(57)【要約】【課題】プロペラ型二重翼の性能を向上する。【解決手段】本発明はプロペラ型二重翼の先端を翼先端ディバイスで連結する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二重翼の先端を連結する翼先端ディバイスを装備することを特徴としたプロペラ型二重翼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は翼の撓みを抑制することができ、翼先端渦を抑制することができる二重翼用翼先端ディバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでの翼は１枚翼を同一円周上に沿って、配置していた。
プロペラ型翼では、飛行機用ウィングレットと同様、JP  ２０１２１８０７７０  風車翼およびこれを備えた風力発電装置並びに風車翼の設計方法のように、翼の性能向上を図る方法も提案されている。
しかしながら、プロペラ型翼にウィングレットを装備しても、飛行機の翼と同様に揚力性能向上効果は期待できるものの、ウィングレットから直接回転力を得ることは期待できず、翼先端の荷重が大きくなる方向に働くこともあり、撓みによる翼先端部のピッチ角に影響を及ぼしやすくなるという問題があった。
【０００３】
大型風力発電用タービンでは、可変ピッチ機構によって、各翼ごとに回転位置に応じてピッチ角制御を行い、支柱の揺れや、刻々と変化する風速に対応して運転している。しかし、実際には指示する翼根でのピッチ角とタービン先端のピッチ角では撓みによる遅延が発生している。
大型風力発電用タービンでは、空気という圧縮流体の中でピッチ角が制御されているため、タービン先端のピッチ角によって負荷が増加しても翼に強度面で致命的な影響を及ぼすことは少ない。しかし、大型海流発電用タービンのように、非圧縮流体である海水中での作動では、可変ピッチ機構を備えたタービン翼は翼先端の撓みによるピッチ変化が発生するとともに、流れの変化などのよって、大きな荷重がタービン翼先端に働く状態になると、更に大きな負荷がかかる方向に撓み、折損など致命的なダメージにおよぶ可能性がある。
【０００４】
大型風力発電用タービンでは、翼先端部や翼根部に発生する渦に起因する騒音が環境問題となっている。
【０００５】
これまでタービン翼に翼先端ディバイスを設けることは、翼先端ディバイスの抗力分が増加するとして敬遠されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】JP  ２０１２−１８０７７０  風車翼およびこれを備えた風力発電装置並びに風車翼の設計方法
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】特になし
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、プロペラ型二重翼の性能向上を課題としている。
【０００９】
本発明は、大型風力発電機や大型海流発電機用翼として重負荷用二重翼を開発することを主な目的とするもので、二重翼先端ディバイスを付加することで、翼先端の撓みによるピッチ変化を抑制するとともに、翼先端に発生する渦の抑制、ウイングレッド効果などによって翼性能を向上させることを課題としている。
【００１０】
大型風車には翼先端部と翼根元部の渦および支柱の影響による風速変化による負荷変動から、周期的な騒音変化を発生するという問題があり、ウイングレットを一枚翼の先端に設置するだけでは周期的に発生する騒音を抑制することは困難である。この課題を克服するために、翼を二重化することで回転速度を半減させ、支柱による影響を分散させるとともに、二重翼先端ディバイスを設けることで、渦に起因する騒音を低減し、翼強度および翼性能を改善することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明はプロペラ型翼を二重翼とし、当該二重翼の先端に二重翼を連結するディバイスを設ける二重翼用の翼先端ディバイスに関する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、二重翼を翼先端ディバイスによって連結することで、翼の強度を上げることができ、翼先端部の撓みによるピッチ角変化を抑制することができる。
【００１３】
本発明の二重翼の翼先端ディバイスは、ウィングレット効果による翼効率向上と翼端誘導流によってトルクを発生する効果がある。
【００１４】
本発明の翼先端ディバイスを装備した二重翼は、双方向流に対応することができる。
【００１５】
本発明の翼先端ディバイスを装備した二重翼は門型形状になることから翼強度を上げることができ、翼を薄肉構造にすることができる。
【００１６】
本発明の翼先端ディバイスを装備した二重翼は翼先端に発生する渦を抑制することができ、翼先端渦に起因する騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のスキューをつけた二重翼タービンに翼先端ディバイスを装備した例の斜視図である。
【図２】本発明のスキューをつけた二重翼タービンに翼先端ディバイスを装備した例の正面図である。
【図３】本発明のスキューをつけた二重翼タービンに翼先端ディバイスを装備した例の側面図である。
【図４】本発明のスキューをつけた二重翼タービンの翼先端ディバイス断面付近の流れと発生力のベクトル説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の二重翼用の翼先端ディバイスは、一般的な翼や、フラップ付き翼を選択することができ、スキューやレーキなどの形状変化をつけた二重翼と組合わせて設計することができ、これらの組合せは問わない。
【００１９】
本発明について、図面を参照して形態説明を行う。
図１.は本発明のスキューをつけた二重翼タービンに翼先端ディバイス（４）を装備した例の斜視図で、図２．は図１．の正面図、図３．は図１．の側面図である。二重翼タービンの第１の翼（２）はバックワードスキューをつけた形状とし、第２の翼（３）はバックワードスキューとレーキをつけた形状として、ハブ（１）に取り付けられており、この二重翼タービンの先端には二重翼を連結する翼先端ディバイス（４）が装備されている。
二重翼タービンの先端付近では、それぞれの翼の後縁部で圧力面から負圧面方向に移動する誘導流と、翼根から翼先端方向に移動する誘導流が発生し、翼先端ディバイス（４）付近でこれらの誘導流が合成され、翼先端ディバイス（４）に流れ込んで、揚力（１１）が発生する。この揚力（１１）の回転方向成分がトルク（１４）として働く。
【００２０】
図４.は翼先端ディバイス（４）付近の翼断面（７）周辺の流れと発生力のベクトル説明図である。翼先端ディバイス（４）は回転速度(８）で回転している。第１の翼（２）と第２の翼（３）によって誘導速度（９）が発生する。流体は翼先端ディバイス（４）の翼断面（７）に、回転速度(８）と誘導速度（９）とで合成された流入速度（１０）で流入する。これによって翼断面（７）には、揚力（１１）が発生し、同時に抗力（１２）が発生する。これらを合成した揚抗合成力（１３）から回転方向分力としてトルク（１４）が得られる。
【実施例】
【００２１】
以上の実施形態は、あくまでも要部の一例を示すものであり、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく変更および修正が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
河川発電、潮流発電、海流発電、風力発電、水力発電など流体の種類を問わない二重翼の翼先端ディバイスとして、幅広い分野で利用することができる。
【００２３】
推進器、ポンプ、送風機など流体の種類を問わない二重翼の翼先端ディバイスとして、幅広い分野で利用することができる。
【００２４】
本発明の翼先端ディバイスを装備した二重翼は、門型形状によって構造強度が高くなり、薄肉構造とすることができる。
【００２５】
本発明の翼先端ディバイスを装備した二重翼は大型化による撓みによって発生する翼先端付近のピッチ角変動への影響が抑制され、ウィングレット効果を持った大型流体翼として利用できる。
【００２６】
本発明の翼先端ディバイスを装備した二重翼は、翼先端に発生する渦を抑制することができ、低騒音型の翼として利用することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１  ハブ
２  第1の翼
３  第２の翼
４  翼先端ディバイス
５  流れの方向
６  回転方向
７  翼断面
８  回転速度
９  誘導速度
１０  流入速度
１１  揚力
１２  抗力
１３  揚抗合成力
１４  トルク
１５  翼回転中心
１６  翼母線
１７  翼先端基準線
１８  スキュー角
１９  レーキ角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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