CN102057157A - 风力涡轮机 - Google Patents

Abstract

公开了一种被设置成在有限区域中运转的风力涡轮机。该风力涡轮机被限制在两个轴向移位的端板和完全相对的风障内。风障平行于该轴线并且在端板之间延伸。每个风障具有轴向延伸的内缘，其与涡轮机叶片的外扫掠面径向间隔开小于涡轮机半径的20％。在另一个实施方式中，公开了一种风力涡轮机的2维阵列，并且风障被设置在两个平行轴线之间。

Description

风力涡轮机

技术领域

本发明涉及风力涡轮机。更具体地，它涉及具有通常垂直于风向的旋转轴的风力涡轮机。这种涡轮机通常被称之为横流式涡轮机。它们还被称之为“垂直轴式”涡轮机，尽管此术语会使人误解。

背景技术

风力涡轮机通常可分为两种类型：“水平轴式”风力涡轮机(HAWT)，其具有设置成与主风向对准的旋转轴；和横流式或者“垂直轴式”风力涡轮机(VAWT)，其具有设置成通常垂直于主风向的旋转轴。

在VAWT类型内，涡轮机通常属于两种进一步的类型中的一种：阻力型和升力型。

阻力型涡轮机，其中最著名的是Savonius风力涡轮机，其通过使每个叶片在顺风运动时比逆风运动时具有更大的阻力来运转。该阻力差产生围绕轴的扭矩，这导致叶片围绕该轴的旋转。

诸如Darrieus涡轮机之类的升力型涡轮机利用围绕叶片的气流在叶片上产生升力，该升力被转换成旋转运动。

阻力型叶片必然被限指成以比主风缓慢的方式移动。然而，升力型叶片可达到叶尖速度比(叶尖的速度：主风速)完全超过1.0。

在产生动力的方面，升力型VAWT通常明显比阻力型VAWT的效率更高。尽管如此，在制造高效的商用VAWT中已经发现了多个问题。

一个问题在于涡轮机启动以及轻风中的运转。升力型涡轮机依靠由旋转的叶片提供的升力—由此，涡轮机的旋转需要自保持特定的速度。这会需要提供电动机来启动涡轮机。同样，如果风速不足以维持最低的涡轮机转速，则涡轮机将停机。

所发现的另一个问题存在于间隔涡轮机。在附近没有会作用以使风速变慢的障碍物的情况下，风力涡轮机通常最好在“清洁的”空气中运转。为此，通常必须将涡轮机间隔开，以使它们不会干扰彼此的气流。

本申请人的当前待审查的国际专利申请No.PCT/AU2007/001865设法通过将阻力型涡轮机的特征并入到升力型涡轮机中来克服这些问题中的第一个问题。这是通过将部分切掉的或“杯状的”特征并入到每个涡轮机叶片的内表面中来实现。支持该原理的思想在于，该涡轮机将利用叶片的外表面与内表面之间的阻力差在低速时产生扭矩，并且该扭矩足以将转子加速到产生充分的升力以为转子提供动力的速度。

进一步的研究和发展已经表明，这种“杯状部”的存在对涡轮机叶片的空气动力特性具有显著的影响，这导致高速下产生的升力的变小。如在在先申请中所提出的那样，已经确定切掉50％的叶形片会导致涡轮机性能下降超过10％。另外，引入杯状部会导致叶片中的结构上的弱点，这降低了叶片刚性。还已经发现由杯状部或者剪切部的存在所引起的改变了的气流会导致噪音的增大。

本发明试图提供一种以比PCT/AU2007/001865中所公开的涡轮机更为有效地运转的风力涡轮机。它还试图解决间隔涡轮机的问题，并且提供一种可将多个涡轮机以紧凑的方式设置的布置。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种风力涡轮机，其具有中心轴线；至少一个第一端板和第二端板，每个第一端板和每个第二端板横向于该轴线安装并且被设置成围绕该轴线旋转，第一端板与第二端板轴向间隔开；多个涡轮机叶片，其在第一端板与第二端板之间延伸并且被设置成围绕该轴线旋转；和至少两个大体上完全相对的风障，每个风障大体上平行于轴线地在第一端板的轴向位置与第二端板的轴向位置之间延伸，每个风障具有轴向延伸的内缘，其与涡轮机叶片的外扫掠面径向间隔开。虽然可以预料到，风障与外扫掠面之间的间隔在外扫掠面的半径的2％至20％之间是可以获得有益效果的，但该间隔为外扫掠面的半径的约7％是优选的。

人们相信，端板与风障结合以在旋转中的叶片周围产生相对高压的空气区域。这又会在穿过涡轮机的低速高压的空气区域与高速低压的空气区域之间提供相对大的压差。结果，空气被有效地“吸入”穿过该涡轮机。

人们同样相信，在垂直于旋转方向的平面中形成物理障碍的端板用来捕获相对于该涡轮机的倾斜方向定向的风。这意味着风力涡轮机能够被固定在其主轴线处于水平方向中的适当位置中，并且仍然在从几乎所有的方向上捕获风能方面是有效的。

每个风障具有迎风面和背风面。迎风面的角度方位在相对于轴线径向排列的30°的范围内是优选的。更为优选的是，该背风面与该轴线大体上径向对准。同样，背风面优选地处于相对于轴线径向排列的30°的范围内，并且该背风面更为优选地大体上与轴线径向对准。换句话说，对于风障而言最为优选的布置是通过径向定向的板形成。在此布置中，轴向延伸的内缘最为优选地是与该板成直角，并且将锐化边缘朝向进入的风流。该板可有利地是相当薄的、小于涡轮机半径的20％。该板厚可约为3mm。这是与直观相违背的，这是因为申请人已知的所有现有技术均建议利用成角度的挡风板来朝向涡轮机“集中”风，这产生了尽可能平稳的气流。

本发明由此通过利用空气压差而不是简单地利用所穿过的空气的体积来实现有效的操作。

大型风力涡轮机可通过如所述的同轴的多个风力涡轮机，并且将每个单独的涡轮机视为大型涡轮机的涡轮机单元来形成。这可以是一种模块化的布置，并且，邻接的涡轮机单元通过诸如锁定装置之类的适当的连接装置连接。该风障可以是与相应的涡轮机单元相关联的离散构件，或者可以是沿着大型涡轮机的长度设置的连续的条状构件。邻接的涡轮机单元上的涡轮机叶片的角度方位是相对偏移的是优选的。这将为轴向安装的发电机提供更为平稳的扭矩。

该涡轮机可被设置成它的轴线是水平的或者垂直的(或者，甚至是，处于另一角度)。在将涡轮机设置成具有垂直轴线的情况下，还可提供用于基本上垂直于风流定位风障的装置。在简单的实施方式中，该装置可被附连至风障的背风面的翼片。

在本发明的第二方面中，提供一种风能捕获装置，其包括多个如上所述的涡轮机，这些涡轮机被设置成使得相应的轴线彼此平行并且间隔开大于每个涡轮机的外扫掠面的半径的两倍的距离，并且优选地小于每个涡轮机的外扫掠面的半径的四倍。风障被设置成使得它们的轴向延伸的内缘被定位在由相应的轴线限定的平面中。优选地是，风障被设置成使得定位在涡轮机之间的每个风障具有相对于涡轮机中的第一涡轮机的内部轴向延伸缘和外部轴向延伸缘，并且，该外部轴向延伸缘相对于涡轮机中的第二涡轮机作为内部轴向延伸缘。该方面确认，单个涡轮机的操作将不会对相邻的涡轮机周围的空气压力产生重大的影响。这与需要大体积的空气的已知涡轮机相比，这些涡轮机必须被适当间隔开以确保每个涡轮机均处于“清洁的”空气中。优选地，相邻的涡轮机被设置成反向旋转。

该风能捕获装置可由风力涡轮机的阵列形成，并且多个共轴的涡轮机位于平行轴线中的每个上。

根据本发明的第三方面，提供一种具有多个围绕中心轴线旋转的叶片的风力涡轮机，每个叶片被定向成大体上平行于该轴线，每个叶片具有朝向该轴线定向的内表面和远离该轴线定向的外表面，至少一个叶片具有带有连续弯曲的外表面和内表面的翼形，使得当叶片围绕该轴线旋转时在叶片上产生升力，该叶片是不对称的，并且，外表面是凸状的且内表面是至少部分为凹状的。

在优选实施方式中，内表面沿着它的长度从叶片的前缘到叶片的后缘是凹状的，，曲率半径大于从该轴线到内表面的最外点的距离。该外表面是凸状的，并且，远离前缘的曲率半径与从该轴线到外表面的最外点的距离大致相同，并且该外表面具有位于该轴线的前部的曲率中心。这有效地使叶片倾斜，当迎风移动时增大冲角。该布置使得中弧线在叶片的前缘处大体上垂直于涡轮机半径，并且朝向叶片的后缘相对于该轴线向内弯曲。

附图简述

参照本发明的风力涡轮机的优选实施方式进一步描述本发明将是方便的。其它的实施方式是可能的，并且因此，下列讨论的细节并不被理解为代替本发明的先前描述的通性。在附图中：

图1是根据本发明的风力涡轮机单元的横截面侧视图；

图2是包括三个风力涡轮机单元的风力涡轮机的主视示意图，这三个风力涡轮机单元如图1中所示，并被同轴设置；

图3是包括六个风力涡轮机单元的风能捕获装置的横截面主视示意图，这六个风力涡轮机单元如图1中所示、设置在三个模块中，每个模块具有两个涡轮机单元；

图4是图3的风能捕获装置内的连接装置的横截面示意图；

图5是图1的风力涡轮机的端视示意图；

图6是包括多个风力涡轮机的风能捕获装置的前视图，这些风力涡轮机如图2中所示、设置在二维阵列中；

图7(a)和7(b)是图6的风能捕获装置的一部分的横截面视图，示出了旋转方向；

图8是根据本发明的风力涡轮机的被设置为垂直定向的横截面俯视图；

图9是用于本发明的试验设备的主视示意图；和

图10是示出了来自图9的设备的典型试验数据的图表。

具体实施方式

图1示出了风力涡轮机单元10的横截面。此实施方式的风力涡轮机单元10具有围绕中心轴线设置的轴12、两个叶片14和两个端板16。

端板16是平行的、圆形的并且以轴12为中心。在横截面中，它们限定风力涡轮机单元10的外部圆周18。从中心轴线到该外部圆周的距离可被视为涡轮机半径。

涡轮机单元10具有第一端板16和第二端板16，它们被轴向间隔开并且用来限定涡轮机单元10的第一轴向端和第二轴向端。涡轮机叶片14在第一端板16与第二端板16之间延伸。当端板16围绕该轴线旋转时，叶片14由此同样围绕该轴线旋转。

叶片14是围绕该轴12完全相对的。每个叶片14具有前缘20和后缘22，它们通过外表面24和内表面26相连。该叶片14在横截面上具有不对称的翼型形状，并且外表面24起到低压面的作用而内表面26起到高压面的作用。叶片14经由空气的运动由此产生通常远离该轴12起作用的升力。

该外表面24包括连续的凸曲线。在邻近的前缘20处，外表面弯曲以呈现特有的前缘形状，除了该邻近的前缘20以外，该外表面24的曲率半径大体上等于从涡轮机轴线到外表面24的最外面部分的距离。该外表面24的曲率中心位于涡轮机轴线的前部。换句话说，外表面24相对于圆周定向是“倾斜的”，以在逆风移动时增大叶片14的冲角。同样，叶片14的外表面24与风力涡轮机单元10的外部圆周18之间的距离在后缘22处比在前缘20处大。

内表面26包括连续的凹曲线，其具有大于涡轮机半径的曲率半径。这导致叶片14在形状上是鳞茎状的，并且内表面和外表面两者都具有处于叶片14的内侧上的曲率中心。

中弧线为前缘20与后缘22之间、位于外表面与内表面之间的曲线，该中弧线大体上在前缘20处与中心轴线相切，并且具有朝向后缘22逐渐减小的曲率半径。

叶片14被设置成使得外表面24的径向最外部接近风力涡轮机单元10的外部圆周18。当叶片14围绕它们的轴线旋转时，它们因而限定形状为圆筒形的外扫掠面，并且半径接近但略小于涡轮机半径。

图1示出了作用在叶片14上的风流30。在叶尖速比(TSR)小于1的情况下，风将引起作用在叶片14的迎风的任一表面上的阻力。如图1所示，这作用在上部叶片14的内表面上以及下部叶片14的外表面上。内表面26上的凹曲线比外表面24上的凸曲线提供大得多的阻力。作为阻力差的结果，围绕轴12在其周围产生扭矩，这导致叶片在顺时针方向上的旋转，如在图1的方位上看到的那样。

当叶片旋转时，通过气流产生相对于叶片14的翼型形状的附加的升力和阻力。该升力遍及位于该轴线前面的线条起作用，并由此将大于由阻力所产生的相反扭矩更大的扭矩提供至轴12。此扭矩将叶片14加速至叶尖速比可充分超过1的情况。在此情况下，叶片14的内表面正以比风速更快的方式移动，因此，相对于叶片14的从前缘20到后缘22的气流的效应远大于风流30的作用在内表面26上的直接效应。

图2示出了包括同轴连接的三个风力涡轮机单元10的风力涡轮机40。该布置使得邻接的涡轮机单元10共享端板16。在此实施方式中，每个涡轮机单元10的叶片14相对于相应邻接的涡轮机单元成角度地偏移60°。该布置有助于提供更为平稳的扭矩，其对脉动的敏感度小于单个涡轮机单元对脉动的敏感度。

图3中示出了涡轮机单元10的大型的同轴布置。在此实施方式中，风能捕获装置50是一种模块化的布置，其具有三个涡轮机模块42。每个涡轮机模块42都类似于图2的涡轮机40，然而仅仅包括二个涡轮机单元10。将会注意到的是，邻接的涡轮机单元的叶片由此偏移90°。

该风能捕获装置50包括安装于该装置50的轴向端处的单个发电机52。该布置使得将由六个涡轮机单元10中的每个所产生的扭矩沿着轴12传送至发电机52。

涡轮机模块42通过连接装置接合于相邻的涡轮机模块42。一个这样的连接装置是如图4中所示的锁定布置54。该锁定装置54包括设置在邻接的轴承58内的互锁的连接器56。轴承58可在它们的外部上例如通过利用框架而被固定在一起。将会理解到的是，如果需要的话，这种连接形式可用来有角度地偏移邻接的涡轮机模块42的叶片。

图5示出了图1的涡轮机单元10的横截面视图，并且风障62被设置成邻接涡轮机单元10。风障62均包括长形板，其沿着涡轮机单元10的外侧从第一端板16的轴向位置处的第一端轴向延伸至第二端板16的轴向位置处的第二端。此实施方式示出了两个风障62，它们都相对于中心轴线在径向上定向并且围绕涡轮机单元10被完全间隔开。在已验证的实施方式中，风障62具有约3mm的厚度。设想利用具有小于5mm的厚度的风障62将获得良好的结果。利用达到约10mm的厚度的屏障62同样可得到可接受的结果。这针对涡轮机半径为约225mm的情况。

风障62均具有轴向延伸的内缘64和轴线延伸的外缘66。内缘64与风力涡轮机间隔开狭窄的间隙，并且从叶片14的外扫掠面到风障的内缘的间距约为外扫掠面的半径的7％。在下述已验证的实施方式中，已经证实5-35mm的间隙是有效的。

内缘64与端板16的外部圆周18之间的间隙小于外扫掠面的半径的1％。这试图防止涡流在外部圆周18的周围卷动。

风障62均具有迎风面68和背风面70。在附图的优选实施方式中，迎风面68和背风面70均是大体上径向排列的，并且，内缘64与迎风面68和背风面70成直角。优选的是，内缘64与屏障62的面68、70之间的接合是90°或者约为90°，而不是倾斜的或圆形的。

设想可将风障定向为与径向成一定角度，并且达到30°的偏移无论如何都被认为是可能的，虽然更小的角度是所希望的。因此，在其它实施方式中，风障可以是V形的而不是板状的，并且夹角达到60°。

可选择地，风障62可包括接近内缘64的窄部和与内缘64间隔开的宽部65，以便提供额外的结构支撑。这种屏障62的示例可在图7中见到。

风洞试验显示出，与端板16协作的风障62的存在导致穿过涡轮机单元10的气流的加速。特别地，试验已经测定出穿过涡轮机单元10的风速大于处于风障62的外缘66的外侧的“自由”气流区域中的风速。

这种现象不是完全得到理解的，但是推测出，利用大体上垂直于风流定向并且具有整齐的边缘的平板在风力涡轮机单元10的周围产生高气压区。然后，空气涡轮机内的相对的低压会用来加速经过的空气。

图6示出了本发明的另一实施方式，其为包括类似于图3中的涡轮机模块的四个涡轮机模块42的风能捕获装置80。然而，在图6的情况下，涡轮机模块以阵列的方式布置，并且，两个平行轴中的每一个上各设置两个涡轮机模块42。

该布置使得两个轴是共面的，并且轴间的风障62处于这些轴所在的平面内。每个风障62均由此充当用于两个涡轮机42的屏障62，并且，一个边缘既是用于一个涡轮机的内缘64又是用于相邻涡轮机的外缘66。

此原理的风洞试验已经产生了惊人的结果。在已经利用平行的轴对两个涡轮机40进行试验的情况下，该组合涡轮机输出功率已经超过了针对其进行单独试验的每个涡轮机40的输出功率之和。推测这是由上述风压差理论的更为完整的应用所导致的。

设想邻接的轴将被设置成相对于彼此反向旋转。这在图7中概念地示出。

尽管已经针对涡轮机轴线是水平的情况描述了每个所述实施方式，但是，设想还可垂直地设置涡轮机单元10。图8示出了配置涡轮机单元10的一个这种方法，并且，风障62安装在涡轮机单元的周围，以便围绕该涡轮机轴线旋转。在此实施方式中的风障62包括导流翼片72，其用来将风障62定向成垂直于风流30。

对于本领域技术人员而言是显而易见的修改和变化被认为是处于本发明的范围内。例如，该涡轮机单元可被布置成具有一些被设置成用以在TSR超过1的速度下运转时获得更大升力的叶片以及一些被设置成用以在低速运转中由于阻力差而获得更大扭矩的叶片。

如前所述，上述实施方式中的一部分已经经历了风洞试验。

该试验在宽为2.85m并且高为2.24m的风洞77中进行，该风洞77利用风洞风扇以20Hz供给理论速度为4.0ms^-1的风。所检测到的实际风速在涡轮机的上游1m处的测量值表示实际风速在约3.5ms^-1至4.5ms^-1之间。

图9中示意性地示出了试验设备。它包括彼此叠置的两个风力涡轮机40。每个涡轮机40包括同轴安装的三个涡轮机单元10。涡轮机40被设置在垂直定向的框架75内，该框架75包括其间设置有两个涡轮机40的三个水平的风障62。该框架75还包括垂直排列的侧部构件，这些侧部构件既提供结构支撑，又使涡轮机40能够被设置在风洞77的中央内、位于风洞地板的上方。

该框架75限定两个长为2.53m、高为0.66m的长方形空间。装置40均具有2.34m的轴向长度和435mm的直径。

三组试验如下执行：一组试验仅仅利用上部涡轮机40并且将下部涡轮机移除(留下框架75的空洞部分)；类似的一组试验仅仅利用下部涡轮机40；并且一组试验使两个涡轮机40均处于适当的位置中。图10中示出了此试验的有代表性的结果。

值得注意的是，单独运行每个涡轮机40并且留下框架75的空洞部分，这导致每个装置的输出功率为约10瓦，并且效率为约27％。使两个涡轮机40同时运转产生约30瓦的总输出功率，并且效率为约41％。

Claims (27)

1.一种风力涡轮机，所述风力涡轮机具有：

中心轴线；

至少第一端板和第二端板，所述第一端板和所述第二端板中的每个都横向于所述轴线安装并且被设置成围绕所述轴线旋转，所述第一端板和所述第二端板被轴向间隔开；

多个涡轮机叶片，所述多个涡轮机叶片在所述第一端板与所述第二端板之间延伸并且被设置成围绕所述轴线旋转；和

至少两个基本上完全相对的风障，每个所述风障基本上平行于所述轴线地在所述第一端板的轴向位置与所述第二端板的轴向位置之间延伸，每个所述风障具有轴向延伸的内缘，所述内缘与所述涡轮机叶片的外扫掠面径向间隔开。

2.如权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述风障与所述外扫掠面之间的间距在所述外扫掠面的半径的2％至20％之间。

3.如权利要求2所述的风力涡轮机，其中，所述风障与所述外扫掠面之间的间距为所述外扫掠面的半径的约7％。

4.如前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，每个所述风障具有迎风面和背风面，并且所述迎风面的角度方位处于相对于所述轴线径向排列的30°的范围内。

5.如权利要求4所述的风力涡轮机，其中，所述迎风面与所述轴线基本上径向对准。

6.如权利要求4或权利要求5所述的风力涡轮机，其中，所述背风面优选地处于相对于所述轴线径向排列的30°的范围内。

7.如权利要求6所述的风力涡轮机，其中，所述背风面与所述轴线基本上径向对准。

8.如权利要求7所述的风力涡轮机，其中，所述风障是板，所述板带有与所述板成直角的轴向延伸的内缘，并且，所述内缘将锐化边缘朝向进入的风流。

9.如权利要求8所述的风力涡轮机，其中，所述板具有小于涡轮机半径的2％的厚度。

10.一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括同轴安装的多个风力涡轮机单元，每个所述风力涡轮机单元是如前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机。

11.如权利要求10所述的风力涡轮机，其中，邻接的涡轮机单元通过锁定装置适当地连接。

12.如权利要求10或权利要求11所述的风力涡轮机，其中，所述风障是与相应的涡轮机单元相关联的离散构件。

13.如权利要求10或权利要求11所述的风力涡轮机，其中，所述风障是沿着所述风力涡轮机的长度设置的连续的条状构件。

14.如权利要求10-13中任一项所述的风力涡轮机，其中，邻接的涡轮机单元上的涡轮机叶片的角度方位是相对偏移的。

15.如权利要求10-14中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述涡轮机的轴线是水平的。

16.如权利要求10-14中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述涡轮机的轴线是垂直的。

17.如权利要求16所述的风力涡轮机，其中，所述涡轮机包括用于基本上垂直于风流定位所述风障的装置。

18.如权利要求17所述的风力涡轮机，其中，所述用于定位所述风障的装置包括附连至所述风障的所述背风面的翼片。

19.一种风能捕获装置，所述风能捕获装置包括多个如前述权利要求中任一项所述的涡轮机，所述涡轮机设置有相应的轴线，所述轴线彼此平行并且间隔开大于每个涡轮机的外扫掠面的半径的两倍的距离。

20.如权利要求19所述的风能捕获装置，其中，所述相应的涡轮机轴线彼此间隔开小于每个涡轮机的所述外扫掠面的半径的四倍的距离。

21.如权利要求19或权利要求20所述的风能捕获装置，其中，风障被设置成使它们的轴向延伸的内缘位于由所述相应的涡轮机轴线限定的平面中。

22.如权利要求21所述的风能捕获装置，其中，所述风障被设置成使得定位在涡轮机之间的每个风障具有相对于所述涡轮机中的第一涡轮机的内部轴向延伸边缘和外部轴向延伸边缘，并且，所述外部轴向延伸边缘相对于所述涡轮机中的第二涡轮机作为内部轴向延伸边缘。

23.如权利要求19-22中任一项所述的风能捕获装置，其中，相邻的涡轮机被设置成反向旋转。

24.如权利要求19-23中任一项所述的风能捕获装置，其中，所述风能捕获装置由风力涡轮机的阵列形成，并且，多个共轴的涡轮机位于所述平行轴线中的每个上。

25.一种风力涡轮机，所述风力涡轮机具有设置成用于围绕中心轴线旋转的多个叶片，每个叶片被定向成基本上平行于所述轴线，每个叶片具有朝向所述轴线定向的内表面和远离所述轴线定向的外表面，至少一个叶片具有带有连续弯曲的外表面和内表面的翼形，从而使得当所述叶片围绕所述轴线旋转时，在所述叶片上产生升力，所述叶片是不对称的，并且，所述外表面是凸状的且所述内表面是至少部分为凹状的。

26.如权利要求25所述的风力涡轮机，其中，所述内表面沿着它的长度从所述叶片的前缘到所述叶片的后缘是凹状的，所述内表面的曲率半径至少大于从所述轴线到所述内表面的最外点的距离。

27.如权利要求25或26所述的风力涡轮机，其中，所述外表面是凸状的，所述外表面的远离所述前缘的曲率半径与所述轴线到所述外表面的最外点的距离大致相同，并且所述外表面具有位于所述轴线的前方的曲率中心。

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