(57)【要約】【課題】風車ローターのブレードにフラップを設け、高速形風車においては、極低速駆動時の揚力を増大し、失速を防止して起動性と駆動効率とを向上し、強風時はフラップの抗力による制動作用により、必要以上の過大な周速を抑えてブレードの破損を防止し、低速形風車においては、ブレード受風面の受風抗力とフラップ背位よりの抗力とを受け、外側への反り面においては、フラップの後流により、該反り面に沿う流れの剥離を抑えて抗力を抑制し、双方のブレードの抗力の差を増幅してローターの駆動トルク及び駆動効率の向上を図ることとする。【解決手段】風車ローター（１）におけるブレード（２）の弦長（ｌ）のほぼ２割の幅員（０．２ｌ）を有し、同ブレードの受風面（２ｂ）の後縁（Ｔ．Ｅ．）付近に沿い、該受風面側への傾斜度角（θ）をほぼ４５〜６０度に設定し、庇状に傾設してなるフラップ（３）を具備している。【選択図】  図１
2004183640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車ローターにおけるブレード弦長のほぼ２割の幅員を有し、同ブレードの受風面後縁付近に沿い、該受風面側への傾斜度角をほぼ４５〜６０度に設定し、庇状に傾設してなるフラップを具備する風車ブレード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力発電及び風力利用に適用される風車のローターにおけるブレードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、風力発電及び風力利用に適用される風車は、構造上プロペラ形、オランダ形、多翼形やセイルウイング形などの水平軸形風車と、サボニウス形、ダリウス形、クロスフロー形やジャイロミル形などの垂直軸形風車とに大別され、特性上はローターの外径ブレード先端の周速と自然風速との比、即ち周速比（ＴｉｐＳｐｅｅｄ  Ｒａｔｉｏ；Ｔ．Ｓ．Ｒ．と略称する）、受風時ブレードに生じる揚力と抗力との比、即ちブレードの揚抗比やブレードの回転に占める面積とブレードの実面積との比、即ちソリディティ（Ｓｏｌｉｄｉｔｙ）などの特性値により相違を生じ、高速形風車と低速形風車に大別され、一般に、高速形風車は高速・低トルク形であって、高速駆動効率が高いが低速効率及びトルクが低く低風速において失速傾向があって起動性が低速風車より劣り、低速形風車は低速・高トルク形であって低速起動性がよく、低速駆動トルクが大きいが、自然風力及び周速比が増大すると、ブレードまわりの不連続流れにより渦発生が顕著になり、従ってブレードの抵抗を増大し、駆動トルクが減少して回転速度及び周速比が低位に抑えられ、高速形風車より回転速度が遅く、駆動効率が低い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術で述べたように、高速風車と低速風車との対照的特性は、上記周速比、ブレードの揚抗比やブレードのソリディティなどの特性値により相違を生じており、高速風車は揚力駆動形ブレードによるものが多く周速比が４〜１０に達し、強風時の回転速度が過大になり振動・騒音ならびに遠心力による破損の虞れがあり、極低速駆動時には、出力低下と失速の傾向があって、低速起動性が劣る問題があり、低速風車は、ソリディティの大きい抗力駆動形ブレードによるものが多く、低速トルクは大きいが、高速側駆動時には、ブレードまわりの不連続流れによる渦発生に伴う抵抗増加傾向により駆動トルクが減少し回転速度と周速比が抑えられ、駆動効率が高速風車より劣る問題がある。
【０００４】
本発明は、従来の技術におけるこのような問題点に鑑みてなされものであり、その目的とするところは、風車ローターのブレードにフラップを設け、高速形風車においては、極低速駆動時の揚力を増大し、失速を防止して起動性と駆動効率とを向上し、強風時はフラップの抗力による制動作用により、必要以上の過大な周速を抑えてブレードの破損を防止し、低速形風車においては、ブレード受風面の受風抗力とフラップ背位よりの抗力とを受け、外側への反り面においては、フラップの後流により、該反り面に沿う流れの剥離を抑えて抗力を抑制し、双方のブレードの抗力の差を増幅してローターの駆動トルク及び駆動効率の向上を図ることとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のフラップを具備する風車ブレードは、風車ローターにおけるブレード弦長のほぼ２割の幅員を有し、同ブレードの受風面後縁付近に沿い、該受風面側への傾斜度角をほぼ４５〜６０度に設定し、庇状に傾設してなるフラップを具備するものとする。
【０００６】
対象とする上記風車ローターは、構造上水平軸形、垂直軸形、また、特性上高速形、低速形の何れにも適用される。
【０００７】
上記フラップは、通常の航空機における単純フラップ（普通フラップとも呼ぶ）及びスプリットフラップ（開きフラップとも呼ぶ）に類似するものを適用する。
【０００８】
上記のように構成されたフラップを具備する風車ブレードは、ブレードの前縁（Ｌｅａｄｉｎｇ  Ｅｄｇｅ；Ｌ．Ｅ．と略称する）とフラップ後縁（Ｔｒａｉｌｉｎｇ  Ｅｄｇｅ；Ｔ．Ｅ．と略称する）との間の平均矢高に相当するキャンバーライン（仮想キャンバーとも呼ぶ）が、フラップを具備しないブレードより深い反りになっており、水平軸形の高速形風車、例えばプロペラ形風車においては、起動前の低風速のとき、ブレードの前縁における回転進行方向への対向風力はなく、自然風力をブレードの前縁とフラップ後縁との間の受風面に受け、該受風面への風圧と、受風面より背後へのの流れが、該前後縁両端より偏向して乱流を生じ、同両端から外側へ逸れて流れる、所謂、不連続流れの後流に生じる顕著な渦流とともに受風抗力を生じ、該抗力は、フラップを具備しないブレードの受ける抗力より倍増し、ローターは該抗力の回転方向分力により初期駆動トルク、即ち、起動トルクを得て、所謂、抗力形駆動により容易に起動し、自然風力とブレードの前縁における回転進行方向への対向風力との合成風力、即ち、相対風力と共にローター回転速度が漸次逓増すると、ブレードへの該相対風力により、フラップを具備しないブレードの揚力のほぼ１．５〜１．７倍の高揚力が得られ、抗力との合力の回転方向分力により駆動トルクを得て低速駆動においても駆動効率を向上し、所謂、揚力形駆動に移行し、さらに、漸次風速ないし相対風速とともに周速比を逓増し、必要以上の高速駆動になると、相対風とブレード弦線とのなす角度、即ち、相対風迎角が小さくなって、揚力及び揚抗比を減じ、揚力より抗力の影響が顕著になり、フラップは、所謂、スポイラー状の制動作用により、抗力を増幅し、ローターの駆動トルクと回転速度の増加が抑えられることとなる。
【０００９】
そして、垂直軸形風車の高速形風車、例えば直線翼型風車においては、ブレードの翼型は、一般に、対称翼型ないし対称翼型に近い翼型が適用されており、起動前の低速風力においては、ブレードの前縁における進行方向の対向風はなく、自然風力に正対するブレード面と、ローター軸に関し対称側のブレード面との受風抗力の回転方向への分力は小さく、互いにほぼ相殺されるが、自然風力をブレードの後縁より受風面に受ける追い風側半面と、ブレード前縁より受ける向かい風側半面との両面において、それぞれ受風し、前者の追い風側半面においては、フラップ背位より受風することとなり、該背位の鋭い端縁より、ローター外側へ逸れて流れる偏流、所謂、不連続流れに伴い、顕著な渦流を発生し、ローター回転方向へ受風抗力を生じ、該抗力は、ブレードにフラップを具備しない場合の追い風による抗力より２〜３割増しとなり、また、後者の向かい風側半面においては、ブレードの前縁より同面に沿う境界層の流れが、フラップ傾斜面の偏流によりブレード面寄りに誘導されて、同面より剥離することなく、ブレードに揚力と抗力とを生じ、該揚力・抗力の合力の回転方向への分力は、自然風力の風向に対するブレードの回転位置によっては、回転方向とは逆向き、即ち、負の値になるところがあるが、複数のブレードを具備するローター全体としては、回転方向への分力の総和は正の値となり、ローターの初期駆動トルク、即ち、起動トルクを得て、所謂、抗力形駆動により起動し、漸次自然風力と共にローター周速比が逓増すると、ブレード前縁とフラップ後縁との間に反りの深い仮想キャンバーを形成する受風面へ、相対風力を受け、受風面が自然風力に正対するローター前半面においては、ブレードの揚力面に沿う境界層における流れがフラップ面に沿う後流に導かれて剥離することなく、フラップを具備しないブレードの揚力より、ほぼ１．５〜１．７倍の高揚力が得られ、揚力と抗力の合力の回転方向への分力を生じ、また、ローターの風下側半面においては、仮想キャンバーが上記と逆向きの反りになって揚力が低下し、揚力と抗力との合力は低下するが、該合力は回転方向への分力を生じ、ローター全体の、揚力・抗力合力の回転方向への分力の総和による駆動トルクは、フラップを具備しないブレードの場合の駆動トルクより倍増し、所謂、揚力形駆動に移行して駆動効率を向上し、さらに、自然風力と周速比とが必要以上に過大になると、相対風迎角が小さくなって揚力及び揚抗比が減少し、揚力より抗力の影響が顕著になり、フラップはスポイラー状の制動作用により抗力を増幅し、揚力を減少してローターの駆動トルク及び回転速度の増加が抑えられることとなる。
【００１０】
また、垂直軸形風車の低速形風車、例えばサボニウス形風車のローターにおいては、起動前の低風速の自然風力はローター正面よりブレードの半円筒状の凹面側と凸面側との両側へ分流し、自然風力に正対する凸面側の受風の、ほぼ半分が凹面側へ合流するため、凹面側への分流は、凸面側への分流の、ほぼ２倍となり、凹面側分流のうち、ローター内側への流れは、受風面において抗力を受け、ローター外側への流れは、該凹面後縁とフラップ背位との間に滞流して偏向するとき、小渦流を生じ、ローター外側へ逸れて流れる不連続流れの後流に顕著な渦流を伴い、ローター回転方向への受風抗力を生じ、該抗力、即ち、抵抗の実効値と理論値との比としての抵抗係数は、フラップを具備しない凹面の受風の場合より２〜３割増しとなり、他方、凸面側方への分流は、凸面に沿う境界層の流れが、フラップの傾斜面への偏流により凸面寄りに導かれて剥離が抑制され、後流に渦流を拡大することなく、同面における抵抗は、フラップを具備しないブレード凸面受風の流れが剥離を伴う場合の抵抗の数割減となり、従って、凹面側の受風抗力は、凸面側の受風抗力の２倍を超え、双方の抗力差と回転半径の積としての駆動トルク、即ち、起動トルクにより、容易に起動して抗力形駆動を継続し、漸次自然風力が逓増すると、ローター周速比と駆動トルクとを逓増し、周速比が０．５と１の間において、出力トルクの実効値と理論値との比、即ち、トルク係数の最大値として、ほぼ０．２〜０．４に達して抗力形駆動を続け、さらに、周速比が逓増して１．５に近づくと、ブレードとフラップとの抗力の影響が顕著になり、トルク係数は最大値より逓減して０に近づき、ローターの駆動トルク及び回転速度の増加が抑えられることとなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説明すると、風車ローター（１）におけるブレード（２）の弦長（ｌ）のほぼ２割の幅員（０．２ｌ）を有し、同ブレードの受風面（２ｂ）の後縁（Ｔ．Ｅ．）付近に沿い、該受風面側への傾斜度角（θ）をほぼ４５〜６０度に設定し、庇状に傾設してなるフラップ（３）を具備している。
【００１２】
そして、図１において、プロペラ形風車ローター（１）のローター軸（１ａ）にブレード（２）を放射状に軸支し、該ブレードの受風面（２ｂ）側の後縁（Ｔ．Ｅ．）付近に、ブレードのほぼ全長に亘り、フラップ（３）を、庇状に傾設している。
【００１３】
図２は、上記のフラップとして、単純フラップ（３ａ）を具備するブレードの翼型（２ａ）を示し、ブレードの弦長（ｌ）のほぼ２割の幅員（０．２ｌ）を有し、ブレードの翼型（２ａ）の受風面（２ｂ）側の後縁（Ｔ．Ｅ．）付近に沿い傾斜度角（θ）をほぼ４５〜６０度に設定し、庇状に傾設し、弦長（ｌ）の前縁（Ｌ．Ｅ．）寄りの風圧中心（Ｐ）よりブレードの回転方向への接線（Ｘ軸）、風圧中心（Ｐ）とローター中心とを結ぶ半径線（Ｙ軸）、自然風力（Ｖ）、ブレードの回転速度に対向する対向風力（Ｖｂ）、自然風力（Ｖ）と対向風力（Ｖｂ）との合成風力、即ち、相対風力（Ｖｒ）、該相対風力とＸ軸とのなす相対風迎角（ψ）、相対風力（Ｖｒ）と弦線（ｌ）とのなす迎角（α）、風圧中心（Ｐ）における揚力（Ｌ）と抗力（Ｄ）との合力（Ｆ）のＸ軸方向分力（Ｆｘ）及びＹ軸方向分力（Ｆｙ）を、それぞれ図示しており、Ｘ軸方向分力（Ｆｘ）とローター軸（１ａ）芯より風圧中心（Ｐ）への回転半径（ｒ）との積の、ローター半径（Ｒ）区間の積分値がローターの駆動トルクとなる。
【００１４】
上記揚力（Ｌ）と抗力（Ｄ）との合力（Ｆ）は数１により与えられ、該合力のＸ軸方向分力（Ｆｘ）は、数２により、また、Ｙ軸方向分力（Ｆｙ）は、数３により、それぞれ与えられる。
【００１５】
【数１】
2004183640.tif 000003
【００１６】
【数２】
2004183640.tif 000004
【００１７】
【数３】
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【００１８】
図３においては、図２の単純フラップの代わりに、スプリットフラップ（３ｂ）を具備するブレードの翼型（２ａ）を示している。
【００１９】
そして、上記プロペラ形風車においては、起動前の低風速のとき、ブレード（２）の前縁（Ｌ．Ｅ．）における回転進行方向への対向風力（Ｖｂ）はなく、自然風力（Ｖ）をブレードの前縁（Ｌ．Ｅ．）とフラップ後縁（Ｔ．Ｅ．）との間に深い反りの仮想キャンバーを形成する受風面（２ｂ）に受け、該受風面への風圧が負荷され、受風の流れは、同面の鋭い両端縁から背後へ偏向し、側方へ逸れて流れる不連続流れの後流に生じる顕著な渦流による受風抗力を生じ、該抗力は、フラップを具備しないブレードの受ける抗力より倍増し、該抗力の回転方向分力によりローター（１）は初期駆動トルク、即ち、起動トルクを得て、所謂、抗力形駆動として容易に起動し、自然風力（Ｖ）及び相対風力（Ｖｒ）と共にローター回転速度が漸次逓増すると、ブレード（１）の揚力面の境界層に沿う流れは、フラップの傾斜面に沿う偏流により、揚力面寄りに導かれて剥離を抑制され、従って、高揚力（Ｌ）を生じ、該揚力は、フラップを具備しない場合の揚力のほぼ１．５〜１．７倍となり、該揚力と相対風の風下向きの抗力（Ｄ）との合力（Ｆ）の回転方向分力（Ｆｘ）により駆動トルクを逓増し、揚力形駆動に移行して駆動効率を向上し、更にローター回転速度ないし周速比（λ）を逓増するが、比較的低速駆動においても、同フラップの高揚力作用により低速駆動効率を向上し、さらに、相対風力（Ｖｒ）と共に周速比（λ）が必要以上に過大になると、相対風迎角（ψ）が小さくなって、揚力（Ｌ）及び揚抗比（Ｌ／Ｄ）を減じ、揚力より抗力の影響が顕著になり、フラップ（３）は、所謂、スポイラー状の制動作用により抗力を増幅し、従って、ローター駆動トルクと回転速度の増加が抑えられることとなる。
【００２０】
そして、図４においては、直線翼型風車のローター（１）のローター軸（１ａ）に直線翼型として、一般に、所謂、対称翼型ないし対称に近い翼型を適用するブレード（２）を放射状に立設して軸支し、該ブレードの受風面（２ｂ）側の後縁（Ｔ．Ｅ．）付近に、ブレードのほぼ全長に亘りフラップ（３）を、庇状に傾設している。
【００２１】
図５においては、直線翼型風車のローター（１）の周速比（λ）が２の場合につき、自然風の風上を回転の起点として、０度より反時計回り６０度おき１回転の各回転角度におけるブレードへの相対風力（Ｖｒ）による揚力（Ｌ）、抗力（Ｄ）、揚力と抗力との合力（Ｆ）及び該合力の回転方向、即ち、Ｘ軸方向分力（Ｆｘ）の変動状況を図示している。
【００２２】
図６においては、１２０度位相の３枚ブレードを具備するローターの各ブレードそれぞれにおける、図５の、各回転角位置に対応する上記分力（Ｆｘ）の変動特性曲線（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ）と、該３枚ブレードの分力合計（Σ）の変動特性曲線を示しており、各ブレードの特性曲線において回転角度２４０度付近において一部回転方向に逆向き、即ち、負の分力となるところがあるが、全ブレードの分力合計（Σ）は常に正の値を示し、変動は僅少であって、ローターの駆動トルクは、該分力合計（Σ）とローター半径との積として与えられ、ほぼ円滑な回転が得られており、ブレード枚数を増すことによりローターの駆動トルク変動はさらに低減する。
【００２３】
そして、直線翼型風車においては、起動前の低風力において、ブレード（２）の前縁（Ｌ．Ｅ．）における対向風（Ｖｂ）はなく、自然風力（Ｖ）に正対するブレード面と、ローター軸に関し対称側のブレード面との両面における受風抗力の回転方向分力は小さく、互いにほぼ相殺されるが、自然風力（Ｖ）を後縁（Ｔ．Ｅ．）より受風面（２ｂ）へ受ける追い風側半面と、前縁（Ｌ．Ｅ．）より受ける向かい風側半面とに区別するとき、前者の追い風側半面においては、フラップ背位側とブレードの後縁側よりの受風の流れは、フラップ背位の鋭い端縁に生じる小渦流と偏流により、ローター外側方へ逸れて流れる不連続流れを生じて後流に顕著な渦を伴い、ローター回転方向への受風抗力を受け、該抗力はブレードにフラップを具備しない場合の抗力より２〜３割増しとなり、また、後者の向かい風側半面においては、ブレード面に沿う境界層の流れがフラップ傾斜面への偏流によりブレード面寄りに導かれて、ブレード面より剥離することなく、ブレードの揚力（Ｌ）と相対風の風下方向への抗力（Ｄ）を生じ、該揚力・抗力の合力（Ｆ）の回転方向への分力（Ｆｘ）を生じ、該分力はブレードの回転位置によっては回転方向とは逆向き、即ち、負の値になるところがあるが、複数のブレードを具備するローター全体としては、回転方向分力の総和は正の値となり、ローターの初期駆動トルク、即ち、起動トルクを得て容易に起動し、所謂、抗力形駆動を継続し、自然風力（Ｖ）と共にローター周速比（λ）が逓増すると、自然風力とブレードの回転に対向する対向風力（Ｖｂ）との合成風力、即ち、相対風力（Ｖｒ）を生じ、自然風力（Ｖ）に正対するローター前半面においては、ブレードの前縁（Ｌ．Ｅ．）とフラップ（３）端縁との間に、深い反りの仮想キャンバーを形成する受風面（２ｂ）へ、該相対風力を受け、ブレードの揚力面に沿う境界層における流れが、フラップの傾斜状背面に沿う後流に導かれて剥離することなく、従って、フラップを具備しないブレードの揚力よりほぼ１．５〜１．７倍の高揚力が得られ、揚力（Ｌ）と抗力（Ｄ）との合力（Ｆ）の、回転方向への分力（Ｆｘ）を生じ、また、ローター風下側の後半面においては、仮想キャンバーの反りは、前者の場合と逆に浅くなり、前者より揚力ないし合力が低下するが、該合力の分力は、ローター回転方向へ向かい、ローター全体としては、回転方向への分力の総和による駆動トルクは、フラップを具備しないブレードの場合の駆動トルクより倍増し、所謂、揚力形駆動に移行して駆動効率を向上し、さらに、自然風力（Ｖ）と周速比（λ）とが必要以上に過大になると、相対風迎角（ψ）が小さくなり、揚力（Ｌ）及び揚抗比（Ｌ／Ｄ）が減少し、揚力より抗力の影響が顕著になり、フラップ（３）はスポイラー状の制動作用による抗力を増幅して揚力を減少するため、ローターの回転力及び回転速度の増加が抑えられることとなる。
【００２４】
また、図７及び図８においては、垂直軸・低速形の抗力形形風車としてサボニウス形の風車ローター（１）のローター軸（１ａ）に円筒面形のブレード（２）の凹面側を互いに対向し、巴形に配設して軸支し、該ブレードの弦長（ｌ）のほぼ２割の幅（０．２ｌ）であって、同ブレードの後縁（Ｔ．Ｅ．）付近に沿い凹面側への傾斜角（θ）を、ほぼ４５〜６０度に設定し、庇状に傾設してなるスプリットフラップ（３ｂ）を具備している。
【００２５】
図９において、ほぼ仮想線に示す流れにより、自然風力（Ｖ）に正対するブレードの凸面側において、受風の約半分が、凹面側へ合流することにより、凸面側の分流は、凹面側の分流のほぼ２倍となり、凹面側分流のうち、ローター内側への流れは、該凹面側の受風面（２ａ）において風圧による抗力を受けるとともに、ブレード後縁（Ｔ．Ｅ．）とフラップ（３ｂ）背位との両端縁間の滞流位に小渦流を生じ、該両端縁よりローター外側へ逸れて流れる不連続流れの後流に生じる顕著な渦流により、受風抗力、即ち、抵抗を生じ、該抵抗の実効値（Ｄｅ）と理論値（Ｄｔ）との比、即ち、抵抗係数（Ｄｅ／Ｄｔ、一般にＣＤと呼ばれる）は、フラップを具備しないブレードの凹面の受風抵抗係数より２〜３割増しとなり、また、凸面側の分流においては、同面に沿う境界層の流れが、フラップ後流の小渦流により偏向し、同凸面寄りに導かれて剥離が抑制され、後流に渦流を拡大することなく、抵抗係数は、フラップを具備しない凸面受風の場合の数割減となり、従って、凹面側の受風抗力は凸面両側の抗力の２倍を超え、双方のの抗力差と回転半径の積としての駆動トルク、即ち、起動トルクにより容易に起動し、所謂、抗力形駆動を継続し、漸次自然風力が逓増すると、ローター回転速度及び周速比ならびに駆動トルクを逓増するが、周速比（λ）０．５〜１において、ブレード凸面に沿う境界層の流れは、フラップ後流に誘導されて剥離が抑制され、ローターの駆動トルクの実効値（Ｔｅ）と理論値（Ｔｔ）との比、即ち、トルク係数（Ｔｅ／Ｔｔ、一般にＣＴと呼ばれる）の最大値として、ほぼ０．２〜０．４を維持し、所謂、抗力形駆動を継続して駆動効率を向上し、周速比（λ）が逓増して１．５に近づくに従いブレード及びフラップ自体の抗力の影響が顕著になり、トルク係数は、最大値より逓減して０に近づき、ローターの駆動トルク及び回転速度の増加が抑えられることとなる。
【００２６】
上記各種のフラップを具備する風車ブレードにおいては、構造上の水平軸形、垂直軸形、特性上の高速形、低速形の各種の風車ローターのブレードに適用され、ブレード（２）の受風面後縁（Ｔ．Ｅ．）付近に、該受風面側へ庇状にフラフラップを傾設しているので、起動前の低風速域においては、何れの形式の風車においても、抗力形駆動に始まり、自然風力をブレード前縁とフラップ後縁との間に深い反りの仮想キャンバーを形成する受風面の前後縁より背後への流れが偏向するとき、側方へ逸れる不連続流れの後流に生じる渦流により受風抗力を生じ、該抗力は、フラップを具備しないブレード受ける抗力より２〜３割増しとなり、回転方向の分力により、初期駆動トルク、即ち、起動トルクを得て容易に起動することとなる。
【００２７】
そして、起動後、自然風速が逓増すると、抗力駆動形のブレードは、上記抗力形駆動を継続するが、揚力駆動形のブレードは、風速と共に周速比（λ）が逓増すると、相対風力により、ブレードの揚力面の境界層の流れはフラップの傾斜面に沿う偏向流により揚力面寄りに誘導されて剥離が抑制され、前記のように、高揚力（Ｌ）が得られ、相対風側への抗力（Ｄ）との合力（Ｆ）の回転方向分力（Ｆｘ）により駆動トルクを逓増し、所謂、揚力形駆動に移行して駆動効率を向上している。
【００２８】
さらに、上記各種のフラップを具備する風車ブレードにおいて、相対風力（Ｖｒ）とともに周速比（λ）が必要以上に過大になると、ブレードの重量等Ｗ［ｋｇ］、重力の加速度（ｇ＝９．８０６６５［ｍ／Ｓ２］）及びローター軸芯よりブレード重心までの半径Ｒ［ｍ］とすると、ブレードの遠心力（Ｆｃ［ｋｇ］）は、数４に示すようになり、周速比（λ）と風力（Ｖ）との積の自乗に比例して増大し、数３に示す合力（Ｆ）のＹ軸方向の分力（Ｆｙ）が加算され、破損に至る虞があり、また、異常な振動の発振による騒音及び慰労破壊の要因があるが、フラップを具備するブレードにおいては、周速比（λ）の増加による相対風迎え角（ψ）が小さくなり、ブレードの揚力が減少し、フラップ（３）による抗力の影響が顕著になり、フラップのスポイラー状の制動作用により、ローター駆動トルクと回転速度の増加が抑えられることとなる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されたような効果を奏する。
【００３０】
本発明の、フラップを具備する風車ブレードは、ブレードの受風面後縁付近に、庇状にフラフラップを傾設するだけの簡易な構成であって、構造上の水平軸形、垂直軸形及び特性上の高速形、低速形の各種の風車ローターのブレードに適用することができる。
【００３１】
そして、高速形風車ローターのブレードのフラップは、自体の抗力が小さく、高揚力が得られる単純フラップ（普通フラップとも呼ぶ）を適用し、揚力形ブレードの特性を助長し、低速形風車ローターのブレードのフラップは、自体の抗力が大きく、抗力形駆動に適するスプリットフラップ（開きフラップとも呼ぶ）を適用し、抗力形ブレードの特性を助長することができる。
【００３２】
また、フラップの受風面に対する傾斜角度は、ローターの起動性を向上するには、６０度寄りの急傾斜に、また、フラップ自体の抗力を低減し、高揚力を得るには、４５度寄りの緩傾斜に、それぞれ目的に応じて設定することができる。
【００３３】
そして、上記各形式の風車は何れも、起動前の低風速域において、自然風力に正対するブレードの受風抗力により抗力形駆動の起動トルクが得られ、フラップを具備するブレードの受風抗力は、フラップを具備しないブレードの抗力より２〜３割増しとなり、起動性能を向上することができる。
【００３４】
そして、高速形風車の、揚力駆動形ブレードを具備するものは、ブレードの揚力面側の境界層の流れはフラップ背面側への偏向流により揚力面寄りに誘導されて剥離が抑制され、高揚力を得て駆動効率を向上し、また、低風速域においても、同様に、高揚力を得て失速を防止し、起動性、駆動トルク及び駆動効率を向上することができる。
【００３５】
また、低速形風車の、抗力駆動形ブレードを具備するものは、上記起動性能と共に、高速風力域においても、上記と同様の受風抗力による駆動を維持し、フラップを具備しないブレードに比較して、全風域に亘り駆動効率を向上することができる。
【００３６】
上記各形式の風車は何れも、実用上必要以上の高速風力域において、周速比の増加による相対風迎角が小さくなり、揚力が減少し、揚力より抗力の影響が顕著になって、フラップによる前記制動作用により、駆動トルクならびに回転速度が抑えられ、ブレードの遠心力による破損、異常な振動の発振による騒音及び疲労破壊の危険要因を回避し、ブレードの耐用年数を延長することができる。
【００３７】
また、一般に、ブレードの軽量化により、慣性モーメントを低減し、ブレード自体の駆動に要するエネルギー低減を図るため、ブレードの強度低下が懸念されるが、フラップを具備するブレードにおいては、ブレード後縁付近の曲げ剛性を補強し、該後縁位の固有振動数を上げており、ブレード回転による振動に起因する共振を避け、振動による騒音及び疲労破壊要因を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水平軸形風車ローターの、フラップを具備するプロペラ形風車ブレードの斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａにおいて、単純フラップを具備する翼型の横断面図であって、翼型に作用する風力と揚力、抗力及び揚力・抗力の合力の関係を示す。
【図３】図２の単純フラップの代わりに、スプリットフラップを具備する翼型の横断面図を示す。
【図４】垂直軸形風車ローターの、フラップを具備する直線翼型風車ブレードの斜視図である。
【図５】図４の垂直軸形風車ローターの横断面において、周速比２において駆動されるとき、６０度おきの回転角度の各位置における相対風力による翼型への揚力、抗力、合力及び合力の回転方向分力の挙動を示す概要図である。
【図６】図５の合力の回転方向分力の挙動において、１２０度位相の３枚ブレードＩ，ＩＩ，ＩＩＩの、回転角度の各位置を横軸にとり、合力Ｆの回転方向の分力Ｆｘ及び全ブレードの分力Ｆｘの総和Σの変動状況を縦軸に示す特性曲線図である。
【図７】フラップを具備するサボニウス型風車のブレードの斜視図である。
【図８】図７の要部横断面図である。
【図９】図８において、自然風力によるブレード凹面側と凸面側との受風の流れ状況を仮想線により示す概略図である。
【符号の説明】
１    風車ローター
１ａ  ローター軸
２    ブレード
２ａ  翼型
２ｂ  受風面
ｌ  弦長
０．２ｌ  幅員（フラップの）
Ｔ．Ｅ．後縁
Ｌ．Ｅ．前縁
θ  傾斜度角
３    フラップ
３ａ  単純フラップ
３ｂ  スプリットフラップ
Ｐ  風圧中心
Ｘ軸  ブレードの回転方向への接線
Ｙ軸  風圧中心とローター軸中心とを結ぶ半径線
Ｖ  自然風力
Ｖｂ  対向風力（ブレードの回転速度に対向する）
Ｖｒ  相対風力
ψ  相対風迎角
α  迎角
Ｌ  揚力
Ｄ  抗力
Ｆ  合力
Ｆｘ  ＦのＸ軸方向分力
Ｆｙ  ＦのＹ軸方向分力
ｒ  回転半径
Ｒ  ローター半径
λ  周速比
Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ  ３枚ブレードの各Ｆｘ特性曲線
Σ  ３枚ブレードのＦｘの総和の特性曲線
Ｄｅ  受風抗力の実効値
Ｄｔ  受風抗力の理論値
Ｄｅ／Ｄｔ  抵抗係数（一般にＣＤと呼ばれる）
Ｔｅ  駆動トルクの実効値
Ｔｔ  駆動トルクの理論値
Ｔｅ／Ｔｔ  抵抗係数（一般にＣＴと呼ばれる）
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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