(57)【要約】【課題】  高揚力係数を達成することができるプロペラを提供する。【解決手段】  シャフトに中心を異にして取り付けられた１若しくは複数のブレードを有するプロペラは、ブレードピッチを動的に変化させて流体中に自由渦を生成する。動流体からエネルギーを取り出す場合には、ブレード上で作用する流体流がプロペラを回転させる一方で、ピッチ変化はカルマン渦列として知られる流体流れパターンを作り出す。結果的に生じるプロペラから離れている時間平均流れ場は後流場であり、流体流のエネルギーはシャフト駆動装置の回転に効率的変換されることができる。推進の場合、加えられたシャフト回転及び流体中の動的ピッチ変化は一緒になってカルマン渦列の逆である流れパターンを作り出す。エネルギー利用または推進のいずれかに対し、プロペラは低流速に特に適している。低流速域では、ブレード上の低レイノルズ数に引き起こされる流れの剥離の効果のために、他のプロペラで非効率的である。【選択図】  図４
2007246082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロペラシステムであって、
シャフトと、
調整可能である迎え角を有するブレードと、
前記ブレードを前記シャフトに中心を異にするようにして接続するリンク機構と、
前記ブレードが前記シャフトの各回転中に１若しくは複数の動的失速渦を放出する形で前記迎え角をいろいろに変えるように動作可能である制御システムとを含むことを特徴とするシステム。
【請求項２】
複数のブレードを更に含み、前記ブレードが、調整可能な迎え角をそれぞれ有し、前記制御システムが、前記ブレードが前記シャフトの各回転中に１若しくは複数の動的失速渦を放出するように前記迎え角をいろいろに変えるように動作可能であることを特徴とする請求項１のシステム。
【請求項３】
前記シャフトを駆動するモータを更に含み、前記少なくとも１つのブレードの作用が流体に運動量を伝達することを特徴とする請求項１のシステム。
【請求項４】
前記シャフトから少なくとも１つのブレード上で流体の作用によって取り出されるエネルギーを受容する装置を更に含むことを特徴とする請求項１のシステム。
【請求項５】
前記リンク機構が、
前記シャフトに固着された基部と、
前記基部上に回転可能に取り付けられたブレードシャフトとを含むことを特徴とする請求項１のシステム。
【請求項６】
前記ブレードシャフトを回転させるように接続されたサーボモータを更に含み、前記制御システムが前記サーボモータを制御することを特徴とする請求項５のシステム。
【請求項７】
前記制御システムに結合されたセンサを更に含み、前記制御システムが、前記センサによって与えられる前記プロペラシステムの測定値に従って前記迎え角をいろいろに変えるためのスケジュールを選択することを特徴とする請求項１のシステム。
【請求項８】
前記センサが、前記リンク機構の回転角を測定するように結合された角度センサを含むことを特徴とする請求項７のシステム。
【請求項９】
前記センサが、前記ブレードの回転角を測定するように結合された角度センサを含むことを特徴とする請求項７のシステム。
【請求項１０】
前記センサが、前記プロペラシステムと相互に作用する流体の流れを測定するように結合された流量センサを含むことを特徴とする請求項７のシステム。
【請求項１１】
前記制御システムが、前記シャフト周りの前記リンク機構の１若しくは複数の回転角で前記ブレードの前記迎え角に前記ブレードの失速角を超えるようにさせる機械システムを含むことを特徴とする請求項１のシステム。
【請求項１２】
前記システムによって駆動される流速を連続的に増加させるように流体中に配置された２若しくはそれ以上のプロペラを更に含み、前記２若しくはそれ以上のプロペラの各々が、
シャフトと、
調整可能である迎え角を有するブレードと、
前記ブレードを前記シャフトに中心を異にするようにして接続するリンク機構とを含み、
前記ブレードが前記シャフトの各回転中に１若しくは複数の動的失速渦を放出する形で前記制御システムが前記ブレードの前記迎え角をいろいろに変えるように動作可能であることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
プロペラ及びタービンは、シャフトの力を流体に伝達するかまたは動流体から力を取り出すことができる。（ここでは、プロペラなる語は、一般的な意味において、推進のため及び動流体からエネルギーを取り出すために用いられる構造を含むように用いられる。）現在知られているプロペラは一般的に、空力学的に定められた断面積形状を有するブレード（羽根）即ちフォイルを備える。これは、一般に、流体の種類に応じて、エーロフォイル（翼型）またはハイドロフォイル（水中翼）と呼ばれる。フォイルは、所望のエネルギー伝達を可能にするような一般に揚力と呼ばれる力を発生させることができる。しかし、フォイルはまた、熱などの望ましくない形にエネルギーを伝達する抗力を生じさせる。抗力をできるだけ小さくしつつ、揚力をできるだけ多く発生させるフォイルを設計することに、多大な努力が払われてきた。この最適化プロセスにおいて解決されるべき特別な問題は、高揚力係数を達成するために高迎角で流れをフォイルの表面に沿って剥離させないままにすることである。剥離させない一方で、結果的に生じるフォイル周りの流れは、フォイルの表面に大部分は平行である流線型を特徴として持つ。式１は、フォイルにより発生させた揚力FLが、流体の密度ρ、流速v、フォイルの揚力係数CL、フォイルの作用面積Aなどのパラメータに如何に依存しているかを示す。フォイルのデザインは一般的に揚力係数CLの最適化に関わっており、揚力係数CLは流速vの関数であることがある。流速vは、式２に示されるようなレイノルズ数NRとして知られる無次元パラメータを用いて表すことができる。ここで、LCはフォイルのコード長、μは流体の動粘度である。
【数１】
2007246082.tif 000003
【数２】
2007246082.tif 000004
【０００２】
式１中の揚力係数CLは、フォイルが失速（ストール）し始めるまでフォイルの迎え角に概ね比例する。迎え角は、流体流の相対方向とフォイルのベースライン（例えば、単純なフォイルの前縁と後縁を結ぶ直線）とのなす角を指す。失速は、迎え角が大きくなり過ぎるときに揚力係数CLを降下させるようなフォイルの表側または裏側から剥離する流体流の傾向によりもたらされる。従って、失速角（失速に対応する迎え角）は、揚力係数CLが最大であるような迎角である。流速を超えるとフォイルは揚力を低下させているのみならず抗力を著しく増大させていることになるので、失速は既知のプロペラの性能を制限する。更に、失速角は一般的に流速の低下と共に小さくなるので、フォイルが発生させることができる最大揚力は、一般的に流速と共に降下する。これらの効果は、力が流体へまたは流体から低流速で効率的に伝達されることになるような用途に対して問題を提起する。
【０００３】
迎え角を変えることによって、フォイルが所与の迎角で定常に保持されるときに達成されることができる最大揚力係数CLよりも大きい動的揚力係数を一時的に発生させることができる。この効果は動的揚力として知られているが、それは、この効果がフォイルの迎角を動的に変化させることに関与しているからである。図１は、正及び負の失速角の間の範囲で異なる迎え角で定常に保持されたフォイルの揚力係数CLのプロット１１０を示す。対照的に、プロット１２０は、同じフォイルの揚力係数CLであって、フォイルの迎え角が、失速角より大きい正及び負の迎え角の間を振動するときのものを示す。図１は、動的揚力係数が静的最大静的揚力係数より１オーダー（１０倍）以上大きいことがあることを説明している。
【０００４】
動的失速渦は、動的揚力に関連する、より大きな揚力係数CLの原因であると信じられている。とりわけ、図２に示されるようなフォイル２１０の前縁付近の剥離している流体流は、フォイル２１０が方向２３０に回転するとき、流体中に渦２２０を形成することができる。渦２２０は、低圧力の領域を与えるが、それはフォイル２１０の揚力係数を増大させる。しかし、もしフォイル２１０が流体流vに関して定常に保たれていれば、流体流vは渦２２０をフォイル２１０の表面に沿って動かすことになり、渦２２０がフォイル２１０の後縁を通過してしまえば揚力の増大は消失することになる。揚力の動的増加は、それゆえに、フォイル２１０を回転させているときピッチングサイクル中に一時的に達成されることができるだけである。フォイルの回転が止まったら、揚力係数は図１の曲線１１０に示されているようなより低い静的揚力係数へ下がる。
【０００５】
特許文献１には、周期的な推力を発生させるプロペラが開示されている。図３は、特許文献１に記載されているようなブレード３１０のピッチ角を機械的に変化させるそのようなプロペラ３００の１つを示す。プロペラ３００は、中央シャフト３３０を有するシリンダの周囲に沿って動く、ピボット軸３２０を備えたブレード３１０を有する。シャフト３３０によって駆動されかつブレード３１０に取着された機構３４０が、ブレードのピッチ、即ち各ブレード３１０とシャフト３３０からブレード３１０のピボット３２０へ延在する線とのなす角度を周期的に変化させる。プロペラ３００においては、ブレード３１０の迎え角をいろいろに変えることで、ブレード３１０が流体に全て浸かっているときに、プロペラ３００に推力の方向が与えられる。しかし、機構３４０は、ブレード３１０の向きを制御するが、非常に限られた動作パラメータの組、例えば流速v及び流体密度ρに対して最適化されることができるに過ぎない。更に、プロペラ３００及び他の現行の可変ピッチプロペラは、用いられるブレードピッチ制御の種類とは無関係に、常にフォイルに沿って剥離されないままである流体流を有する。それゆえ、そのようなプロペラは、動的揚力に関連する高揚力係数を達成することができない。このことは、低流速でそのようなプロペラの使用及び効率を制限する。
【特許文献１】米国特許第１，８３５，０１８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一態様に基づけば、推力を発生させるかまたは流体運動を引き起こすべく動流体から運動エネルギーを取り出すかまたは流体に運動エネルギーを伝達することができるプロペラは、流体中に自由渦を生成するために１若しくは複数のブレードのピッチ変化を利用する。プロペラは、従って、動的揚力に関連する高揚力係数を達成することができる。ピッチ変化は更に、迎え角を変える過程がプロペラ回転速度及び自由流れの流速などの流れ動作パラメータに従ってエネルギー伝達効率を最適化するように適合することができるように、適合可能であることができる。プロペラの実施形態は、低流速に特に適している。低流速域ではブレード上の低レイノルズ数により引き起こされる流れの剥離の効果のために、他のプロペラで非効率的である。
【０００７】
流体からエネルギーを取り出す場合には、流体流はプロペラを回転させるのが好ましいが、プロペラ回転中のピッチ変化は、静的失速角を超えることがあり、渦を放出しかつ動的揚力を作り出すのに十分な大きさである。特定の一実施形態において、渦の放出はカルマン渦列（von Karman vortex street）として知られる流れパターンを作り出し、結果的に生じるプロペラから離れた位置に於ける時間平均流れ場は後流場である。誘導回転は、ポンプや発電機などのシャフト駆動装置を駆動することがある。
【０００８】
流体へ運動量を伝達する場合には、駆動回転中の動的ピッチ変化は、静的失速角を超えることがあり、渦を放出するのに十分な大きさである。特定の一実施形態において、渦の放出はカルマン渦列の逆である流れパターンを作り出す。この構成において結果的に生じる、結果的に生じるプロペラから離れた位置に於ける時間平均流れ場は、推力を効率的に発生させるジェット流れ場である。
【０００９】
本発明の別の態様に基づけば、プロペラ装置は、流体へまたは流体から力を効率的に伝達するために非定常空力効果を用いる。低レイノルズ数で最も有利であるが、プロペラ装置は全ての流速で用いられることができる。潜在的用途には、限定されるものではないが、小型及び超小型飛行機のための推進問題の解決、海洋の汐潮流及び波力の利用、河川流れ力の利用、低速風でも効率的な風力発電などが含まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に基づけば、流体へまたは流体からエネルギーを伝達するのに用いられるプロペラは、動的ピッチング中に渦の放出から生じる大きな動的揚力係数を用いるためにピッチングブレードを用いる。ピッチングは、低流体流速であっても効率的なエネルギー伝達を行うことができ、変化する条件に適合されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図４は、本発明の典型的な実施形態に基づくプロペラシステム４００を示す。プロペラシステム４００はブレード４１０を備えており、ブレード４１０のサイズ及び数はプロペラシステム４００による所望の力の伝達に従って選択されることがある。動作中に、ブレード４１０の１若しくは複数は、エネルギー伝達元または伝達先である水または空気などの流体によって少なくとも部分的に浸されるかまたは囲繞されることになり、平均流体流方向は、ブレードシャフト４１２に垂直であるのが好ましい。各ブレード４１０は、対象となる流体に必要な特性を有するフォイルを提供するように選択される断面積を有する。一般的に、ブレード４１０には任意の型のフォイルを用いることができるが、その型のフォイルは、以下で更に説明されるようにシステム４００に用いられる特定のピッチ変化過程に影響を与えることがある。低流速では、用いられる特定のフォイル形状は重要さを失い、以下で更に説明されるように、適切なピッチングサイクルで、平板であってもブレード４１０と同様に機能することができる。
【００１２】
システム４００は、ブレード４１０が円盤（ディスク）または他の基部４１５上に一端または両端にプロペラシステム４００のメインシャフト４２０からそれぞれ半径方向に離れて取り付けられるように、ブレード４１０のオフセット・マウンチングを用いる。各ブレード４１０は、例えば対応するサーボモータシステム４３０によるブレード４１０の制御された回転を可能にするピボット・マウンチングを有する。サーボモータシステム４３０は、限定されるものではないがＡＣまたはＤＣサーボモータや液圧または空気圧モータを含む種々のシステムを用いて構成されることがある。各サーボシステム４３０は、対応するブレード４１０を基部４１５に対して回転させることができるようにする。図４の実施形態において、各サーボシステム４３０は、伝動装置（トランスミッション）、ギヤ装置、ベルト及びプーリの装置などの関連する機構４３５を用いて対応するブレード４１０のシャフト４１２を回転させ、そして、基部４１５に関するブレード４１０の角度を示す信号を供給する角度位置センサ４５２が、ブレード４１０のシャフト４１２に接続されることができる。代わりに、直接駆動系も可能であり、そこではサーボモータ４３０のシャフトは伝動装置または他の機構４３５なしにシャフト４１２に直接取着される。
【００１３】
基部４１５は、メインシャフト４２０に取着され、ブレード４１０へのリンク機構を提供する。その結果、基部４１５及びメインシャフト４２０がブレード４１０と装置４４０間のエネルギー伝達を行う。装置４４０は、例えば発電機またはモータであることがある。図４の実施形態においては、メインシャフト４２０と装置４４０の間に１段式ギヤ装置または類似の機械駆動装置４４５などオプションの伝動装置があるが、代わりに、装置４４０がメインシャフト４２０に直接結合されることもある。装置４４０は、一般的に、エネルギー伝達の方向及びシステム４００が実行するタスクに従って選択される。例えば、システム４００が動流体からエネルギーを取り出すとき、装置４４０は、発電機、ポンプ、またはピッチング過程中にブレード４１０上で動流体の作用から生じる駆動力を受容する他の装置であることがある。このケースでは、ピッチング過程中のブレード４１０からの揚力は、例えば発電または他の有用な仕事のために基部４１５、メインシャフト４２０、機構４４５を回転させて装置４４０を駆動するようなトルクを作り出す。代わりに、装置４４０は、メインシャフト４２０を駆動して基部４１５を回転させるモータであることができるので、ブレード４１０は、例えばピッチング過程中に、推進のための推力を発生させるかまたは流体中に流れを引き起こすように流体に作用する。
【００１４】
メインシャフト４２０及びブレードシャフト４１２は共に、シャフト４２０及び４１２のそれぞれの向きを判定するそれぞれの角度位置センサ４５４及び４５２を特徴として持つ。追加のセンサ４５６を用いて自由流体流の平均速度及び方向などの流体の特性を検知することができるので、任意の時点で、サーボモータ４３０を制御するサーボ制御システム４５０は、流れ場に関して各ブレード４１０の所望のピッチングスケジュール（pitching schedule）を決定することができる。センサ４５２及び４５４は、レゾルバ、タコメータ、またはエンコーダなどの標準的な装置を用いて実現されることができる。センサ４５６は、限定されるものではないが流体流の方向及び大きさの測定を含む所望の流体特性を測定することができる。流れ場は、例えば、メインシャフト４２０に垂直の方向に方向付けられることになるのが好ましく、風速計及び／または風向計型装置を用いて測定可能である。限られた用途において、例えば方向及び大きさが分かっている定常流れからエネルギーを取り出すとき、センサ４５６は必要でないことがあり、システム４００から除かれることがある。
【００１５】
サーボ制御システム４５０は、ブレード４１０の迎え角をいろいろに変えるためのピッチングスケジュールを選択及び実現するようにプログラムされた汎用処理システムまたは特定用途向けハードウェアを用いて実現されることができる。サーボ制御システム４５０は、基部４１５に取着されるかまたは基部４１５から剥離されて有線または無線接続を介して回転基部４１５上のシステム４３０及び４５２と通じることができる。具体的には、サーボ制御システム４５０は、センサ４５２、４５４、４５６から伝達される情報を用いて、ピッチングスケジュールを決定し、サーボモータシステム４３０にそれぞれのブレード４１０のピッチを個々にいろいろに変えるように命令し、かつ角度センサ４５２及び４５４をモニタして、流体中に所望の渦放出パターンを生成するべくブレード３１０が要求に応じてピッチングしているかどうかを判定することができる。以下で更に説明されるように、所望の渦放出パターンは、一般的に、エネルギーが流体から取り出されているかまたは流体に加えられているかに依存する。
【００１６】
図４のシステム例はピッチスケジュールを調整する電子制御システム４５０を示しているが、制御システムは、渦を放出しかつ高動的揚力係数を達成するのに十分にブレード４１０の迎え角をいろいろに変えるピッチングサイクルを達成するために、機械的リンク機構または液圧または空気圧アクチュエータのような他の作動手段を備えることがある。
【００１７】
上記したプロペラシステム４００は、メインシャフト４２０に中心を異にして取り付けられた少なくとも１つのブレードを有する。１枚ブレード４１０を有するプロペラは、分析的に分析するのがより容易である。というのも、マルチブレードプロペラにおける１ブレードの後流場は、他のブレードで流れに影響を与えることができるからである。図５は、メインシャフト４２０の方向に沿って見た基部４１５上の１枚ブレード４１０の４つの位置を示す。ブレード４１０は、基部４１５及びシャフト４２０に関して上述したように回転させることができる。図５において、ブレード角度αは、基部４１５及びメインシャフト４２０が回転するときにブレードシャフト４１２が辿る円の接線に対するブレード４１０の相対的角度を画定する。回転角θは、基部４１５が回転するときにブレード４１０の位置を画定する。例えば、図５は、回転角θが０°、９０°、１８０°、２７０°であるような位置にあるブレード４１０を示す。
【００１８】
ブレード４１０の迎え角は、ブレード角度α、基部４２０の回転角θ、角速度ω、自由流れ流体流の速度v及び方向に概ね依存する。さらに具体的には、ブレード４１０のフォイルのベースラインの向きは、角度α及びθに依存する。フォイルでの流速は、ブレード速度及び自由流れ流体流vのベクトル和であり、自由流れ流体流v、基部４１５の回転角θ、角速度ωに依存する。しかし、ブレード４１０の回転速度と比べて自由流れの流速vが小さければ、ブレード４１０の迎え角はほぼαに等しく、一定の自由流れ流体流からエネルギーを取り出すためまたは特定の運動量伝達のためのピッチングスケジュールは、回転角θの関数であることができる。それゆえ、流速が低ければ、機械的リンク機構、ギヤ、またはアクティブサーボシステムであってピッチングスケジュールが定まっているものは、ブレード角度αを回転角θの関数としていろいろに変えることができるが、これは、背景流体の流れベクトルvと明確な関連を有する。
【００１９】
低流速に対する１つのピッチングスケジュールは、基部４１５の回転速度に等しい速度でブレード角度αを正弦波状に変える。これは、流れに関してピッチング及びプランジング（plunging）を組み合わせた動きをブレード４１０に行わせ、ブレードは図６に示されるように揺動して進む。動的揚力を達成しかつ渦を放出するために、ピッチングスケジュールの振幅は、基部４１５の各回転中にブレード４１０の迎角が失速角を２度超過するようにしたものである。それゆえ、ピッチ制御システムは、動的失速渦を生じさせるのに十分な量だけブレード角度を変えることができなければならない。対照的に、図３に示される型のリンク機構は、接線方向に対するブレードの小さな角度の迎角変化を許容するに過ぎない。そのような小さな変化は、レイノルズ数が大きくかつ所望の流れパターンが剥離していない流れ（attached flow）のパターンであるときにエネルギー伝達を行うのに十分であるが、動的揚力によって与えられる高効率及び動的失速渦を生じさせない。
【００２０】
図６に示される１枚ブレード構成は、１枚ブレードのプロペラに対する回転速度の２倍で周期的であるモーメント及び揚力Fを与える。振動中に、トルクは、プロペラブレードがその上方または下方位置、例えばθ＝９０°または２７０°にあり、α＝０であるときのシャフトでの０から、ブレード４１０が最大ブレード角度に達し、渦の放出が例えばθ＝０°または１８０°での最大強さに達し、αの大きさは失速角より大きいときの最大トルクまでの間で変化する。より多くのブレードを付加することによってより定常なトルクが供給されることがあるが、異なるブレードからの個々の渦が下流に移動する際に互いに打ち消し合わないように渦放出をスケジューリングすることについて慎重に検討する必要がある。
【００２１】
前述のような正弦波ピッチ変位は、ピッチングスケジュールの一例に過ぎない。より一般的には、図４のシステム４００などのプロペラシステムは、流体特性及び／または基部４１５の角速度を測定し、現在の状況に対するピッチングスケジュールを調整することで、例えば、ブレード角度αの変位の振幅または時間依存性を変え、自由流れ流体流の方向または速度の変化に適応するようにすることができる。一般に、適合可能なピッチングスケジュールは、図４に示されているような電子サーボ制御システムを用いて実現することが最も容易である。
【００２２】
ブレード４１０の選択されたピッチングスケジュールの、結果的に生じるピッチング及びプランジング作用は、ブレード４１０からの渦放出を空間及び時間において正確に画定されたパターンにさせることができる。一般に、渦放出は、フォイルの失速迎え角を超えてフォイルをピッチングする結果として生じるが、この点では、剥離が上述しかつ図２に示したように生じることになる。図２は、動流体におけるフォイル２１０の正（時計回り）の迎角に対して、時計回りに回転する渦２２０がフォイル２１０の上側で形成することを示す。この渦２２０は、その後、下流へフォイル２１０の後縁に向かって平均流体流により一掃されることになり、フォイル２１０の後流に入る。同様に、負の迎角は、フォイルの下面側で反時計回りに回転する渦を生成することになる。それゆえ、流体流からエネルギーを取り出している間にブレード４１０が失速迎え角より大きい極値間を振動するようにするプロペラシステム４００は、図７に示されているような渦パターンを発生させることになる。
【００２３】
プロペラ４００は、放出された渦のパターンがカルマン渦列として知られるパターンを形成するとき、流体からエネルギーを効率的に取り出すことができる。一般的に、カルマン渦列パターンを生成するのに必要なピッチングスケジュールは、流体流速及びプロペラの回転速度など種々の動作パラメータに依存するが、ピッチングスケジュールは常に振動性であるべきである。同様に、フォイルのピッチスケジュールは、所望の渦放出パターンを達成するために正確に制御される必要がある。図７の左側は、プロペラシステム４００への一様流場流入（incident）を示す。流れ場と相互作用するプロペラシステム４００は、カルマン渦列後流パターンを作り出し、プロペラシステム４００への流れ運動量の正味の伝達をもたらすので、時間平均流れ場は図７の右側に示されるように後流場である。運動量伝達は、プロペラを指示された方向に向けさせ、トルク及びそれゆえにシャフトの力をメインシャフトで利用可能にする。このシャフトの力は、その後、発電機やポンプのような装置を駆動するために用いられることができる。この動作モードは、従って、風車または水車の動作モードであることができる。
【００２４】
本発明の一実施形態に基づく風車または水車などは、適切な迎角が機械的手段または他の手段によって設定されるとすれば、自己始動性を有することができることに留意されたい。具体的には、図４のサーボ制御システム４００などのプログラマブル制御システムは、流動流体流がトルクをもたらすようにブレードを方向付けることができ、この点で、プロペラが回転し始めることになり、ブレード角度の変化が始まることができる。更に、自己始動能力は、回転の任意の角度位置に配置されている１枚ブレードに対してですら働く。
【００２５】
図７におけるプロペラシステム４００の前後の流れプロファイルによって示されているようなエネルギー利用に起因する運動量損失は、プロペラシステム４００に下流方向の正味の力（net force）を押し付ける。プロペラシステムのマウンチング構造は、この力に耐えることができなければならない。
【００２６】
図８は、プロペラシステム４００の逆動作モードを示しており、ここでは推力が発生する。図８において、プロペラ４００はプロペラモードで動作し、時間平均ジェット型流れが結果として生じる。流れは、カルマン渦列の逆であるのが好ましい。逆は、渦の回転方向が図７に示されたものと逆であるという事実を指す。この使用におけるプロペラ４００は上流方向の正味の力に直面することになるが、ある種のモータまたはエンジンはプロペラ４００の回転を維持するためにシャフトの力を供給する必要がある。この動作モードの代表的な用途は、陸上車両、航空機または船舶を推進するための推力発生であるが、空気またはガス圧縮機などにおいて圧力上昇を引き起こすためのみならず粒子の加熱、冷却または空気輸送のために流体流れを搬送するために、プロペラ４００をファン装置として用いることもできる。後者の目的のため、これらのプロペラ４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃの幾つかは全圧力上昇を増加させるために図９に示されるようにカスケード翼列をなしているものであって良い。
【００２７】
本発明について特定の実施形態に関連して説明してきたが、上記の記載は本発明の適用の一例に過ぎず、限定として受け止められるべきではない。開示されている実施形態の特徴の種々の適応及び組合せは、特許請求の範囲に画定されているような本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】正弦波ヒービング運動と組み合わせて正弦波状に変化する迎角及び静的迎え角に対する迎角の関数としての１枚プロペラブレードの揚力係数のプロット。
【図２】フォイルの迎え角が失速角を超えて増大するときの動的失速渦の形成。
【図３】流体流に対して直角に取り付けられたブレードの迎え角を周期的に変化させる機構を含む既知のプロペラ。
【図４】本発明の一実施形態に基づくプロペラを示すブロック図。
【図５】本発明の一実施形態に基づき動的揚力を用いてエネルギーを伝達するように独立的に制御かつ適合されることができるプロペラの動きのパラメータ。
【図６】本発明の一実施形態に基づくプロペラの動作中の１枚ブレードの進路及び迎え角。
【図７】プロペラを用いて動流体からエネルギーを取り出すときの本発明の一実施形態に基づくプロペラの動作中の渦の放出。
【図８】本発明の一実施形態に基づくプロペラが駆動され、流体において推力を発生させているときの渦の放出。
【図９】流体流または圧力に翼列構成になっている複数の渦流発生型プロペラを含むような本発明の一実施形態に基づくシステム。異なる図面中で同じ符号を用いているものは、類似または同一のアイテムであることを示す。
【符号の説明】
【００２９】
２１０  フォイル
２２０  渦
３００、４００  プロペラ
３１０、４１０  ブレード
３２０  ピボット
３３０  シャフト
４１２  ブレードシャフト
４１５  基部
４２０  メインシャフト
４３０  サーボシステム
４４０  装置
４５０  サーボ制御システム
４５４、４５２  角度位置センサ
【図１】
2007246082.tif 000005
【図２】
2007246082.tif 000006
【図３】
2007246082.tif 000007
【図４】
2007246082.tif 000008
【図５】
2007246082.tif 000009
【図６】
2007246082.tif 000010
【図７】
2007246082.tif 000011
【図８】
2007246082.tif 000012
【図９】
2007246082.tif 000013