СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА В ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ КРЫЛА
METHOD FOR CONVERSION OF AIRFLOW ENERGY INTO PROGRESSIVE WING MOVEMENT

Изобретение относится к области нетрадиционной энергетики и может быть использовано для получения электрической и механической энергии. Известен «Способ преобразования кинетической энергии потока во вращательное движение крыла и устройство для осуществления этого способа» по патенту РФ №2589569, который принимаем за прототип заявляемого Способа, так как аналогов с симметричным реверсированием аэродинамического крыла не найдено.
В известном - Способе преобразования кинетической энергии потока, в частности ВП, во вращательное движение крыла, в потоке - устанавливается основной вал перпендикулярно направлению движения потока и на некотором расстоянии от основного вала помещают крыло, собственная ось которого параллельна основному валу. Вокруг основного вала это крыло под действием потока совершает вращательное движение по круговой орбите и колебательное движение вокруг собственной оси. При движении крыла по круговой орбите его угол атаки относительно результирующего вектора потока задается закрылком, узел управления которого через его вал и планку вращает закрылок, обеспечивая оптимальное значение угла атаки крыла при его движении по круговой орбите за исключением зон изменения формы крыла, определяемых узлом положения оси крыла. В зонах изменения формы крыла его ось с подшипником смещается в сторону электрического конечного выключателя реверса и прижимается к соответствующему толкателю, замыкается контакт электрического конечного выключателя реверса, передавая сигнал на срабатывание электромеханического триггера, который по команде конечного выключателя реверса поочередно выдвигает верхний или нижний грибовидный шток, изменяя в зонах конфигурацию крыла симметрично относительно базового листа, при этом меняет свое положение передняя и задняя аэродинамические обшивки крыла на оси поворота аэродинамических обшивок.
«Способ преобразования», предлагаемый в прототипе, имеет ряд недостатков, ограничивающих его область применения:
1. Достаточно сложная конструкция ветроэнергетической установки. Для получения приемлемой себестоимости необходимо мощность этой ветроэнергетической установки довести до 10-15 мегаватт.
2. Усложненная система управления. Особо проблематична конструкция узла положения оси крыла по Фиг. 5 патента. Предполагаются проблемы при наладке и эксплуатации такой ветроэнергетической установки.
3. Наличие вращающихся элементов создает шум и помехи для электроники вблизи ветроэнергетической установки, а также снижает надежность, особенно при штормовых ВП. Поэтому нельзя ее устанавливать вблизи жилых комплексов.
4. При значительной мощности ее вертикальный вал испытывает большой опрокидывающий момент. Это усложняет и удорожает реальную конструкцию, реализующую этот Способ.
Технический результат предлагаемого Способа заключается в эффективном преобразовании кинетической энергии воздушного потока (ВП) в механическую и далее в электрическую энергию. При этом учтены его повышенные характеристики по экологии. При описании Способа используется вариант конструкции ветроустановки, реализующий предложенный Способ.
Для преобразования энергии ВП в поступательное движение аэродинамического крыла его помещают в ВП. Поступательное движение аэродинамического крыла осуществляется за счет подъемной силы, возникающей от действия на него воздушного потока. В крайних положениях его движения, в зонах изменения формы аэродинамического крыла, размещают конечные выключатели реверса, которые воздействуют на аэродинамическую обшивку крыла и изменяют его конфигурацию на симметричную. Изменение конфигурации крыла осуществляется конструктивными элементами ветроустановки на базе шагового двигателя, при этом аэродинамическое крыло движется периодически вверх или вниз на тележках по направляющим стойкам с пазами параллельно горизонтальной плоскости. Всегда обеспечивают положение передней кромки аэродинамического крыла перпендикулярно вектору ВП независимо от его направления в данный момент конструктивными элементами ветроустановки, например, флюгерными плоскостями, рельсовым кольцом. Разнонаправленная подъемная сила аэродинамического крыла, возникающая под действием ВП, через силовую скобу и опорный шаровой шарнир передается на кривошипный механизма. Вал его маховика через муфты и ускоряющий редуктор подсоединяют к генератору. Для упрощения конструкции важно, чтобы опорный шаровой шарнир ветроустановки располагался на вертикали, проходящей через геометрический центр ее рельсового кольца.
Вариант конструкции ветроустановки, реализующий предлагаемый «Способ…», представлен на Фиг. 1-7. Для них введены следующие обозначения:
ФИГ. 1.
4 - средние детали системы инверсии крыла (подробнее на Фиг. 2), 5 - крайние детали системы инверсии крыла (подробнее на Фиг. 2), 11 - задняя аэродинамическая обшивка крыла (подробнее на Фиг. 3) системы инверсии крыла, 12 - базлвый контур крыла, 13 - передняя аэродинамическая обшивка крыла (подробнее на Фиг. 3) системы инверсии крыла, 14 - тележка (см. Фиг. 4) в пазах вертикальных стоек - 26 (см. Фиг. 5), 15 - силовая скоба, 16 - шаровой шарнир, 17 - шатун, 18 - палец маховика, 19 - маховик, 20 - опорная стойка вала маховика, 21 - валы, 22 - ускоряющий редуктор, 23 - электрогенератор, 24 - выходное напряжение генератора, 25 - опорная плита на земле, 26 - вертикальная стойка с Т-бразными пазами - деталь контура базовой призмы (см. Фиг. 5), 27 - ролики системы ориентации крыла, 28 - опорное (обычно рельсовое) кольцо системы ориентации крыла, 29 - контур базовой призмы ветроустановки.
Фиг 2.
2 - оси деталей системы инверсии крыла, закрепленные в базовом контуре крыла - 12, 3 - звездочка на осях - 2, 4-1----4-N - средние детали системы инверсии крыла, 5 - крайние детали системы инверсии крыла.
Фиг. 3.
11 - задняя деталь аэродинамической обшивки крыла, 13 - передняя деталь аэродинамической обшивки крыла, 31 - оси деталей 11, 13 системы инверсии крыла, закрепленные в базовом контуре крыла - 12.
Фиг. 4
14 - тележки - жестко закреплены на углах базового контура крыла - 12.
Фиг. 5
26 - фрагмент вертикальной стойки из контура базовой призмы - 29 с Т-образными пазами - 33 для тележек - 14, 32 - конечные выключатели реверса в зонах изменения конфигурации крыла (системы инверсии крыла),
Фиг. 6
4-1----4-N - средние детали системы инверсии крыла, 5 - крайние детали системы инверсии крыла, 6 - звездочки системы инверсии крыла, 7 - цепь системы инверсии крыла, 8 - шаговый двигатель системы инверсии крыла, 9 - звездочка на валу шагового двигателя, 10 - поверхность крыла в зоне 4-1----4-N - средних деталей системы инверсии крыла, 11 - задняя аэродинамическая обшивка крыла, 12 - базовый контур крыла, 13 - передняя аэродинамическая обшивка крыла, 14 - тележка (см. Фиг. 4) в пазах вертикальных стоек - 26 (см. Фиг. 5),
Фиг. 7.
26 - вертикальная стойка с Т-бразными пазами - деталь контура базовой призмы (см Фиг. 5), 27 - ролики системы ориентации крыла, 28 - опорное (например, рельсовое) кольцо системы ориентации крыла, 29 - контур базовой призмы ветроустановки. 30 - флюгерные плоскости системы ориентации аэродинамического крыла.
Работа ветроустановки, реализующей предлагаемый «Способ…».
Для функционирования этой ветроустановки разработано несколько систем управления:
1. Система инверсии крыла.
Движении аэродинамического крыла параллельно горизонтальной плоскости независимо от направления вверх-вниз относительно земли осуществляется под воздействием подъемной силы, возникающей при обтекании его воздушным потоком. Крайние положения при движении крыла вверх-вниз попадают в зоны изменения формы аэродинамического крыла. В этих зонах размещают конечные выключатели реверса - 32, которые воздействуют на аэродинамическую обшивку крыла и изменяют его конфигурацию на симметричную. Конкретно - (см Фиг. 6) по команде конечных выключателей реверса - 32 шаговый двигатель поворачивается на 180 градусов поочередно по часовой стрелке и против. Через цепную передачу - и звездочки - осуществляется поворот на 180 градусов средних детале системы инверсии крыла - 4-1----4-N, крайние детали системы инверсии крыла - 5, причем - 4-1----4-N формируют поверхность аэродинамического крыла в зоне - 10, а - 5 достраивает конфигурацию крыла, подставляя к зоне - 10 заднюю аэродинамическую обшивку крыла - 11 и переднюю аэродинамическая обшивку рыла - 13.
2. Система ориентации передней кромки крыла.
Значительную часть конструкции ветроустановки составляет система ориентации крыла. Это флюгерные плосклсти - 30 (см. Фиг. 7), закрепленные на бокових стенках контура базовой призмы - 29 ветроустановки, которые при отклонении передней кромки крыла от перпендикулярного положения относительно вектора воздушного потока, создают усилие, обеспечивающее ликвидацию этого отклонения. Поворот ветроустановки осуществляется на опорном (обычно рельсовом) кольце - 28 с помощью роликов - 27, закрепленных на углах базовой призмы - 29 в ее нижней плоскости.
3. Система движения аэродинамического крыла вверх-вниз под воздействием подъемной силы.
Движение крыла вверх-вниз осуществляется на тележках - 14 (см. Фиг. 4), которые жестко закреплены на углах базового контура крыла - 12. Тележки - 14 движутся в Т-образных пазах - 33 вертикальных стоек - 26 (см. Фиг. 5), фрагментов контура базовой призмы - 29 ветроустановки. Конечные выключатели реверса - 32 дают команды на изменение направления движения крыла вверх или вниз. Применение тележек - 14 вместо обычных роликов предохраняет движущееся крыло от заклинивания в пазах - 33.
4. Электромеханическая система ветроустановки (см. Фиг. 1).
Силовая скоба - 15 жестко крепится к базовому контуру - 12 аэродинамического крыла. Посредине ее закрепляют шаровой шарнир - 16, к которому жестко закрепляют шатун кривошипного механизма. Далее палец - 18 маховика - 19, опорная стойка вала маховика - 20, валы - 21, ускоряющий редуктор - 22 и электрогенератор - 23. При движении крыла вверх-вниз скоба 15 повторяет его движение. Через шаровой шарнир это движение передается на шатун - 17, палец - 18 и обеспечивает вращательное движение маховика - 19, вращающийся вал которого через муфты - 21, повышающий обороты редуктор - 22 вращает вал электрогенератора - 23, вырабатывающего электроэнергию - 24. При этом опорная стойка - 20 вала маховика - 19, ускоряющий редуктор - 22 и генератор - 23 стоят на опорной плите - 25, лежащей на земле.
Важной особенностью Способа и его устройства является возможность наращивания мощности вдоль поверхности земли, уменьшая опрокидывающий момент устройства, что обычно упрощает и удешевляет конструкцию, повышает надежность при эксплуатации. К тому же отсутствие вращающих частей устройства улучшает его экологические характеристики и расширяют область применения