]按上述技術(shù)方案，所述發(fā)電模塊密封設(shè)置在箱體的上部，箱體的下部為前后側(cè)面鏤空的中通狀。
[0015]本實(shí)用新型所取得的有益效果為:
[0016]1、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，利用Weis—Fogh效應(yīng)可以瞬態(tài)產(chǎn)生高升力的特點(diǎn)來進(jìn)行波浪能發(fā)電，避免了因?yàn)樯Ξa(chǎn)生滯后而帶來的能量損耗，而且本實(shí)用新型僅含有兩級能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，中間不依賴機(jī)械或液壓轉(zhuǎn)換裝置，提高了波浪能的一次轉(zhuǎn)換效率；2、利用復(fù)合翼在一個波浪周期內(nèi)產(chǎn)生多次Weis—Fogh效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對波浪能的高效收集；3、并排設(shè)置多個復(fù)合翼組成葉柵結(jié)構(gòu)進(jìn)而產(chǎn)生葉柵效應(yīng)，能充分利用波浪能量，從而實(shí)現(xiàn)大功率的輸出。
【附圖說明】
[0017]圖1為Weis--Fogh機(jī)構(gòu)簡化模型圖。
[0018]圖2為單翼葉柵型Weis—Fogh機(jī)構(gòu)簡化模型示意圖。
[0019]圖3為復(fù)合翼葉柵型Weis—Fogh機(jī)構(gòu)簡化模型示意圖。
[0020]圖4為本實(shí)用新型的側(cè)視圖。
[0021]圖5為本實(shí)用新型的立體結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0023]如圖1所示，本實(shí)施例提供了一種基于Weis-Fogh效應(yīng)的復(fù)合翼葉柵型波浪能發(fā)電裝置，它包括基座3、固定在基座3上的方形箱體1，在箱體I的上部密封設(shè)置有發(fā)電模塊，箱體的下部為前后兩側(cè)面鏤空的中通狀，在箱體的下部設(shè)置有復(fù)合翼，所述復(fù)合翼為兩個以上的葉片2依次鉸接而成。在每個復(fù)合翼中的第一葉片和最后一個葉片上均設(shè)置有連接軸4與發(fā)電模塊連接。
[0024]其中，發(fā)電模塊包括直線發(fā)電機(jī)5、蓄電池或者電網(wǎng)，發(fā)電機(jī)5 —端與連接軸4相連，另一端與蓄電池相連，發(fā)電模塊所發(fā)出的來的電能可以直接存儲在蓄電池中或者經(jīng)過電能轉(zhuǎn)換并入電網(wǎng)中。
[0025]本實(shí)施例中，為了獲得更多的電能，達(dá)到大功率的輸出，沿箱體長度方向布置有多個并排設(shè)置的復(fù)合翼，多個并排設(shè)置的復(fù)合翼構(gòu)成葉柵結(jié)構(gòu)。
[0026]本實(shí)用新型的工作過程為:流體沿箱體下部敞開的側(cè)面進(jìn)入和流出，盒體內(nèi)多個復(fù)合翼作為受波體，使得復(fù)合翼中每一個葉片依次完成張開一一上行一一閉合；張開一一下行一一閉合的運(yùn)動，進(jìn)而形成Weis-Fogh效應(yīng)，產(chǎn)生升力直接作用于整個復(fù)合翼上；整個復(fù)合翼進(jìn)一步推動與前、后兩葉片相連的連接軸4上下往復(fù)運(yùn)動，這樣上下往復(fù)運(yùn)動的連接軸4就帶動直線發(fā)電機(jī)5的動子上下往復(fù)運(yùn)動，在磁場中切割磁感線，最終產(chǎn)生電能輸出。而采用多個復(fù)合翼并排布置，可以組成葉柵結(jié)構(gòu)進(jìn)而產(chǎn)生葉柵效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對波浪能更大程度的收集利用，從而獲得更多電能，達(dá)到大功率的輸出。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于Weis--Fogh效應(yīng)的復(fù)合翼葉柵型波浪能發(fā)電裝置，其特征在于，它包括箱體，在箱體的上部設(shè)置有發(fā)電模塊，在箱體的下部設(shè)置有復(fù)合翼，在復(fù)合翼上設(shè)置有連接軸與發(fā)電模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Weis-Fogh效應(yīng)的復(fù)合翼葉柵型波浪能發(fā)電裝置，其特征在于，所述復(fù)合翼由兩個以上的葉片依次相連而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Weis-Fogh效應(yīng)的復(fù)合翼葉柵型波浪能發(fā)電裝置，其特征在于，沿箱體長度方向布置有多個并排設(shè)置的復(fù)合翼，多個并排設(shè)置的復(fù)合翼構(gòu)成葉柵結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于Weis-Fogh效應(yīng)的復(fù)合翼葉柵型波浪能發(fā)電裝置，其特征在于，在每個復(fù)合翼中的第一葉片和最后一個葉片上均設(shè)置有連接軸與發(fā)電模塊連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于Weis-Fogh效應(yīng)的復(fù)合翼葉柵型波浪能發(fā)電裝置，其特征在于，發(fā)電模塊包括直線發(fā)電機(jī)、蓄電池或者電網(wǎng)，發(fā)電機(jī)一端與連接軸相連，另一端與蓄電池相連或經(jīng)過電能轉(zhuǎn)換并入電網(wǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于Weis-Fogh效應(yīng)的復(fù)合翼葉柵型波浪能發(fā)電裝置，其特征在于，所述發(fā)電模塊密封設(shè)置在箱體的上部，箱體的下部為前后側(cè)面鏤空的中通狀。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于Weis--Fogh效應(yīng)的復(fù)合翼葉柵型波浪能發(fā)電裝置，其特征在于，它包括箱體，在箱體的上部設(shè)置有發(fā)電模塊，在箱體的下部設(shè)置有復(fù)合翼，在復(fù)合翼上設(shè)置有連接軸與發(fā)電模塊相連。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，利用Weis--Fogh效應(yīng)可以瞬態(tài)產(chǎn)生高升力的特點(diǎn)來進(jìn)行波浪能發(fā)電，避免了因?yàn)樯Ξa(chǎn)生滯后而帶來的能量損耗，而且本實(shí)用新型僅含有兩級能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，中間不依賴機(jī)械或液壓轉(zhuǎn)換裝置，提高了波浪能的一次轉(zhuǎn)換效率。
【IPC分類】F03B13-14
【公開號】CN204493068
【申請?zhí)枴緾N201520089764
【發(fā)明人】楊琨, 曠權(quán), 李陽, 王彥超, 陳新, 王松波, 葉云凌
【申請人】武漢理工大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年2月9日