CN102317623A - 加速机器的构造和操作的有效系统和方法 - Google Patents

Abstract

在本发明实施例中，描述了对于将流体能量转换成例如电能的另一形式能量所具有的效率的改进能力，其中流体能量转换模块的阵列被包含在可扩展模块化网络式上层结构中。在某些优选实施例中，多个涡轮机，例如风力涡轮机，可以被置于阵列中，其中多个阵列可以彼此接近地被置于适当设置中且设有适于在阵列中紧密装填的几何构造且其他参数被优化成从流体流动汲取能量。此外，涡轮机可以是针对变化条件的涡轮机或涡轮机阵列的更有效的改型，所述变化条件包括一个阵列中不同涡轮机间或者一组阵列中不同涡轮机间可能不同的流体条件。

Description

加速机器的构造和操作的有效系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年12月10日提交的美国临时申请61/121,412的优先权，其全部内容并入本文以供参考。

本申请要求2008年12月10日提交的美国专利申请12/332,313的优先权，其全部内容并入本文以供参考。

下面的申请也与本公开相关：2009年12月10日提交的美国申请61/285,381，其全部内容并入本文以供参考。

技术领域

本发明涉及能量转换，并且在某些优选实施例中涉及从流体流动（例如风）向其他能量类型（例如电能）的能量转换。

背景技术

在过去通常使用大型奇异水平轴线涡轮机来实现从流体流动（例如风）向电能的能量转换。这种构造的能量转换效率会受到限制。例如风能的替代性能源被逐渐更多地用于对抗矿物燃料的日益增加的能量成本，因此最大化与这些替代性能源相关的能量效率变得更加重要。存在对于将能量从流体流动转换到电能的改良方法和系统的需要。

发明内容

在本发明的实施例中，描述了对于将流体能量转换成其他能量形式（例如电能）的效率的改进能力，其中流体能量转换模块阵列被容纳在可扩展式模块化网络化上层结构中。在某些优选实施例中，多个涡轮机，例如风力涡轮机，可以被置于阵列中，其中多个阵列可以彼此靠近地被置于适当设置中且设有适于在阵列中紧密装填的几何构造且其他参数被优化成从流体流动汲取能量。此外，涡轮机可以是针对变化条件的涡轮机或涡轮机阵列的更有效率的改型，所述变化条件包括阵列中不同涡轮机间或者一组阵列中不同涡轮机间的可能不同的流体条件。

这里描述的方法和设备可以允许加速机器具有更有效率的构造或操作。这些可以大体应用于将流体能量向动力的转换，机器产量的增加或稳定，将流体能量转换为动力所必须的机构的有成本效益的构造，等等。公开了涉及加速阵列的安装、结构性支撑、操作等的结构和方法。描述了从流体流动汲取能量的替代性方法。此外，公开了优化转子轮廓、负载、喷嘴喉管内存在的较高速率环境中的尖端速度等之间的关系的方法。此外，公开了优化与加速机器的安装、操作、维修等有关的成本-产量关系以便在可实现实施例的参数范围内产生最小能量成本的方法。此外，公开了建模和优化加速喷嘴及其相应的与流动相关的部件的进一步方法。

从优选实施例的下面的具体描述和附图中，本领域的技术人员将显而易见到本发明的这些和其他系统、方法、目标、特征和优点。这里提到的所有文献的全部内容被并入本文以供参考。

附图说明

参考附图可以理解本发明及其某些实施例的下述具体描述。

图1示出了动力学获取设备。

图2示出了动力学获取设备阵列。

图3示出了直角多边形扩张出口、模块和阵列。

图4示出了复杂形貌的连接件和构件。

图5A和图5B示出了具有可变密度和轮廓的结构性构件的示例。

图6A和图6B以平面方式和轮廓方式示出了线性扇形。

图7示出了与75m水平轴线风力涡轮机相比具有相同面积的85m×51m均一阵列。

图8示出了与75m水平轴线风力涡轮机相比具有相同面积的100m×44m均一阵列。

图9A和图9B示出了一系列阵列的侧视图和主视图。

图10示出了具有取向尾迹的不均匀阵列。

图11示出了具有三个集成发电机的阵列。

图12示出了集成发电机模块的示例。

图13示出了具有存储器的阵列。

图14示出了三角上层结构中的模块。

图15示出了喷嘴的部件。

图16示出了串联设置的两个喷嘴。

图17示出了六边形喷嘴的侧视图。

图18示出了具有圆形喉管和多边形出口的喷嘴。

图19示出了两个被嵌套的喷嘴。

图20示出了上层结构连接件。

图21示出了水平轴线风力涡轮发电机设置。

图22示出了六边形模块的上层结构和模块设置。

图23示出了方形阵列的空间框架。

图24示出了喷嘴多边形进入口的示例。

图25示出了方向阵列中动力传递的示例。

图26示出了初始进口动量矢量的图示。

图27示出了具有截头进口和出口的喷嘴。

图28示出了具有截头进口和1/r-0插值曲率的喷嘴。

图29示出了入口几何构造的弧形段图示。

图30示出了多叶片构造。

图31示出了3叶片转子效率图。

图32示出了年度速度分布图。

图33示出了线性速度的年度分布动力输出。

图34示出了转移较重负载时的年度分布。

图35示出了处于打开位置的12个叶片，其中速度近似处于1-3m/s范围内。

图36示出了处于打开位置的6个叶片，其中速度近似处于3-6m/s范围内。

图37示出了处于关闭位置的3个叶片，其中速度为大约6+m/s。

图38示出了打开和闭合外形的示例。

图39示出了由具有中心质量储存器的可旋转主体构成的转子。

图40示出了加重结构的初始位置。

图41示出了处于后续位置的加重结构。

图42示出了运动中的3叶片结构。

图43示出了具有质量控制通道和中心质量储存器的3叶片结构。

图44示出了分形式空间框架的实施例。

图45示出了分形式空间框架的构造的实施例，其中可以添加额外构件。

图46示出了三重迭代八面体空间框架的实施例。

图47示出了加速阵列的实施例。

图48A-B示出了结构性构件的实施例。

图49示出了单个“桅杆”框架的实施例。

图50示出了阵列5004和外部结构的一部分的实施例。

图51A-E示出了具有多边形变型的外部上层结构。

图52示出了具有基础多边形和多面体构件的结构。

图53示出了具有基础多边形和多面体构件的结构，其使用承载件安装。

图54示出了具有球状喉管的等轴喷嘴。

图55示出了喷嘴横截面外形。

图56示出了钻通孔示例。

图57示出了示例性叶片形状。

图58示出了示例性叶片形状。

图59示出了示例性叶片形状。

图60示出了本发明实施例中的成本产量优化的流程图。

图61示出了影响年度产量的要素的实施例。

图62示出了转换矩阵的实施例。

图63示出了加速矩阵的实施例。

图64示出了质量吞吐量效率矩阵的实施例。

图65示出了喷嘴效率行矩阵的实施例。

图66示出了转子效率矩阵的实施例。

图67示出了发电机的RPM负载参数矩阵的实施例。

图68示出了喷嘴-转子对矩阵的实施例。

图69A-B示出了径向速度机器的实施例。

图70示出了被流体冷却的发电机实施例。

图71示出了本发明的风力动力模块优化算法实施例。

图72示出了本发明的风力动力支撑结构实施例。

图73示出了本发明的风力动力喷嘴实施例。

图74示出了本发明的风力动力支撑结构实施例。

图75示出了本发明的风力动力系统实施例。

图76示出了本发明的风力动力系统成本产量优化算法实施例。

虽然已经结合某些优选实施例描述了本发明，不过其他实施例可以被本领域技术人员所理解并包含在此。

这里参考的所有文献均并入本文以供参考。

具体实施方式

本发明可以由n×m模块化阵列所组成，该阵列具有多个产能模块（在某些优选实施例中是风力涡轮机），这些模块设置在阵列中且相对于流体流动取向，其中多个模块化能量转换单元被优化地设置在给定阵列构造中从而最大化能量输出。

在实施例中，阵列取向所朝向的流体流动可以优选地是自然或人工产生的差动流动，例如风、太阳能烟囱、差动隧道流动以及自然情况或人工情况下的类似流动，而且也可以是由原动力产生的“尾”流或其逆流，该原动力例如潮汐、旋转、流体、气体移位等等。图1示出了本发明的实施例，其示出了在具有上层结构和电气下层结构的阵列124中的四个代表性模块110的部件，包括喷嘴设备104（其依次可以具有结构性特征和定向设备）、动能获取设备108（其可以包括转子，例如具有叶片和毂的转子）、驱动设备112（例如传动驱动设备）、发电机122、结构102、定向设备114、叶片118、毂120等等。在实施例中，由模块110构成的阵列124可以与集成或非集成的上层结构和电气下层结构相关联，其可以与能量处理设备130和能量存储设备132接口。应该理解的是，可以在阵列124中提供任意数量的模块110，优化阵列124可以包括远多于四个模块110。

如图1所示，承载件128，例如球颈承载件等或例如具有一定材料性能的承载件，例如Teflon承载件等等，或者流体承载件、磁性承载件、整体承载件（例如圆锥/球承载件）等等，或具有这些承载件的全部或一部分性能的一些组合承载件，可以被用于支撑模块阵列，从而例如允许阵列绕竖直轴线旋转、允许阵列相对于流体流动方向取向（或自定向，如某些优选实施例中所述）。在使用磁性承载件或类似承载结构的情况下，承载结构可以产生附加能量，其用于立即使用或用于暂时存储。驱动设备和发电机可以关联于包括导电介质的电气下层结构，该导电介质例如导电金属、导电流体等等，如磁流变流体、铁磁性流体、超导体等等，或者是导电气体，其可以与阵列的上层结构集成在一起或者相关联，以便来自模块的能量可以传输到外部能量处理设备并且任选地传输到局部或全局能量存储设备，例如飞轮、压缩空气、引力存储（泵送流体、气体或固体到一定高度差）、电池、多个电池等等，以及到能量转换设备，例如电解氢和氧的生产设备，或者运输、终端使用、存储、设备等的一些组合。在实施例中，与电分配或传动系统相关的磁特性可以被用于帮助定向阵列，例如在发电机转子中（例如使用电流的磁特性来激励包含传输设备的定子）。

参考图2，阵列124，例如结合图1所述的那些阵列，每个均包含多个模块110，其可以又被构造成多个阵列124，这些阵列124相对于彼此被设置且相对于流体流动方向被定向。图2示出了被构造成棋盘模式的四个阵列124的一种可能视图，这是一组阵列124的一种优选实施例。在实施例中，阵列124可以被设置成大量组合，例如这里描述的棋盘，其可以使用矩阵来划分给定部位。一种选择可以是菱形模式，其具有从1×1棋盘实施方式到n×m实施方式的间距范围，其中1-n可以指代形成菱形的单元的数量。另一选择可以是弧形设置，其中曲率范围可以从0到1，且间距结构范围从1到n。可替代地，可以根据构型中所用阵列的具体特性来完全填充矩阵。此外，阵列可以被共同安装在这里描述的任意机器分布中的单个子结构上。在实施例中，本发明可以提供适于由空气流动产生电能的喷嘴阵列。该阵列可以被构造成阵列被置于具有多个类似阵列的矩阵设置中，例如被嵌入在棋盘模式、菱形模式、规则模式、不规则模式、弧形模式、填充模式等等中。

如图3所示，n×m模块化阵列302可以由可扩展模块化网络式上层结构构成，从而既为至少一个模块提供支撑又提供了设备以用于对于来自各个模块的动力的动力控制、管理和收集以及将所述动力转化并传输到多个存储单元、输电网或其组合。在实施例中，本发明可以提供适于由空气流动产生电能的喷嘴阵列，其中该阵列可以被可扩展模块化上层结构支撑。该上层结构可以是模块化组件，其使用例如空间框架类型、测地线型、正交等形状。上层结构可以是喷嘴结构的集成类型，例如基于柔性压力的集成结构、刚性单元格的集成结构等等。上层结构元件可以被连接设备连接，该连接设备例如焊接、胶粘、接触熔焊设备、锁定机构等等。在实施例中，上层结构可以包括能够被现场组装的结构化部件和连接件。上层结构及其元件可以具有复杂的局部和全局三维形貌，以便最大化载重特性，最小化材料使用，最小化材料重量等等。上层结构的结构化构件可以具有均一的圆形外形、多边形外形、椭圆形外形、方形外形、三角形外形、n角星外形等等。上层结构的结构化构件可以具有可变外形，例如具有线性扇形、径向曲率变异性、椭圆曲率变异性、方形变异性等等。上层结构的构件可以是绝缘束状结构（isotruss）类型的固性可变的结构。上层结构的元件可以包括聚合物、复合材料、金属泡沫、复合泡沫、合金等中的至少一种。

图4示出了复杂形貌的连接件和构件402的实施例。在实施例中，这可以提供复杂模型形貌的示例，其试图减少材料的使用并且最大化结构特性，并且采取表面结构、外形、固性可变结构等的形式。

图5示出了结构化构件502A和502B的实施例。这些示例可以是具有可变密度和外形的结构化构件。这些可以代表可能的复杂形貌构件的子集。例如，在左侧的构件502A可以通过丝线缠绕而被制成，并且右侧的构件502B可以是被拉拔或模制成型的纤维增强塑料。

图6示出了线性扇形（linear scalloping）的实施例，例如用于壁部喷嘴、结构化构件等等。这可以为喷嘴、结构化构件等提供复杂的壁。左侧的线性扇形602A的图示呈现了扇形表面取向，右侧的线性扇形602B的图示以外形图方式呈现了扇形。

上层结构可以是自定向的（例如因为喷嘴形状的原因），并且可以包括以固定实施方式来机械地（这里描述的）或以其他方式控制阵列或阵列内的模块相对于流体流动方向的取向的方法或系统。机械定向的方法可以包括偏航马达、存储能量的飞轮等等，或者本领域公知的其他方法。可替代地，它们可以被安装在活动平台上以便寻求最佳流动条件。在实施例中，本发明可以提供适于由空气流动来产生电能的喷嘴阵列。该阵列可以包括自定向喷嘴，自定向喷嘴被构造成具有使用气流来定向喷嘴的非机械化元件，自定向喷嘴在阵列的不同部位处具有独立取向，等等。阵列可以包括能够定向到气流的竖直分量的喷嘴。在实施例中，本发明可以提供适于在风力发电涡轮机中使用的喷嘴。喷嘴可以被构造成能够定向到风的竖直分量。此外，喷嘴可以相对于风向被自定向，例如当在喷嘴上存在拖尾（tail）时。

上层结构可以根据流动的性质由多种方法和系统支撑，该流动的性质例如浮动悬浮性、一个/多个塔、建筑综合性、缆绳悬浮性等等。此外，阵列可以由能够比空气实施方式更轻的材料制成。在实施例中，本发明可以提供适于由空气流动产生电能的喷嘴阵列，其中阵列可以由可扩展模块化上层结构支撑。上层结构可以是悬浮类型的上层结构，其由比空气轻的机构支撑，等等。在实施例中，本发明可以被安装在陆地上或海洋上，被附连于已有结构，例如建筑、桥梁、塔等，或者作为专用结构被单独架设。

上层结构可以被实现为单独的模块化支撑结构，包括承载和动力分配的方法。上层结构元件还可以被集成到喷嘴结构中，以便模块成为被完全包含的元件。在这种情况下，优选的上层结构可以提供将集成模块插入动力系统中的分列方法（columnar method）。在实施例中，本发明可以提供适于由空气流动产生电能的喷嘴阵列，其中阵列可以由可扩展模块化上层结构支撑。上层结构可以是可变类型，例如关于承载特性、结构化特性等等可变。上层结构的元件可以是关于承载特性、结构化特性等等是均一类型的。上层结构的元件可以可变地适于阵列内局部承载参数的最小成本方案。在实施例中，上层结构可以是刚性的，可以具有全局柔性机构从而适应动负载，可以具有局部柔性机构以便适应动负载，等等。

如图7和图8所示，阵列实施方式可以提供各种优点。首先，其可以允许模块覆盖任意给定区域，而不会遭受因有效发散部件的长度而导致的低效率。其次，该实施方式不需要如在水平轴线风力涡轮机（HAWT）中那样是均一的。通过以这种上层结构装纳n×m模块化阵列，可以显著增加系统能够覆盖且能从其收集能量的流动区域或平面的结构化上限。通过覆盖比如矩形区域，如果风是介质的话，从而与下方模块相比，阵列的上排可以潜在地以显著更快的平均速度产生能量（因为风在阵列顶部比其更接近地面处强烈）。这意味着除了由模块引起的增加之外，阵列结构本身还可以引起增加。在此方面，如果介质是风，则高度大于宽度的结构将会是最有效率的产能平面使用方式，其中动力生产的倍数随着高度值从基线增加而增加，其中高度值小于宽度值。例如，图7和图8均描述了HAWT 702，其具有近似4400平方米的75米直径圆形扫掠面积，且具有50米的毂高度，且风速是6 m/s。在图7中，阵列实施方式704具有等价扫掠面积，其具有50米宽的阵列区域，其中最下排在30米处且风速为5.4 m/s，上排在117米处且风速为7.6 m/s。在图8中，具有相同下方高度和风速的阵列实施方式802容纳了相同扫掠面积，但是这次具有窄的44 m宽度，并且具有更高的上排，且现在高层风速为8.1 m/s。在实施例中，本发明可以提供适于由空气流动产生电能的喷嘴阵列。阵列可以具有在不同高度处可变的宽度。阵列的深度可以小于或等于阵列的宽度，例如大于或等于阵列的宽度，是阵列宽度约1.25倍以上，是阵列宽度约2倍以上，等等。

在这个系统中，作用在结构上的动态压力可以在结构上均等分布，不同于如大部分水平轴线机器中聚集在螺旋桨根部或塔上的情况，从而扩大了机器宽度每线性英尺所能覆盖的整体扫掠面积。此外，喷嘴效率可以减少结构上的动态压力。可以基于所需的喷嘴长度比、结构化负载和期望能量输出来确定给定阵列实施方式中的模块数量。

在x、y维度中例如矩形/方形、三角形、梯形或其组合或倒置（例如倒置的梯形或六边形）的一些阵列几何构造可以相对于成本最大化风力平面使用。注意到，不均一的x、y实施方式也落入本发明范围内。z维度中的结构可以被实施成均一或不均一平面，具有相等或可变深度的曲率，等等。具有所述迎风面等于或大于该深度的维度的阵列在面积利用方面会提供改进性能。在实施例中，机器的面向流动的宽度大于深度的构造会提供如独立式转子系统那样的类似的平面覆盖。图9示出了一系列阵列的侧视图和主视图902A和902B。此外，上层结构可以被单个地安装于平台或者沿z维度被串联地安装于平台。

安装在上层结构中的模块可以由喷嘴构造、单个或多个能量获取装置、单个或多个流动增强表面结构等等构成。上层结构的模块和模块化元件可以是“即插即用”装置，从而允许现场或非现场地实现对阵列部件的维护或翻新。

模块化喷嘴几何构造可以基于如下参数被优化，即独特的进口-喉管几何构造、出口几何构造、体积比以及修正的流体动力理论，以便最大化平面使用，最小化前向和入口超压，使用至少一个优化托板来拖拽和加速大部分流动从而最大化流动的产生，等等。喷嘴还可以具有可变几何构造从而相对于环境速度条件调整喷嘴构造内的速度条件并且有助于将所述速度稳定在理想工作范围内。可变进口几何构造和喷嘴构造几何构造可以根据模块尺寸和/或给定流体的特性而被实现为单个托板或具有多个非独立和独立托板（fascia）。在实施例中，本发明可以提供适于由空气流动产生电能的喷嘴阵列。阵列可以包括具有可变尺寸的喷嘴、具有可变类型的喷嘴等等。例如，可变性可以关于喷嘴的收缩率和/或喷嘴的动力生成特征。阵列可以包括截头悬链曲面形状的喷嘴以及成形为有助于喷嘴入口处的空气流动的喷嘴。阵列可以是具有可变进口形状的喷嘴的封装阵列，该形状例如六边形进口形状、三角形进口形状、方形进口形状、八边形进口形状等。

喷嘴还可以被实现为单级或多级构造，包括在模块内部或外部再次加速或加压流体流动以便于能量生成中的额外使用。关于喷嘴几何构造和收缩方面的均一和非均一阵列实施均落入本发明范围。在实施例中，本发明可以提供适于由空气流动产生电能的喷嘴阵列。该阵列可以包括相对于气流方向被串联构造的喷嘴，被构造成嵌套串联的喷嘴，等等。

模块能量转换可以包括多个动能转换装置，例如单叶片或多叶片转子，或者用于动能转换的其他设备，其联接于用于产生有用形式的动力的设备，例如发电机、传动装置和发电机、多个发电机以及有用形式的功率电子器件，等等，以便控制转换设备运行所处的负载参数并且将产生的动力转换或调节成有用形式，以便任何终端使用设备可以使用，该终端使用设备例如局部电网、国家电网、存储器等。在实施例中，转换可以是特别适于喷嘴构造和模块设计的优化且可变特性的装置，其中KE（动能）转换和产能装置可以被集成到实施例的具体参数中以便优化流动的使用。

为了相对于成本在大范围风速的情况下最大化能量生成，可变叶片数量的转子可以被用作动能（KE）转换的方法。在可变叶片数量的转子的情况下，可以使用自折叠或机械折叠的叶片设计，其中通过将可整除数量的叶片放入串联的在前叶片中来减少叶片数量。具有不同数量叶片和不同外形的转子可以具有精密匹配给定流动速度范围的性能概况。因为理想的是优化流动驱动的动力装置的动力输出，所以使存在的盘固性（disc solidity）适应于流动的转子在低速状况和/或大负载条件下收集能量时可以比固定固性转子更有效率。可变固性转子可以具有多个质数转子组，例如2、3、5等。转子组可以被安装于一系列双位置滑环，其中当作用在给定组上的动态力过量时，环可以被释放并且叶片上的动态力会将其移动到下一组叶片上的闭合位置。在实施例中，机构可以被放入罩中，以便当闭合叶片组上的动态力指示出速度下降时，叶片组被释放到打开位置。在实施例中，本发明可以提供适于由空气流动产生电能的喷嘴阵列。在实施例中，转子可以被构造成在风力动力生成涡轮机中运转，其中转子被构造成存在可变数量的叶片。在实施例中，阵列的喷嘴的转子上的叶片数量在一个喷嘴与另一喷嘴之间可以彼此不同。

此外，描述了“惯性”转子，其中叶片的旋转动量可以被操纵成改变转子的惯性。

此外，转子发电机关系可以被实现为如在HAWT风力涡轮机中那样，且单个或多个发电机从中心轴直接地或通过齿轮设计地接收其原动力，作为完全集成的实施方式，作为集成部件，等等。

在完全集成的实施方式中，喷嘴本身可以构成发电机，其中转子叶片可以被制造成感应、激励、永磁体转子，或者具有磁性流体，例如磁流变流体，并且定子被集成到喷嘴模型中，等等。可替代实施方式可以是其中转子被附连到具有与喉管相同直径的磁性承载件以便产生动力的实施方式。另一方式可以是，转子被附连到具有与喉管相同直径的承载件，其被齿轮啮合在外表面上，以便驱动围绕喉管区域的多个发电机。

压力梯度（PG）增强装置/技术可以被用于所有模块和上层结构以便相对于通过模块和上层结构的流动执行局部和全局梯度增强的任务。PG增强可以通过如下方式被实现，即利用热力学和流体动力学的特性来产生额外的流体稀缺区域，从而产生增强的局部和全局梯度差并且允许更大百分比的流动通过给定模块构造。此外，实现定向抽吸压力的方法还可以被用于增加系统流动的速率。

由于喷嘴的尾流外形，与现有发电技术可能实现的情况相比，它们可以被放置在风场阵列中处于一系列更有效率的模式，如这里所述。例如，填充式或二元棋盘模式可以最大化成本效益和土地使用。此外，这里公开了有效的能量存储以及集成建筑和阵列的方法。

图9-22描述了本发明的各方面。图9描述了一系列阵列的侧视图和主视图902A和902B。图10示出了在侧视图1002A、俯视图1002B和主视图1002C中具有定向拖尾的不均一阵列。图11示出了具有喷嘴104的阵列124，该喷嘴104包括三个集成发电机1102。图12示出了集成发电机1102-模块104的示例，其中喷嘴可以包括PM涡轮机叶片/转子和外部定子。图13示出了具有存储器1300的阵列，其包括压力容器1302、流体涡轮机1304、流体容纳件1308、涡流管1310、流动腔1312和涡轮压缩机1314。图14示出了三角上层结构104中的模块。图15示出了示例性喷嘴104的主要部件的细节，其包括入口屏1502、入口1504、转子1508、传动系统/发电机1510、支撑件1512、控制和管理器1514、扩散器1518和出口屏1520。图16示出了串联设置1602中的两个喷嘴104。图17示出了六边形喷嘴1700的主视图和侧视图的实施例。图18示出了具有圆形喉管和多边形出口1800的喷嘴的示例。在这个示例中，具有圆形喉管的喷嘴可以从喉管处的1/r曲率插值变化到多边形出口处的0曲率。在实施例中，中间切片式多边形可以是Reuleaux（勒洛）多边形。图19示出了被嵌套在一起的两个喷嘴104的示例1900，其中分离两个喷嘴之间的收缩率并且将较小喷嘴嵌套在较大喷嘴中，从而可以增加加速度。图20示出了上层结构连接件的主视图2002A和上层结构连接件的侧视图2002B。图21示出了具有模块保护屏安装件的水平轴线风力涡轮发电机设置2100。图22示出了六边形模块的上层结构和模块设置2200。

模块可以是本发明的重要方面，其中模块可以是被插入到阵列中作为即插即用部件的集成元件。模块可以由结构化部件、喷嘴托板、转子、发电机、传动系统、动力管理部件等构成。模块可以被组装作为单独装配到给定上层结构单元内的元件。模块可以具有至少一个自动锁定/解锁机构以便可以将所述模块附连到上层结构及其相邻模块二者。这可以允许单个模块在需要时被移除并被更换，而不会影响阵列的运作或结构整体性。

在实施例中，模块可以具有至少一个结构化部件以便为主要喷嘴表面提供支撑，其包括对动力部件提供支撑和保护。结构化部件可以构成阵列的主要承载和承压部件。此外，它们可以包括被捆扎的动力管理和传输部件，所述部件被连接到主要动力传导阵列中。

在实施例中，惯性转子可以通过可变半径权重系统来操纵旋转动量从而提供可变旋转惯性，其中转子叶片和毂可以由单个或多个分级式腔构成。此外，可以基于朝向外半径的向心运动，而允许被加重的材料运动。这可以通过被加重材料来实现，该被加重材料被控制成在旋转下处于平衡。在流体的情况下，流体可以被允许循环通过一系列腔，从而产生更稳定的惯性旋转和能量输出。这种惯性转子可以借助于配重和柔性结构被实现，该结构例如弹簧、记忆塑料等等，其中柔性结构和配重可以被插入到转子叶片内的单个内部腔中。随着旋转和向心力增大，配重会使得柔性结构延伸到转子的尖端并且因而将转子的惯性改变成更加有利于转子使用的情形。配重或流体还可以借助于致动器被控制。在实施例中，被加重材料可以在特定情况期间被保持在延伸位置，例如当流体力下降、当流体力平稳、当流体力处在最大值等等情况下，其中延伸位置可以是最大旋转位置。在实施例中，本发明可以提供适于由空气流动产生电能的喷嘴阵列。转子可以被构造成在风力动力生成涡轮机中运转，其中转子可以被构造成具有变化的惯量，例如转子包括在弹簧上的叶片从而在不同旋转速度时提供不同的惯性、转子包括在叶片内部的流体成分从而提供可变惯性等等。

在实施例中，模块的喷嘴部分在动力生成中会是重要的。用于操纵流体流动的喷嘴类型可以包括具有单个托板的实心主体，具有多个托板的实心主体，部分开放主体的几何构造，等等。对于喷嘴的底层几何构造可以存在差异化特征。为了优化平面使用，可以利用二次曲面几何构造，其中通过在多边形边界处对于径向或径向/椭圆函数进行截断而形成喷嘴的入口。这可以允许喷嘴覆盖多边形进口区域，其具有可变进口曲率且同时具有有效动量从而集中于圆形结构并且扩张成非常类似的多边形出口区域。覆盖非圆形（例如方形）入口区域的能力可以更加有效地使用流体平面，并且二次几何构造可以最大化托板分离并且相对于喉管最小化超压。此外，可以通过将二次或径向结构应用于底层几何构造来扩展表面几何构造的复杂性。

第二特征可以是用于确定收缩区域所符合的曲率的径向函数。现有技术中径向喷嘴的优化曲率可以是来自于圆的弧形段，例如在1.8至2d之间，其中d是喉管的直径。这样的曲率可以导致进口区域处损失大部分的有效质量。

在实施例中，根据喷嘴收缩水平，可以使用不同类型的单弧和多弧曲率部分，例如专门用于低收缩率的单弧径向或椭圆曲率，用于低或中等比率的两个径向函数构成的单弧交集，基于由本发明方法部分中所述的动量分布的矢量差值来确定的弧形比例的单弧实现，用于较高收缩率的多弧和单主体或多主体托板，等等。该曲率还可以根据其相对于边界多边形和喉管中心的角度位置而变化。

在实施例中，可以基于进口的收缩率与发散部段的比率来表述本发明构造中的发散几何构造，该比率导致了汇聚体积与发散体积的体积比函数，其中该体积比函数随着收缩率而增加。例如，2倍收缩会需要超过1:7的体积比，这使得关于收缩在上文中描述的参数的情况下会导致小于4度的发散角。此外，可变喷嘴会提供相对于流动速度动态调节的喷嘴收缩率从而将模块内的速度保持在给定的额定速度。这可以允许风力源的可变性的减小并且允许阵列以给定额定值恒定地输出。

在实施例中，可以提供阵列上层结构和阵列安装，其中阵列上层结构可以由动力传输以及管理和控制部件、模块化结构性支撑元件、阵列支撑结构等构成。动力传输部件可以被捆扎在模块化结构性支撑分列元件内，其从阵列顶部延伸到底部并且允许模块动力系统在具有最少数量的连接和阻抗的情况下传输动力。上层结构可以被集中（例如具有桅杆和吊杆结构），或者也可以被分散（例如具有多个分列支撑件）。

在实施例中，本发明可以提供适于在风力动力生成涡轮机中使用的喷嘴，其中喷嘴可以包括网络化或分布式动力控制和传输。动力控制可以优化多个喷嘴中的动力生成并且可以为了性能、维护、更换等原因而监控动力生成。动力控制可以动态地管理多个喷嘴的负载需求，例如当管理是局部、全局等情况时。动力控制可以通过使用神经网络、遗传算法、模糊算法、基于预测概率校正的反馈环等等来优化性能，以便最大化输出和最小化损失。动力控制可以使用专用通信系统、路由系统、分布式通信系统等，来控制多个喷嘴中的各个元件。动力控制可以利用数字化电子器件、模拟电子电路、电子芯片、电子逻辑门、集中式处理、并行处理、分布式处理、被硬接线、无线等等。动力传输可以被集成到结构性部件中、在结构性部件外部等等。动力传输可以包括可以最小化阻抗损失的形貌，例如具有分支-干线网络结构（branch-trunk network structure）、直接发电机-主干线连接结构等等。图23示出了两种不同构造2302A和2302B的方形阵列的空间框架。图24示出了具有不同进入口形状的喷嘴多边形2402A和2402B，其具有嵌入的结构化构件，其中左侧视图示出了嵌入的较大结构化构件，并且右侧视图示出了嵌入的较小结构化构件。图25示出了处于方形阵列的动力传输设置2502，其示出喷嘴就位的动力传输结构。这可以示出模块化实施方式的示例，其中水平结构化构件被嵌入到模块内并且之后锁定到分列部件中以形成空间框架。这种类型的其他实施例可以包括蛤壳式方式、直接组装等等。图25还示出了传输接头，其具有35kV的主要分列缆线2504连接、25kV发电机缆线连接3508以及连接件板2510。

在实施例中，上层结构构造可以是基于具体阵列实施方式的。阵列实施例方式可以基于模块几何构造而遵循任意数量的几何构造，例如六边形、矩形、三角形、梯形等等，其中阵列几何构造可以不基于模块几何构造。阵列行可以额外地被单独安装以便允许响应风向的单独行。这些行被安装在这里所述类型的各个承载件或类似件上，或者可以被居中地安装到列，其中列的外托板和行的内托板可以参考承载件的材料性质而由这里所述的材料制成。在这种情况下，每行均可以装配有机械机构或基于流动的定向机构。每个阵列层均可以额外地被实现为具有动力管理以便适应阵列高度处的条件，从而增加总体输出，基于动力曲线和动态负载的变化（该变化是随增加的高度而增加的速度的函数）稳定所述输出，等等。此外，支撑结构可以被实现为中心列或者一系列的列。在一系列的列的情况下，可以使用多个机器放置构造来最大化相比于设施输出的土地利用。例如，棋盘或填充矩阵配置可以是优选的，其中在电网的各交叉处各阵列间共用地基桩基，以便优化产量与设施成本的比。

与安装有关地，可以提供能量存储。由于资源的可变性，所以理想的是对于风能机器而言具有有成本效率的能量存储方法。在本领域中已知的压缩空气或泵送式水位储能存储器或电池或用于存储的其他设备可能是具有成本效率的方式来存储风力产生的能量，其中阵列产生的能量可以被用于压缩空气或将水泵送上升一定重力梯度。存储的能量之后可以被用于给涡轮机提供动力，该涡轮机基于电网需求而不是风力变化来产生能量。与一些存储方案有关的主要问题在于与成本有关的效率问题。在水力情况下，能量存储需要大型设备和可用的水来实现存储。为此，在空间和构造方面，压缩空气在较少要求的情况下可以呈现更通用的方案。例如，压缩空气和涡流管可以被用于产生基于密度的闭环流动系统，能够从该系统收集能量，其中涡流管能够被用于在输入压缩空气的情况下将流动分离成能量分量和非能量分量。根据压缩空气的压力，涡流管的热和冷输出之间的温度输出可能是相当大的，在100C的量级或更大。如基本发动机原理中所示，这些输出可以被用于闭环系统以便产生热沉和冷沉，其中可以通过热沉和冷沉之间的温度差来确定流动速率。当原始流动中包含的能量相对于压缩来源气体所用的能量的量仍不足时，引入优化的收敛/扩散型（C/D）喷嘴可以人为地增加闭环流动中转换点处存在的动能的量，并且因而人为地增加由存储过程回收的动力的量。

在其最简化形式中，存储/回收装置可以包括加压优选介质的方法、存储压缩介质的压力容器、使用控制流向涡轮机的流动的方法来再次捕获由压缩所释放的热能的次级外部压力容器、基于电网需求释放主容器中加压介质的受控阀、至少一个涡流管、流动腔、将热流和冷流的热特性引导或传递到流动腔内的设备、在流动腔内用于增加流动中的动能比例的多个嵌入喷嘴、用于控制和管理来自两个压力系统的动力的设备、用于收集所有最终动能（KE）并将动力传递到电网的设备，等等。可以通过使用额外的涡轮机来捕获基线KE和热能（用于驱动系统），该额外的涡轮机例如蒸汽轮机或KE涡轮机，所述蒸汽轮机在空气压缩阶段从压力容器排出的热得到蒸汽压力和流动，所述KE涡轮机捕获流体流动的能量来用于驱动闭环系统。

在实施例中，本发明可以包括多个处理和功能性部件，例如定向阵列、用于将空气加速到阵列元件中的喷嘴、将流体动能转换成机械能的转子马达、用于将机械能转化为可用速率或用于控制施加到KE转换设备的负载以便允许能量转换过程在优化范围内进行的变速箱、用于将机械能转换成电能的发电机、能量存储器、用于将产生的能量转换或调节成所需形式的设备、变电站和电网接口、燃料电池负载，等等。在实施例中，可以在发电机之后以电能的形式进行能量存储，或者在发电机之前以机械能的形式进行能量存储，如这里所述。阵列可以被用于直接能量传输系统中，例如用于泵送水、铣削、泵送油、加压、气体加压、氢分离、燃料电池负载等等。机械上，本发明可以包括多个部件，例如模块本身、由模块构成的阵列、阵列和阵列设置、上层结构、承载件等等。

在实施例中，模块或阵列可以具有相对于流体流动使其自身定向的方式。例如，可以提供尾部来自定向结构，例如被置于旋转支撑轴线上的尾部（其使得模块或阵列关于风向自旋），或者喷嘴或阵列的结构可以被构造成产生更多的定向特性。还可以存在有助于定向的其他构造特征，例如通过侧面覆层形状、在不同水平提供不同取向、允许不同水平或模块或阵列部段独立定向，等等。

在实施例中，喷嘴构造可以提供本发明的重要元件，例如2.75收缩的喷嘴产生6至7.5倍的动力增加，等等。可以通过多个参数来影响质量流率，所述参数例如收缩率，包括对收缩率非常敏感的进口几何构造和扩散器几何构造，如从2变成2.75，则结果将变得对例如进口角度的因素更加敏感；过去的简单几何构造、二次方程会变得非常复杂，其中更加复杂的几何构造和面层会被使用；等等。在实施例中，2.75的收缩率会是良好的值，其中收缩率、曲率、扩散器长度、进口等的关系可以足以实现较大的动力增加且不需依靠复杂的几何构造。使用2倍以下的收缩率，则关于整个机器所用的扫掠面积的比较以及成本和产量间的关系而言，实现的动力增加可能不足以提供相比于HAWT系统的优势。可变喉管收缩会是一个因素，其具有改变喉管的能力。温度会是一个因素，其中在喷嘴后方加热空气或者造成额外稀疏度的其他方式会产生改进的流体，并且在存储系统中也是有效的。

在实施例中，本发明可以提供适于在风力动力生成涡轮机中使用的喷嘴，其中该喷嘴可以包括收缩。例如，喷嘴可以包括大约2的收缩率（即喉管直径与进口直径的比），并且其中扩散器的长度大于进口长度的五倍，并且其中扩散器长度与进口长度的比可以大约是7:1。在实施例中，收缩率（即喉管直径与进口直径的比）可以大于2，并且喷嘴被用于喷嘴阵列或者用作单个喷嘴。在另一情况下，喷嘴可以包括大约2.5的收缩率（即喉管直径与进口直径的比），并且其中扩散器的长度大于进口长度的五倍，并且其中扩散器的长度与进口长度的比可以大约是9:1。在另一情况下，喷嘴可以包括大约2.75的收缩率（即喉管直径与进口直径的比），并且其中扩散器的长度大于进口长度的五倍，并且扩散器的长度与进口长度的比可以大约是11:1。在另一情况下，喷嘴可以包括大于大约1.5的收缩率（即喉管直径与进口直径的比），并且其中扩散器的长度大于进口长度的五倍。在实施例中，喷嘴可以包括汇聚进口和发散扩散器，其中扩散器的长度可以长于进口，例如大于进口长度的五倍。在实施例中，喷嘴可以适于在由空气的环境运动来产生动力的涡轮机中使用，其中喷嘴可以包括进口和扩散器，并且其中扩散器的长度可以长于进口，例如大于进口长度的五倍。

喷嘴进口的几何构造也可以在本发明中扮演重要角色，例如在进口、出口几何构造的前边缘几何构造、曲率、长度等方面。进口的曲率可以是重要的，例如当在两倍收缩件中平均角度大于45度时，则可能得到动力损失。一旦增大到2.5的收缩率，则会变得对进口曲率和长度更加敏感。进口的长度可以是重要的，例如当流动上必须存在梯度时。如果进口长度显著超过了喉管，则会存在损失。一旦进口长度小于喉管长度，则会突然地发现在喉管处的实际预测速度。应该注意如果呈现弹性碰撞，则动量会偏离于前边缘。其既不符合该处，也不符合经典边界层问题。动量偏离的效果会大于动量扩散层分析所预期的。与沿进口缓慢转弯的壁之间会存在一些动能交换。可以基于沿稀缺方向分子的可能性运动来观察分子的稀疏度和密度以及动量的变量。收缩率越小，则进口长度必须越短。在初始稀疏梯度情况下，如果存在允许动量朝向喉管指向的适当进口角度，则在进口区域中会存在密度增加。当在较大收缩率时存在不正确进口几何构造时，在前边缘上的环面激流（toroidal bleed-over）会导致向喷嘴外部的质量损失。

在实施例中，本发明可以提供适于在风力动力生成涡轮机中使用的喷嘴，例如针对前边缘几何构造、曲率等被优化。喷嘴的前边缘可以基于流动方向的入射角被优化，其中来自于前边缘的动量矢量可以大体清理喷嘴的喉管。在实施例中，进口前边缘可以具有不超过1.1×0.5×θ的入射角，其中tanθ=(0.5(D_I-D_t)+D_t)/I_l，其中D_I是进口处的喷嘴直径，D_t是喉管直径，I_l是进口长度。在实施例中，本发明可以提供适于在风力动力生成涡轮机中使用的喷嘴，其中喷嘴基于进口长度、前边缘形状、扩散器长度等被优化。在示例中，对于喉管处面积为进口面积的1/2且进口长度是喉管直径的1/2的喷嘴而言，前边缘处的最大入射角可以是47度。在实施例中，针对这组参数、2倍收缩的情况下，优化范围可以落在41至37度之间。从前边缘到喉管的进口可以符合椭圆、径向弧、二者的结合、多个椭圆和径向弧的结合等等。在实施例中，喷嘴可以基于进口长度与发散长度的比被优化，其中进口长度可以等于或小于喉管的直径。

在实施例中，初始进口动量矢量可以被图释示出。图26示出了初始进口动量矢量的图2600，该矢量与得出最小前边缘角的公式有关。在图中，相对于进口曲率、入射壁和对置喉管壁示出了入射路径和入射动量矢量。

在实施例中，进口几何构造的设计会导致具有相对较短扩散器的不完美角度。可以在45度进口角度的情况下得到4倍动力增加，只要存在弯曲部分即可，其中弯曲部分传播作用于流动的力。可以使用基础不对称悬链曲面（旋转双曲线函数）。为了实现阵列，可以人工地截断悬链曲面（采用漏斗状/悬链曲面）并且使用六边形、方形、三角形或其他多边形来截取。在使用六边形时，可以存在更大的外部角度纬度，不过笔直的角隅可能必须更加弯曲。面层（surfacing）可以是一个因素，其中在前边缘上或整个喷嘴表面之上可以存在小的涡流（涡旋）发生器，例如方形涡流发生器、高尔夫球槽（golf ball dimple）或产生较厚移位层但更佳地涉及边界层的任意表面。在实施例中，本发明可以提供适于在风力动力生成涡流中使用的喷嘴。该喷嘴可以包括扩散器，该扩散器的横截面从喉管到出口可以具有基本线性的侧面。在实施例中，扩散器的出口角可以小于大约4度。喷嘴可以具有用于在扩散器出口附近产生涡旋或漩涡效果的设备，例如在出口附近扩散器包括叶瓣来促进该效果。在实施例中，喷嘴可以具有扩散器，例如具有多边形出口形状、方形出口形状、具有对称多边形壁、具有被弧形截头的对称多边形壁等的扩散器。

在实施例中，用于喷嘴的低成本材料可以是一个因素，其中如果能够有效地通过，则整个物体自身定向（作用类似于风筝上的大尾部）。一旦涉及阵列和优化，则不需要例如碳纤维、e玻璃等材料，而是可以使用非常低成本的轻质材料，特别是用在上层结构/阵列的顶部处，例如聚碳酸酯热泡沫等等。也可以使用廉价和昂贵材料的结合，其中纤维与闭孔或开孔泡沫相结合的机械特性可以导致整体成本的减少。在实施例中，本发明可以提供适于由空气流动来生成电能的喷嘴阵列。阵列可以包括喷嘴，所述喷嘴由聚碳酸酯热泡沫、聚合物、纤维/树脂复合材料、合成泡沫、闭孔泡沫、开孔泡沫制成或带有凝胶层等等。在实施例中，本发明可以提供适于在风力动力生成涡轮机中使用的喷嘴。喷嘴可以包括多个质量生成部件中的至少一个。所述部件可以通过滚塑、注塑、树脂渗透成型（scrimp molding）、热压成型、层压、真空模塑、丝线缠绕成型等等工艺制成。制造所述部件时所用的材料可以包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、聚碳酸酯（PC）、聚酰胺（PA）、聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚苯醚（PPO）、聚砜（PSU）、聚醚酮（PEK）、聚醚醚酮（PEEK）、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等等。在制造所述部件时所用的材料可以包括如下中的至少一种：丙烯酸、芳族聚酰胺、特维龙（twaron）、凯尔拉夫（Kevlar）、特科诺拉（technora）、高熔点芳香族聚酰胺、碳、特奈科斯（tenax）、微纤维、尼龙、烯烃、聚酯、聚乙烯、迪尼玛（dyneema）、spectra、人造丝、维尼龙（tencel）、柴隆（zylon）、石棉、玄武岩、矿棉、玻璃棉、合成泡沫、碳泡沫、聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫、金属泡沫等。部件可以被设计成增强喷嘴的结构特性从而使得材料成本减少、所用材料重量减轻、最小化组装时间、最小化运输成本等等。

在实施例中，钻孔可以是一个因素，其中钻头可以从外侧钻通从而增加来自外侧环境空气的流动，或者可以使用钻孔实现风标作用从而引导环境空气并改变漩涡。在实施例中，本发明可以提供适于在风力动力生成涡轮机中使用的喷嘴，其中喷嘴可以包括通孔来有助于空气流动。

在实施例中，更复杂的进口几何构造可以是一个因素，例如几何构造的组合、使用多边形形状来截取悬链曲面、采用二次函数并将其应用到表面椭圆上以便产生导流良好的空气动力学形状（例如鲨鱼鳞（shark scale）、单层或多层扇形、鲸须等）、使得二次截断延伸到喷嘴表面上从而使得动量传播离开前边缘并且以较少对抗模式产生进口入流、凸形形状上的一系列线性或正交凹曲率、应用于较大规模的壁、喷嘴本身内的涡流发生器（例如方形、窝槽、涡流膜等等）、向前呈楔形从而朝向喉管引导流动、凹和凸曲率、喉管的后半部分中的分离扩散器等等。

在实施例中，本发明可以提供适于在风力动力生成涡轮机中使用的喷嘴。喷嘴可以具有前边缘以及在前边缘和喷嘴的喉管之间的进口曲率，其中前边缘和喷嘴的进口曲率可以适于汇聚进口区域内空气颗粒的动量矢量，以便促进喷嘴内的空气流动。在实施例中，喷嘴可以具有前边缘和进口表面以及在前边缘和喷嘴的喉管之间的进口曲率，其中前边缘和喷嘴的进口曲率基于如下特征被优化，即喷嘴内空气颗粒的预测梯度、与喷嘴的进口表面相互作用的空气颗粒的预测能量传递、喷嘴内空气颗粒的动量矢量的预测汇聚等等。喷嘴可以具有前边缘以及在前边缘和喷嘴的喉管之间的进口长度，其中喷嘴的进口长度可以小于喷嘴的喉管的直径，例如是二分之一。在实施例中，进口长度可以小于喉管的直径，在一半喉管直径和约等于喉管直径之间，等等。可以根据对于喷嘴内空气分子从密集区域向稀疏区域的运动可能性的计算来调整喷嘴的几何构造。喷嘴的表面可以包括涡流发生器。喷嘴可以被构造成具有一定表面成形以便优化来自前边缘的流动，例如基于二次截断椭圆、类似于n迭代分形的多个二次函数、鲨鱼鳞形状、扇贝形状、鲸须形状等等。

在实施例中，喷嘴可以是串联的，例如喉管后方的嵌套喷嘴，其中喉管中的一个可以非常接近于理论增加水平，外侧一个会是其理论增加水平的90%。在实施例中，喷嘴模块可以被集成作为单件，例如使得涡轮机的转子的叶片成为集成部件。其他稍不优化的形式也可以被使用并且被结合到阵列中，例如超级文氏管的宽角度扩散器、二维喷嘴、平壁喷嘴等等。

在实施例中，本发明可以提供适于在风力动力生成涡轮机中使用的喷嘴。喷嘴可以具有被构造成基于进口区域内的动量矢量来优化气流的进口几何构造，其中动量矢量可以源自与喷嘴的前边缘的角度的相互作用，喷嘴可以被构造成产生被引导成在与喷嘴的前边缘相互作用之后清理喷嘴喉管的动量矢量，等等。喷嘴可以与至少另一喷嘴串联设置。喷嘴可以被形成为具有的收缩率（喷嘴的进口直径与喷嘴的喉管直径之间的收缩率）例如为大约2.75，在2至4之间，在2.5至3.5之间，等等。在实施例中，喷嘴可以包括喉管直径与进口直径的比大约为2的收缩率并且其中扩散器的长度可以是进口长度的大约七倍。在实施例中，喷嘴可以包括喉管直径与进口直径的比大约为2.5的收缩率并且其中扩散器的长度是进口长度的大约九倍。喷嘴可以被构造成能够使得喉管的直径变化。在实施例中，可以提供设备来改进喷嘴环境中的空气温度或密度以便增加通过喷嘴的流动，例如通过加热喷嘴出口附近的空气来改变空气温度。

在实施例中，扩散器几何构造可以是一个因素，例如出口角度，扩散器长度，将扩散器分成两半、四等分等等，从而增加扩散器效率，扩散器形状，径向漩涡等。例如，当收缩率增加时，最佳扩散器可以变得更长并且与进口的相对比会变得更长，例如收缩率为2时扩散器长度与进口长度的最佳比可以为1:7，在2.5时最佳比可以为1:9，等等。扩散器形状可以是弯曲的，到达出口是笔直的，将径向函数变换成多边形函数，使用长或宽角度的扩散器，在长扩散器的情况下针对风力情况使用优化的喷嘴，等等。径向漩涡可以在扩散器出口区域内或扩散器后方产生低级漩涡或者较大的涡旋速率，其中弯曲的风标（vaning）可以使得气体在离开时具有外部径向运动，这会造成在扩散器内部存在附加稀疏层。此外，可以使用环境空气来产生漩涡，风标可以与钻孔一同使用来引入环境空气并增强漩涡，等等。可以利用这里描述的产生稀疏度的其他机械方法，例如附连于主KE转换转子的逆向转子可以与优化的几何构造和阵列实施方式一同使用。这种增加稀疏度的方法会允许使用可能在机器成本参数方面具有积极效果的非优化几何构造。

在实施例中，可以基于收缩率来改变进口几何构造和扩散器几何构造的关系。为了产生大质量吞吐量，当增加收缩率时，进口和扩散器几何构造变得更加重要。

在实施例中，转子参数在本发明中会是重要的，例如叶片的形状和面层（其会在叶片的上和下表面二者上产生涡流）。可以使用多种叶片形状，例如在下边缘上使用涡流发生器（其可以被加于叶片的升力），针对较大动力的较小角度（不过如果角度变为零，则可能不存在升力，因此稍小的数值会是良好的，例如4度的平均角度），最小化由于边界层效果而作用在叶片顶部上的阻力效果（如果气体的来源方向未知的话则其会是难以控制的，因此有用的是产生不同种类的叶片形状从而最小化叶片上方的边界层分离），解决边界层问题的钻孔，使得叶片尽可能廉价，等等。例如，转子可以是两米长、由热塑性塑料形成，可以是中空的，并且在具有基础扫掠-扭转翼型的情况下运转。可调节俯仰度可以被用于通过调节下俯仰角来增加较大速度时的叶片效率。

在实施例中，本发明可以提供适于由空气流动来生成电能的喷嘴阵列。转子可以被构造成在风力动力生成涡轮机中运转，其中转子包括在叶片上的复杂形貌的涡流发生设备，例如在叶片的下表面上的涡流发生设备，例如在叶片的上表面上的涡流发生设备，涡流发生设备包括在叶片的表面上提供窝槽、鲨鱼鳞形貌等等。转子可以被构造成在风力动力生成涡轮机中运转，其中转子可以包括相对于转子旋转平面的小角度，例如小于近似四度的角度。

在实施例中，转子可以是可变惯性转子，其中如果转子的质量居中在毂周围，则存在较少的惯性来启动转子。在实施例中，可以存在用于使得转子的机械能输出平稳的设备，动力捕获可以在风力减弱时（其中因为重量被置于边缘上所以在风力减弱期间会存在更大动力）被扩展，改变转子在低速状态和高速状态间的动力学从而保持其较长，等等。在实施例中，构造可以如旋转速率增加时的情形将质量转移到外侧部分，例如通过附连记忆塑料弹簧，通过使用橡胶弹性致动器，通过使用金属弹簧，通过弹簧加载的致动，通过使用电流从中通过的线圈的致动，通过流体，通过机械致动器，通过增大转子，通过向心运动，等等。通过利用弹簧，可以避免低速时变窄，而这会在风力减弱时发生。在中心处还可以使用启动重量，之后该启动重量外移并且在高速且随着风力减弱在惯性下保持峰值动力产出。在实施例中，弹簧上的质量可以被用于将惯性外移到转子的边缘，例如通过将平的或圆形管放置到转子中心轴线上，将质量放在弹簧上，将其插入，并且使其到达端部，在此随着转子变慢，弹簧将其拉回，或者弹簧释放重量，等等。

在实施例中，转子可以利用可变叶片，例如开始时具有六个叶片，并且之后启用致动器或基于压力的开关从而允许一些叶片折拢以便减少起作用的叶片的总体数量。例如，这可以实现为任意质数倍数，例如八个下降成四个并且之后下降成两个，或者十二个下降成六个之后下降到三个，等等。在这种情况下，质数个叶片可以具有大部分结构，且次级和三级具有较少结构，例如由热压成型制成、被插入到毂内且随着风速增加而折拢。在实施例中，在给定流体速度处的能量捕获在具有正确叶片数量的情况下可以从12%到30%，因此如果需要得到范围内的良好动力曲线，则需要得到正确的叶片构造并且在速度的全部范围上进行最大化。这可以转换成年度产量的显著增加。例如，所谓的低速可以是任意风场处最大（分布）的60-70%。现今的系统通常忽略微风，因为从大风力区域得到了更多的动力。大多数东海岸陆地上和城市附近的场地（不是直接在海岸上的）是三级或四级场地。整个东南方是一级场地。在风力起作用的地方（五级），因为距主要城市中心的距离问题而存在其他问题。因此，设立在微风时工作且还在强风时工作的系统是非常有效的。

在实施例中，对于本发明而言，模块的结构化构造可能是重要的。例如，模块可以是集成组件，其单独地与连接到模块中的上层结构元件放置在一起，并且之后全部被连接在一起。在实施例中，结构可以是六边形设置、方形设置、三角形设置和部件被置于其中、基础测地结构和模块部件被置于其中等等的类似设置。上层结构本身可能需要致动器，使得盖可以被打开和关闭。在实施例中，可以构造列（动力传输列）并且使用模块填充空间。模块的每个上层结构元件均可扣入总线，该总线扣入主线（与提供单独线路不同）。如果以模块方式实现，则一个部件可以被取出并且另一个被放入，从而提供完整的模块化实施方式，且具有更换模块的活动储备（running stock）。在实施例中，模块能够处于滑车上且其具有其各自到达地面的方式，或者模块可以借助于内置安装平台被安装。也可以存在伪模块化（Pseudo-modular）实施方式，其借助于单独地制造模块的上层结构和插入元件。部件可以与非现场相比被现场组装。可以使得模块分解成件，例如用于喷嘴的蛤壳顶部件和蛤壳出口件，其中可以将发电机首先放置在上层结构上。引导杆或引导形式的起重机可以被用于移除部件以便更换。在上层结构中可以存在槽，例如在上层结构上的前方和后方，且具有开槽柱，以便模块被安装在开槽柱上。模块可以被现场制造，例如在牵引车-拖车中制造，在此例如喷嘴可以被现场制造。一旦过程是自动化的，则可以减少人工错误的可能性。

在实施例中，可以存在野生动植物防护/防污系统，例如如用在上层结构上的相同杆上的屏，因为在此鸟和蝙蝠可能造成问题。在实施例中，昆虫不会是重要问题，不过可以存在所利用的自清洁表面，例如某些植物，如荷叶，在此固有分子的粘性不会导致粘结于表面。模块化可以允许将屏拔出并清洁。在实施例中，本发明可以提供适于在风力动力生成涡轮机中使用的喷嘴或喷嘴阵列，其中喷嘴可以适于极端条件，例如地震、强风、冰雪等。对于极端条件的适用性可以包括允许喷嘴经受住地震的机构，其中该机构可以是流体地基、回转仪机构、枢轴机构、频率阻尼机构等等。对于极端条件的适用性可以包括允许经受住强风（如5级风）的机构。对于极端条件的适用性可以包括允许喷嘴的部分结构退化的机构。此外，对于极端条件的适用性可以包括用于给喷嘴除冰的机构。喷嘴还可以由野生动植物禁止器来保护，例如广播声波式禁止器、机械屏、嗅觉式禁止器等等。

在实施例中，喷嘴阵列和阵列设置可以是本发明的重要方面，其中在成阵列的构造中可以存在优势。例如，与单体式相比，如果有效比例是一比十，则可能需要更多的动力来有效地使用单体式喷嘴所需的空间，并且在某些结构性部件不是由昂贵的空气动力学材料制成的情况下可能无法保持稳定。在某些实施例中，在涡轮机出口之后再次形成流动所需的距离近似是大约一个阵列的深度，并且因此需要将阵列堆叠在彼此后方，例如图2的棋盘式或者是共同安装式构造。

在实施例中，模块可以被构造在阵列中从而覆盖阵列平面中的显著部分。在实施例中，覆盖该平面的最佳方式可以是具有截断悬链曲面几何构造。如果在阵列和常规涡轮机之间进行比较的话，则可以开始看出较大差异，例如在平台上的阵列与高耸涡轮机相比。此外，阵列的区域可以不必是固定形状或尺寸。例如，阵列可以开始于30m处并且升高到90m，或其可以在更低处开始。在实施例中，本发明可以提供适于由空气流动产生电能的喷嘴阵列，其中阵列可以包括在不同高度处的可变类型的喷嘴。例如，在较高高度处的一些喷嘴可以比较低高度处的喷嘴大，在较高高度处的一些喷嘴可以比较低高度处的喷嘴具有更小收缩，等等。阵列不必须具有圆形结构，因此其可以是115m×35m，或者可替代地，其可以在类似的不同比例的情况下覆盖类似的扫掠面积。在实施例中，可以得到更多动力，因为在较大风速时存在更大面积。另一优点在于，在传统单个大型叶片涡轮机中，在顶部和底部会具有不同风速，并且该差异会在一些平均情况下产生不均匀应力负载和产出。在本发明中，每行都可比底部行产生得多，且在顶部和底部行之间不存在应力负载。顶部一行或两行其自身可以获得比整个传统涡轮机架更多的动力。在产生动力、占地面积和不需要定制建筑方面，操纵阵列面积的能力是一个主要因素，并且本发明可以允许定制设计，从而基于动力曲线、风力分布等产生能量。在实施例中，在使用阵列设计的情况下，针对许多不同场地可以重复使用有效、模块化、空间框架上层结构的构造。

在实施例中，阵列参数可以包括优化数量的模块，其中参数可以包括切向风力载荷、冰霜、惯性分量、制造转子的成本、承载、动力产量、覆盖的面积、喷嘴深度、高度和深度的权衡等；阵列开始处的竖直起点；阵列结束处的竖直点；阵列宽度；阵列深度；模块形状，例如方形、菱形、六边形、三角形、矩形、多边形的组合封装形状、封装多边形等等；阵列形状，例如方形、菱形、三角形、梯形、成形覆层（其中某些物体沿喷嘴放掉风的方向放掉风，且具有在喷嘴覆盖范围之外和/或沿覆层延伸的副本）；模块可变性，例如尺寸和形状可变；承载件，例如在阵列行之间用于独立定向或者用于整个阵列的承载件、磁性承载件、风力承载件、用于阵列行的承载件，等等；不均一性，例如外侧模块小于内侧模块或反之亦然，在阵列的结构性承载件上的冲击，对于配电的影响，等等；载重特性，例如管理遍布于阵列的负载；串联构造的能力，例如被放置成端对端、成网格、基于一小部分离开速度等等；在模块的外部部分之上混合的湍流，例如具有涡流发生器，轴流管，如钻孔，在翼形上具有涡流发生器的后边缘，从而优化尾流空气的混合；组合的阵列形状；上层结构；单个阵列的安装特性；风场的安装特性，例如相对于彼此的尺寸；阵列设置；等等。在实施例中，将阵列铺设在风场构造内会需要多个设计参数，例如横跨阵列的最小优化尺寸、与后阵列相比的前阵列数量和尺寸，其中阵列被置于风场内，而风场能够处于城市附近、热区顶部、靠近传输线路等等。

在实施例中，上层结构参数可以是本发明的重要方面，例如模块化；将空间框架应用到阵列上层结构；集成于给定模块的形状；集成于动力结构；载重支撑件，例如相对于模块的长度需要横向支撑件，小于菱形的方形承载件，等等；成形的空间框架，例如空间框架上的覆层，确定了哪些构件需要被加厚，横向支撑件的放置，等等；作为电导管的结构性空间框架；通过上层结构传输动力，例如附连/传导动力，总线的放置，连接件的放置，对主要总线列的需求，结构内的模块与主要总线列的附连，将电线从每一个布线到中心总线从而在一个大型缆线中传输到电网，最小化阻抗从而有助于允许能量的有效分布，最小化安装和维护的复杂性和成本，等等；管形状；上层结构重量分布；等等。在实施例中，本发明可以提供结构性阵列来由空气流动产生电能，其中结构性阵列可以是复合空间框架型风力生成阵列上层结构。空间框架可以由复合材料或合金材料制成。空间框架可以包括外形可变的结构性构件、固性可变的构件、可变构件、固定构件等。空间框架还可以包括提高结构性特性、材料使用、材料成本、材料重量等的特性。

在实施例中，电气系统可以是本发明的重要方面，例如上层结构中的电分布；动态电压调节；高压处理；负载调节；负载管理/负载分析，例如在阵列上端上的较大负载，在涡轮机阵列的情况下分析单个机器上的负载，等等；负载分割；动力/能量传输，例如对于来自任意阵列的动力的动力调节、分配负载的网络式架构，管理网络、神经网络、配电站、电网接口等等。在实施例中，存储系统可以是本发明的重要方面，例如能量是用于压缩流体还是气体，其中能量从电网转入压缩系统中，从而由能量来运转涡轮压缩机，在压缩时水容器使用热量，将被压缩的空气吹入循环腔内底部上的涡流管状散热器，在循环腔内构建最小风力形式，将涡轮机置于构造中以便产生非常有效的存储系统，从而使用喷嘴基于热和密度来造成风力流动从而进行转换，其有助于稳定随时间的输出，并且之后进入电网，稳定随时间的输出，使用涡流管来产生大的压差，等等。

在实施例中，本发明可以提供适于由空气流动产生电能的喷嘴阵列，其中电负载管理设备可以被提供用于管理与阵列的不同动力生成部件相关联的可变电负载。可替代地，机械负载管理设备可以被提供用于管理与阵列的不同动力生成部件相关联的可变电负载。

在实施例中，本发明可以提供由空气流动产生电能的喷嘴阵列，其中阵列可以包括动力控制。动力控制可以是网络化的或非网络化的。网络化动力控制可以包括动力传输，例如将动力传输集成到结构性部件中、在结构性部件外部，包括利用分支-干线网络结构和直接发电机-主干线连接结构中的至少一者来最小化阻抗损失的网络形貌，等等。网络化动力控制可以优化阵列中的动力生成并且为了性能、维护、更换等目的来监控阵列的动力生成。网络化动力控制可以动态地管理多个阵列中至少一个的负载需求。网络化动力控制可以使用优化方法，例如神经网络、遗传算法、模糊算法、基于预测概率校正的反馈环等等，从而最大化输出、最小化损失等等。网络化动力控制可以使用专用通信系统、路由系统、分布式通信系统等，来控制多个阵列中的至少一个中的各个网络元件。网络化动力控制可以利用数字控制、模拟控制等等，可以利用电子器件、电子芯片、电子逻辑等等，利用集中式或分布式处理，被硬接线或是无线的，包括电子芯片和管理算法中的至少一种，等等。

在实施例中，本发明可以提供适于由空气流动产生电能的喷嘴阵列，其中阵列可以包括动力转换元件、动力管理元件等。动力转换和管理元件可以被连接到动力频率转换机构、动力调节机构等等，以便制备用于存储、传输、使用等的动力，其中机构可以是LVDC转换器、HVAC转换器、LVDC频率转换器、HVAC频率转换器等等。在实施例中，动力管理可以是局部的、全局的等等。动力转换和动力管理元件可以利用功率二极管、闸流晶体管、晶体管、功率MOSFET、IGBT等。在实施例中，动力转换和动力管理元件可以以固定发电速率来运转阵列，以可变发电速率来运转阵列，这可以通过电气设备来实现、通过机械设备来实现等等。

在实施例中，本发明可以提供适于在风力动力生成涡轮机中使用的喷嘴，其中喷嘴可以将来自风的动能转换成电能和机械能中的至少一种。在实施例中，可以使用转换机构来实现转换，该机构包括如下机构中的至少一种，即DC直接驱动旋转机器、AC直接驱动旋转机器、飞轮、发电机、传动系统/变速箱、同步单馈DC旋转机器、同步单馈AC旋转机器、异步单馈DC机器、异步单馈AC机器、异步双馈DC机器、异步双馈AC机器、感应单馈DC机器、感应单馈AC机器、感应双馈DC机器、感应双馈AC机器、MHD DC旋转机器、MHD AC旋转机器、磁力悬浮DC旋转机器、磁力悬浮AC旋转机器、低速DC旋转机器、低速AC旋转机器、中速DC旋转机器、中速AC旋转机器、高速DC旋转机器、高速AC旋转机器、变速DC旋转机器、变速AC旋转机器、固定速度DC旋转机器、固定速度AC旋转机器、变频DC旋转机器、变频AC旋转机器、固定频率DC旋转机器、固定频率AC旋转机器、鼠笼式DC旋转机器、鼠笼式AC旋转机器、永磁体DC旋转机器、永磁体AC旋转机器、自激DC旋转机器、自激AC旋转机器、超导体DC或AC旋转机器、超导体AC旋转机器、1-n相DC旋转机器、1-n相AC旋转机器、无芯DC旋转机器、无芯AC旋转机器、振动机器以及基于势能的机构。转换机构也可以由电和机械动力控制管理设备中的至少一者控制。

在实施例中，本发明可以提供适于在风力动力生成涡轮机中使用的喷嘴，其中喷嘴可以包括速度和负载管理设备，其中速度管理优化转子速度、动力转换和空气动力学损失间的关系。速度设备可以包括电或机械机构以便以可变或固定速度来运转机器。负载管理设备可以包括对于施加到转子或发电机上的负载进行电或机械管理。电子负载管理可以借助于功率电子器件来实现。机械负载管理可以借助于传动系统或变速箱或齿轮型、CVT或所应用领域类型来实现。

在实施例中，本发明可以提供适于在风力动力生成涡轮机中使用的喷嘴，其中喷嘴可以包括动力转换管理元件。动力转换管理元件可以被连接于动力频率转换机构、动力频率调节机构、LVDC-HVAC转换器、LVDC-HVAC频率转换器等中的至少一者，以便为了存储、传输和使用中的至少一个目的来制备动力。动力管理可以是局部的、全局的等。动力管理元件可以利用功率电子器件，例如功率二极管、闸流晶体管、晶体管、功率MOSFET、IGBT等。动力管理元件可以以固定发电速度、可变发电速度等来运转阵列。在实施例中，动力管理可以通过机械设备来实现。

在实施例中，喷嘴构造的详细方面对于本发明会是重要的，其中现有技术和本发明之间的差异可以包括多边形截断回转造型，以便产生底层几何构造、前边缘（LE）几何构造，其由进口长度、曲率和相对于收缩的LE角度所约束/确定，使用进口和收缩参数从而确定扩散器几何构造，等等。

在实施例中，本发明可以使用具体喷嘴几何构造从而在收缩情况下将流动加速到较高程度的理论速度增加。喷嘴可以符合基础缩扩结构或DeLavel结构且汇聚端的收缩率用于加速入流并且发散部分用于“再次膨胀”所述入流。喷嘴几何构造可以基于分子流体动力学理论，其显著不同于连续性方法并且也不类似于数值法，例如离散格子玻尔兹曼方法（LBM）或蒙特卡洛方法。喷嘴几何构造的差异可以包括基础几何构造、相对于LE特征和体积比的特定几何构造以及表面几何构造。

在实施例中，可以通过基础二次表面几何构造的方式优化平面使用，其中通过在正交规则或Reuleaux多边形边界处截去的一个板的不对称（相对于两个轴线）回转双曲面来形成喷嘴的入口和出口几何构造。通过使用不对称悬链函数，或者径向/椭圆或截头径向/椭圆和线性函数的非常类似的组合，来获得回转双曲面。在调整的悬链造型中，可以使用下述方程和条件来获得回转双曲面。针对进口绘制值，对于一组实数，能够使用双曲余弦函数y=a*cosh(x/a)，其中x<0并且“a”被确定作为所需收缩率和进口长度的函数。针对出口值，针对x>0的一组实数，使用下述公式y=(aⁿ*cosh(x/aⁿ))-(aⁿ-a)，其中针对函数的y值，n确定从初始（0,a）喉管值的发散/增加率。

在实施例中，多边形截断回转双曲面可以允许喷嘴覆盖多边形进口区域且具有可变进口曲率同时具有有效动量从而集中于圆形结构并且扩展到非常类似于多边形的出口区域。覆盖非圆形（例如方形）入口区域的能力可以立即更加有效地使用流体平面。优选的多边形或其组合是下述多边形：能够被非常紧密封装且提供最小表面面积方案同时针对完整平面覆盖的情况具有规则多边形或者当通过给定结构的自由流动百分比是理想的时具有Reuleaux多边形。较高次的规则多边形也可以被用于允许一定百分比的自由流动。

关于出口，可以通过截断不对称悬链曲面或线性元件或者通过插入相对弧形曲率从而从喉管处的l/r_t值（其中r_t是喉管半径）变化到出口处的0，在其中扩张到入口多边形截断的尺寸，从而形成所述出口。在Reuleaux多边形的情况下，形成侧面的弧形段的曲率可以被用作较小值。关于规则多边形和Reuleaux多边形出口的情况，几何构造基于回转轮廓而不是构成回转轮廓。此外，在优选地是平行出口的一部分的情况下，这能够被附加作为截断多边形的延长部分。在此方面，全局（例如针对整个喷嘴相比于喷嘴内的界定区域）收缩率且因而规则截断多边形的参数可以通过如下给定：

r=Ai/At,

或者

或者

其中n是侧面的#，s是侧面长度，r是收缩率，并且d_t是所需喉管直径。

最终几何构造可以由下述参数约束，以便确保通过喷嘴的大质量流动。能够通过使用半径弧方法二维地（其最简单形式）确定并且使用下述方程通过i的收敛来给定半径的初始角度LE值或者收缩区曲率的悬链函数，

并且

其中θ=由初始入射前边缘角得到的矢量

i=从前边缘到喉管的进口长度

d_I=进口直径

d_t=喉管直径

根据y值和收缩率，能够是悬链式、径向、椭圆或截头径向、截头椭圆或其组合的收缩/发散部段。

在实施例中，本发明可以提供适于在风力动力生成涡轮机中使用的喷嘴。喷嘴可以适于在风力动力生成涡轮机中使用，其中喷嘴进口的优化曲率能够被二维地以其最简形式确定，例如在径向弧的情况下，可以通过在初始角度前边缘处的收敛来得到，例如使用下述方程的值i：

并且

，其中θ=由初始入射前边缘角得到的矢量，i=从前边缘到喉管的进口长度，d_I=进口直径，并且d_t=喉管直径。这种优化可以二维地或三维地应用到悬链、径向、椭圆、截头径向、截头椭圆或类似函数。此外，喷嘴可以适于在风力动力生成涡轮机中使用，其中喷嘴进口的优化曲率可以大于喉管直径的两倍。

具有i收敛值的几何构造可以被全局地应用到进口，其源自于i边界最大值或在一些较小边界i值。还可以使用插值局部地应用，其中截断边界的最小值和最大值可以被单独求解并且之后用于加权插值（匹配最大-最小间隙的曲率）以便确定多边形边界上关于变化进口长度的局部收敛i。当局部应用时，最终几何构造不符合上述发散情况中的正常回转轮廓。这里的额外约束是i的平均值优选地等于或小于喷嘴喉管的直径。额外约束是最大化其他几何构造参数中壁的曲率，并且可以固有地通过前述方程来优化。在此方面，θ值可以被一系数放宽，该系数由如下关系限定：

，其中r是收缩率。因而，随收缩率增加，弛豫系数逼近最小值。

现有“优化”进口曲率（在加压条件下得到的）指示出不考虑收缩率，径向喷嘴的优化曲率是来自于1.8至2d的圆的弧形段，其中d是喉管的直径。本发明的进一步研究表明这样的曲率造成了进口区域处存在的大部分有效质量的损失。

关于喷嘴的发散部分，从喉管到出口的角度值可以被用于确定发散长度与汇聚长度的体积比。这里的约束在于发散壁的角度不超过5度，通过下述方程描述了相对于所述优选收缩率的角度：

，其中

, 并且C_d是相对于进口长度的调节系数，其中r是收缩率。因此，本发明中基于导致了缩扩体积的收缩率（即进口长度与发散长度的比）来表述发散几何构造，其中体积比随着收缩率而增加。这是特定LE几何构造与可变收缩率、基于进口的缩扩体积比（使得具有大百分比的质量流动）的结合。此外，通过将二次或其他复杂结构应用到基础几何构造能够增加喷嘴表面几何构造的复杂性。这可以包括用于流动增强的小规模结构以及用于结构性或流动增强的大规模结构。

所述二次函数能够被定界以便产生n-结构表面，例如鳞片状或窝槽，或者能够被全局地应用于表面，如波纹型或扇贝型或后向截头扇贝型，且由初始截断多边形定界。二次结构的比例和原点可以变化并且表面可以是复合的，其中多层二次结构被绘制于前面层的基础几何构造上。这允许各种全局和局部流动增强元件的结合以便最大化喷嘴质量吞吐量。此外，所述二次结构能够在任一单层具有钻孔或在流动的近壁特征具有通道实施方式。

在实施例中，本发明可以提供适于在风力动力生成涡轮机中使用的喷嘴。喷嘴可以包括可变壁外形，例如利用线性扇贝型的壁外形。喷嘴可以包括复杂壁形貌，其中复杂壁形貌可以最大化结构特性，最小化材料使用，最小化材料重量，等等。复杂壁形貌可以具有均一圆形外形、多边形外形等等。复杂壁形貌可以提供可变外形，例如具有线性扇贝型、大致径向弯曲、大致椭圆地弯曲等等。复杂壁形貌可以提供可变密度结构、均一的、可变的等等。在实施例中，复杂壁形貌可以提供可以变化以适应喷嘴内局部承载参数的最小成本方案的喷嘴部件。复杂壁形貌可以提供由刚性材料、柔性材料等等制成的喷嘴部件。

在实施例中，可以提供性能特征。多个单层二次截头和非截头喷嘴已经基于上述参数被制造。相对于进口与喉管的比，喷嘴收缩率的范围从2到4。在所需收缩率超过4的情况下，单层二次几何构造是不能解决的，因为在LE矢量方案的约束内i倾向于无穷大。在这样的情况下，多层和/或多主体二次结构是优选的。在两个喉管范围25cm和10cm内制造喷嘴且伴随的几何构造参数源自于上述结构性描述。

如本领域公知的，伯努利方程描述了流过收缩处的流体的连续压力-速度关系，其中针对讨论的质量如KE（u）和内能（p）变化所示，收缩率导致了相等加速率。因此喷嘴优化中的主要现存工作是基于压力测量。不过，在现有技术（Reid等）中在体积质量流动的经验测量与喷嘴的压力效率之间存在实质性分歧。这指示出，关于喷嘴效率，压力可能不是最准确的变量。具体喷嘴几何构造的质量吞吐量在给效率分类时是最重要的变量。这些喷嘴的质量流动效率分类源自于速度和动力数据。相比之下，速度由动力导致，而动力直接取决于质量吞吐量，喷嘴性能能够由其紧密一致性而被准确判定。速度关系依赖于质量流动方程，

，其中p等于密度，这样针对给定面积A₁=A₂，则

并且，并且使用Mdot和p值求解u_t，其对于不可压缩流体是相同的，

，或者简单地u_I值与进口与喉管的收缩比相乘，从而得到给定收缩时u的理论速度增加。

因此基于下述描述从速度测量中可以显而易见到喷嘴外部的质量损失，其中最大质量流动速率是

并且

，喉管处的质量损失%=，通过该损失基于实际速度测量能够判断喷嘴的质量效率。关于动力分析，能够通过KE和质量流动方程的结合而得出动力方程，其中Mdot项由质量项代替。因此，在进口和喉管处针对面积差来调节的理论动力比率是：

并且因此

。

并且喷嘴质量流动能够被表示为动力的函数，

，其中

，并且给定同步测量喷嘴内侧和外侧，。其中并且,

。因此，如速度情况下那样能够确定相同质量损失率。例如，具有收缩为2的喷嘴将产生2倍速度增加和4倍动力增加。如果平均测量速度增加是1.7，则质量流动效率将近似是最大值的0.85。关于动力，这个质量流动将导致动力增加近似2.5。反之，平均速度增加1.85则意味着质量流动的值是0.94，从而导致3.3的动力倍数。

关于上述结构性参数，在下述表格中描述了这种喷嘴类型的最佳质量流动性能范围：

针对质量吞吐量和测量范围的结构性变量的最佳参数表格

r	qLE	Cr	Li/dt	Ld/Li	ØD	Mdot%	Vinc.mean	Pinc.mean
									2	31	0.5	>1,opt.5	>6	<2	.92-1	1.8-2	3-4
2.75	27	0.12	>1,opt.8	>8	<1.5	.95-1	2.5-2.75	5.625-7.56
									4	25	0.03	>1,opt~1	>12	<1	.815-0.9	3.25-3.6	8.66-11.6

已经发现，发散长度及其函数主要依赖于进口长度而不是喉管直径，如现有技术中，即使在较大收缩率的情况下，这些值仍通过几何构造和曲率约束而被驱于逼近彼此。进口长度和扩散器长度的变化，而不是喉管直径的变化，导致非常小的或不导致性能差异，从而保持了L_d/L_i比，其中L_i<d_t，并且喷嘴符合其他几何构造参数。在L_d/L_i比例不变的情况下喉管直径的变化同样导致非常小的或不导致性能差异。

已经发现最佳发散角度不同于之前现有技术中描述的那些角度。已经发现，最佳范围的狭窄性反比例于收缩率。在所述最佳范围之外测试到质量吞吐量锐减。较大收缩率喷嘴是特别敏感的。此外，已经发现，超出所述范围的进口长度的变化实质上减弱了性能，特别是如果与低于所述范围的扩散器长度变化相结合。

在具有相同比率的截头和非截头喷嘴之间不存在实质性质量流动差异，从而表明截头喷嘴简单地基于其风力平面的几何覆盖率会是更有效的且因而是优选的。此外，2.75的喷嘴具有在其初始测试阶段之间被应用的次级二次层。注意到了基于动力捕获的性能改善。此外，在分段式嵌套构造中测试喷嘴，其中在第一情况下在较少或没有性能退化的情况下在存在一些名义分离的情况下测试喷嘴。在第二情况下喷嘴被嵌套在彼此之中，且较小的喷嘴被置于较大喉管后方的名义距离处，从而在较大收缩率的情况下实现更好的吞吐量。

如上段所述，基于质量守恒原理来假定喷嘴流动加速度。伯努利方程和纳维叶-斯托克斯方程被认为是标准压力和密度下的流体流动的控制方程。这种体系通常被称为连续体系，其中流体模型是基于宏观特性的。纳维叶-斯托克斯方程通常被数值求解，因为不存在通解。除了这些方法，还存在应用到流体流动的各种数值方法，范围从离散格子玻尔兹曼方法到蒙特卡洛方法。然而在某程度下，这些解中的大部分是基于对理论结果的经验化调整从而匹配测试数据。此外，考虑到喷嘴性能，很少存在大范围经验数据。Gibson和Reid提供了本领域中的大部分综合数据，但是在这二者中，研究均限于隔离喷嘴的一个特征的效果，例如在Reid中是二维发散长度。最近的研究的前提是数值估计或设计测试。

数值研究，例如Tekriwal，与经验压力数据相比，使用压力变量来计算数值模拟的准确性，不过其忽略了流速或者从压力变量得到流速。此外，其中的基本假设是主要基于在范围上相对受限的Gibson和Reid的工作。有问题的现有技术为亚音速体系中存在发散段的喷嘴的改进函数提供了不令人满意的解释。类似地，对于流动沿梯度的实际特性也没有什么研究。例如线性插值压力梯度力（PGF）方程的公式

其很适度地逼近流动但是几乎无法解释流动本身的机制或特性，无论是所述流动存在于初始条件时还是处于稳态时的情况。还可以看到，压力和密度项的模拟应用是有问题的。

这可以被大体称为流体动力学方程。它们非常有利于特定条件下（通常加压条件下）逼近性能，不过通常求解不紧密匹配研究区域中的实验数据，例如理论性能和特别真实代表喷嘴的测试数据之间的不匹配。几乎完全缺乏在不加压条件下的研究导致无法全面理解喷嘴功能。通常通过实际气体从理想气体的变化或者摩擦效果或者制造中的一些微小误差来解释实验数据和理论之间的分歧。更可能的是，这是由于增强流动效果的对立几何构造，这会以其它方式通过单体研究的自由体积比例所掩饰。

因为单体构成了实心主体研究数据的主要部分以及普朗特边界层理论和波拉休斯工作的基础，因此预测喷嘴性能的误差率明显指示出根据流体动力学（FD）方程所实现的对流动机制的理解上存在一些固有缺陷。为此，现有理论不能提供可靠基础来优化喷嘴设计及其本身。在本领域特别是亚音速体系时缺乏实验数据的情况下，这意味着使用现有理论来增强设计是主要基于经验的推测。

因为高效喷嘴设计是本发明的目的之一，因此理想的是研发流动模型，其指示出可用于优化喷嘴的不同设计途径，其中一种解释了各喷嘴区域的相互作用并且匹配实验数据。这需要了解当前假设规定情况下的具体问题，并且研发喷嘴（例如这里描述的设计）在运转中会遇到的流动类型的模型，并且因此对于实心主体与所述流动的相互作用进行更深入的描述。

在此方面最迫切的问题可以包括，不考虑流体流动类型且假定实心主体相互作用基本类似，使用压力梯度“力”（PGF）来解释流体流动机制，假定连续体系中亚音速流动具有均一密度，关联于自由流和边界层的差异性的假定，假定压力能够提供对于流体行为的基本准确的描述，假定压力、速度和密度是实质上差分的变量，等等。

首先，存在导致流体流动的两种不同条件。一种是当移置体积被引入到流体系统内，从而导致从引入体积开始贯穿系统直到系统再次实现平衡状态的动量分布。第二种是当能量被引入到流体系统内，从而影响系统广泛分布，以便通过分布中的失衡比例而产生流动且该流动持续直到再次到达平衡状态。与流动（基本是一种类型或另一类型）相互作用的实心主体就其本身性质而言必须具有不同参数。任意给定流动可以包括各类型流动中的要素（例如逆风飞入的平面），不过在给定局部系统中的主要交互作用通常可以归因于一种或另一种。这两种流动类型被最佳描述为尾流和梯度流。在第一情况下，引入的力驱使流动，而在第二情况下密度驱使流动。

这使得我们需要关于当前流动模型进行第二次调整。通过修正所用的变量组来描述流体流动的宏观和微观性质。在此方面，伯努利方程的特征能够在于比例的表述，并且虽然对于测量是有用的，但对于力学而言不是非常有用。宏观压力-速度关系是对于分子水平的单向净动量与全向动量的比例的简单方便描述，其是通过所研究的系统的热量/能量特性来确定的，其中单向分量是整体速度，并且全向是整体“压力”。在跨过所研究的系统的这种净通量不是由移置造成的情况下，则只有一种潜在来源——基于系统中分子动能和分子密度变化的静态运动。

这通常能够在n维矩阵的背景下被方便地观察，其中矩阵总体具有从状态t到状态t+1的n个自由度，其中任意给定路径的可能性均是实质上相等的且随机的，在每个时步（例如布朗运动）时所述总体被约束在移位位置。所述矩阵的所需采样率是平均分子间距，但是矩阵能够被缩放成代表分子群的平均特性。如果矩阵承受稀疏-密集映射（其中矩阵总体在区域a中比区域b中密集），则沿密集到稀疏的方向存在统计学净动量/运动，例如流动。通过在每个时步约束密度变化以便基本类似于前一时步来近似输入系统中的热能输入，这种表征方法提供了对在风力系统中可能发现的短期稳态流动的精密逼近。

从这种模型中，可以看出梯度流是对于系统中密度变化以及系统中存在的动能水平的统计学表示，而不是PG“力”的产物。因此，对于亚音速体系下流体流动中均一密度的连续假定明显与流动本身的机制矛盾。因此，对于均一密度的假定必须遵循分子间斥力和热膨胀的局部约束。

此外，可以看出，速度和压力的宏观特性均是分子密度、均方根（RMS）速度和平移动量的微观特性的函数。在此方面，在有利于更准确的模型的情况下可以略去这些宏观变量。这种修正模型现在必须被研究以便用于实心主体设计。其第一步是定义流动机制。

类似于静能计算，能量或速度方面的最大潜在流动能够基于瞬时单向流动被计算，例如所有分子从标准密度区域流向真空，其通过在检验时将速度设定成等于质量的平均RMS速度。以此方式，任意成比例流动的特征能够在于RMS单向速度的百分比。

因为速度能够被表示为动量和质量的函数，因此给定分子间切片（intermolecular slice）的速度能够被表示为切片之间动量和质量的净转移，且切片之间的质量转移由致密:稀疏差来确定。在稳态流动时，在切片之间这种转移将是恒定的，有些类似于级联效应。

在此方面，在任意给定成对切片n_n和n_n+1之间存在净动量增加。在每个切片n₁、n₂、n₃……n_n，动量增加将附加于稀疏方向，因为每个切片在样本t和t+1之间均具有净动量增加。因此，梯度场的速度概况取决于所研究的场的分子的特定密集稀疏分布以及场内动量传递和切片数量的和。

以此方式，速度的宏观特性，例如给定距离上质量的大规模转移，能够通过微观流体条件并更具体地通过微观动量场来表示。

在将实心主体引入到梯度场方面，这是特别重要的。具体的关于喷嘴，这意味着喉管处的速度增加不再如连续模型中是质量守恒的函数。代替地，其源自由于引入实心主体而导致的密度梯度场的变化以及由这些变化导致的动量传递的差异。

在稳态中场的特性可以使得动量传递的速率的最大值可以同时于密度梯度的最大变化率，其中所述变化率能被假定为是非线性且可以是抛物线型的。

在均一密度约束被放宽且整体特性不再依赖质量守恒时，这基本意味着与边界层有关。不再能够有效地假定边界层和自由流内的条件之间存在明显分离，因为边界和自由流分离的基本原理是自由流的质量连续性。

现在有用的是将喷嘴处理为较大密度场内的单独场。假定梯度流内的喷嘴处于稳态条件，则径向入口喷嘴的最大收缩率发生在喷嘴入口的前边缘处。这意味着喷嘴场内的最大密度变化会发生在前边缘的区域内。密度将相对于局部收缩率成比例地增加，场的热约束且因而动量将以类似比率沿流动方向增加。

对于可见边界层而言这具有多种含义。虽然一些动量随着入射分子与喷嘴壁碰撞而损失在LE区域中，不过后续碰撞会符合分子间弹性碰撞的一般特性。因此，存在损失一些动量参数的情况下入射到LE的n个分子的平均（例如统计学上的定向漫反射）方向。在每次碰撞时从LE区域偏转的分子的动量矢量将反射到流内，且各个分子将继续以平均自由程为基础与进入分子碰撞，直到初始入射路径变得精密正交于喷嘴壁。在这种模型下，形成边界层，其满足了无滑动且可见边界层条件，但是这种边界层不包含如现有边界层理论中所假定的动量。

关于设计优化，这意味着LE矢量在将动量传递到向内进口区域中时是非常重要的。此外，这意味着收缩率和取决于LE的喷嘴函数的参数（由实验数据得出）之间存在关系。

相反地，密度增加形成处存在限制，使得从外部场向LE区域中的净动量传递被密度增加所反作用，使得沿与由导致质量损失的流动大体相反的方向也存在可能性动量传递。这样的条件导致了较少的质量被夹带到喷嘴内以及向进口外部的质量和动量损失以及向进口的向内区域较小的动量传递率。

这种条件在汇聚喷嘴中能够最容易地被实验观察。在汇聚喷嘴中，随着收缩率增长，注意到速率增加变小，从而指示出在进口内和前方累积了质量。这在汇聚喷嘴的烟迹法中可被观察，其中当收缩率变得足够大时流动基本停滞于可观察边界层没有形成处的点。发生收缩的长度也有助于这种效果。在音速体系下对于实心主体额外震动时也能够看到。

在使用汇聚喷嘴时通常在更小比率时而不是理论上增大时能够观察到速度增加。在此对于汇聚段中密度梯度的检验是感兴趣的。随着LE密度条件增加，在LE后方产生额外的稀疏区域。在精确汇聚喷嘴的情况下，喉管处的外部场密度的梯度不足以使得流体实现足够动量率来清除LE密度并且允许进口处的全部有效质量进入喷嘴。

在这样的条件下，动量场可能是抛物线型的从而在入口内实现最大比率，其中收缩率起到平衡潜在最大传递率的作用。

应该注意，这种模型还用于解释径向入口和笔直入口之间的实验差异。在径向入口中，最大收缩率被局部化在相对小的区域，其中密度增加被局部化。相反，笔直或漏斗式入口具有恒定收缩率从而通过进口到喉管存在恒定密度增加。

在LE处的局部化密度区域的情况下，扩散器用于增加喷嘴所包含的梯度场的致密稀疏率。在增大收缩的情况下增加扩散器长度用于增加体积比，梯度由该体积比控制，且因而用于清除LE区域中的前向密度。基于收缩率且因而基于LE密度率的增加，扩散器的长度决定了最大动量传递率是在喉管处还是靠近喉管。

如果这个最大率不处于进口区域，则存在增加的密度被清除的条件并且不会达到导致与流场相反的流动的限制条件。在喉管处增加的速度因而是由于LE区域和出口之间的梯度以及来自外部场的初始动量流入相结合而造成的。在此方面，扩散器用于控制梯度场的特性以及质量和动量传递从喉管向出口出现的速率。

在实施例中，描述了在修正模型下喷嘴区域的基本功能。这个模型描述了不同喷嘴区域的特性并且提供了用于解释区域性功能和大吞吐量喷嘴的设计的理论基础。在图示上述讨论时，图27描述了具有截断式进口和出口的喷嘴2700，图28示出了具有截头进口和1/r-0插值曲率的喷嘴2800，并且图29示出了入口几何构造的弧段图2900。

在实施例中，呈现了可变叶片转子的各方面。描述了叶片数量可变类型的转子，其中转子中存在于流动的叶片数量随流动速度而变化。在实施例中，图30示出了六叶片型打开构造3002，其示出了主叶片3004和次叶片3008以及压力机构的主毂3010和次毂3012。如盘理论所公知的，具有不同叶片数量和不同外形的转子具有精密匹配给定流速范围的性能曲线。因为理想的是优化由流动驱动的动力装置的动力输出，所以使所呈现的盘固性适应于流动的转子在各种速度体系下收集动力时将比固定固性的转子更有效率。

3-叶片转子效率标绘图3100在图31中被示出。C_p代表转子能够转换的所覆盖区域处的可用动力比例。这是旋转速度的直接结果，因为其涉及尖端/叶片速度和贯穿发电机的转子负载。这种关系的动力标绘图形成了公知的动力曲线。

图32示出了年度速度的Weilbull分布3200。相结合之下得到了图33，针对年度动力:速度分布示出了6>3-叶片C_p曲线和3-叶片C_p曲线的比较3300。随着线性速度增加，尖端速度增加，并且转子基于叶片的空气动力学特性和盘固性而到达极限旋转值，从而使得在大于6m/s的范围内通常的6-叶片型的转子是低效的。

虽然这种效率范围高度取决于关于变速箱/传动系统和电负载的负载方案，但是针对机械和电负载均采用优化设计，则基于其旋转速度对于叶片组而言存在明显的效率限制。增强负载方案，如图34所绘的3400，其将旋转空气动力学效率范围上移且不会负面影响动力捕获的效率，该方案在本发明中是优选的。也就是说，在1m/s至6m/s范围内，6-叶片型转子捕获原始流动中可用的更多KE。给定一种情况，其中在一定时间段基础上大部分给定流动处于较低范围，则具有可变盘固性的优点是显而易见的。

可变固性转子可以具有同轴安装的多个质数转子组（例如1、2、3、5等），包括允许次级、三级、……n级转子组被插入到前一组中的设备。例如，对于具有三组的3叶片主转子而言，初始阶段可以是12叶片转子，其闭合成6叶片转子并且之后成为3叶片主组。

闭合所述主转子组的设备可以包括动压驱动方法和/或致动器/机械方法。转子组能够在空气动力学和质量方面具有非常类似的特性或者具有差异性叶片结构、质量和空气动力学特性。

在实施例中，转子组可以被安装于一系列双位置滑环，其中当给定组上的动态力被超出时环被释放并且叶片上的动态力将其移到下一组叶片上的闭合位置。机构被插入在外罩上，以便当闭合叶片组上的动态力指示出速度下降时叶片组被释放到打开位置。

在这种实施例中，转子由三组构成，其中主组是结构增强的扫掠-扭转薄翼型叶片，并且次级组和三级组是薄的扫掠-扭转翼型。次级组的曲弧几何构造匹配三级组的下表面，并且类似的匹配几何构造被用于主组和次级组。几何构造使得各状态间的叶片俯仰不被改变。各组均被优化以用于较大速度曲线，以便将各叶片状态的可用范围扩展到最大效率。

在实施例中，主叶片组包括允许每次临时应用时在转子上控制质量分布的结构性部件。图35-38示出了前述叶片构造的某些方面，其中图35示出了打开位置的12个叶片3500，其中速度近似处于1-3m/s的范围内，图36示出了打开位置的6个叶片3600，其中速度近似处于3-6m/s的范围内，图37示出了闭合位置的3个叶片3700，其中速度近似是6+m/s，并且图38示出了打开和闭合外形3210的示例，其中打开外形示出了主叶片3802、次级叶片3204和三级叶片3208。

在实施例中，惯性转子可以通过增加动态可变条件下的旋转稳定性来提供优点，其中旋转的向外向心力借助于可变半径质量分布系统被用于增强旋转主体的惯性。可以允许基于朝向旋转主体的外半径的向心运动来移动材料。这可以通过在向心力下其平衡受控的任意材料而被实现。所述材料还能够借助于致动器被控制。

在实施例中，惯性转子可以由单个或多个刚性或半刚性主体构成，且所述主体以连续或非连续方式围绕旋转质心对称或不对称地连结，其中存在控制一个/多个旋转平面内的质量分布且因而以对所需应用有利的方式控制所述旋转的惯性特征的设备。

在实施例中，本发明可以构造可旋转主体302，如图39所示，其具有中心质量存储器3904、用于控制所述质量的设备3908以及外质量存储器3904。所述存储器能够是单个或多个存储器。初始条件是质量居中于旋转轴线，其中开始旋转需要很少的额外能量。当主体的旋转加速时，质量可以通过质量控制机构3908朝向外半径3910和3912运动，该机构可以包括但不限于向心加速器或机械的或其他致动器。在主体的外部部分上旋转的额外质量在具有较大相对惯性的情况下提供更稳定的旋转。

在实施例中，可以借助于可变质量柔性结构来实现对于转子半径内质量的控制，其中该结构例如本领域公知的配重/弹簧或记忆性塑料/泡沫或其他适当材料，其中结构的外部元件具有比内部元件更大质量的柔性结构被容纳在封装腔体内，该腔体轴向延伸通过单个或多个实心主体。当旋转和向心力增加时，重量将使得柔性结构延伸到旋转主体的最大所需外半径。如下面详细所述，这些结构能够包括在质量分布控制和场生成中应用的磁特性。

在实施例中，连续物质被装纳在转子组件的单个或多个中心部分中，其中通道轴向延伸通过附连于所述中心毂的单个或多个主体。物质能够是符合给定粘度的任意物质，其中该物质将仅在旋转情况下使质量朝向外半径移动通过通道且同时维持通过径向通道和中心毂的邻接性，以便当向心力减小时物质的粘度（粘附性）将外部质量拉回入中心毂内。如下所述，所述材料还能够包括在质量分布控制和场生成中应用的磁特性。

在实施例中，可以允许流体循环通过单个或多个轴向通道。所述流体能够是标准密度流体或者能够是具有特定特性的流体（例如磁流变流体），其中流体的电磁特性能够被用于控制旋转情况下实心主体内的质量分布。在这样的旋转主体中，磁流体或其他磁性“增强的”物质或结构（如上所提到的那些）借助于电磁场而可以控制其通过主体的分布且同时还可以用于当物质或结构到达其最大径向位置时产生有用电磁场。这样来实施本发明能够以场生成的固定方法来实现或者与单个或多个或反向旋转的主体相结合而实现。此外，机械致动器可以被考虑用于在颗粒度上控制物质或结构的质量分布。

图28-31示出了与这里描述的惯性转子的各方面相关的实施例，其中图40示出了加重结构的初始位置4000，图41示出了后续位置的加重结构4100，图42示出了运动中的3叶片结构4200，并且图43示出了具有质量控制通道4302和中心质量存储器4304的3叶片结构4300。

有利的是减少加速阵列的结构性支撑的成本和重量。还有利的是通过方法或特定机构减少其中的组装成本。还有利的是通过使用模块化部件来减少有使用寿命的部件的更换成本。还有利的是具有仅与阵列部分集成且仅起到一个或多个喷嘴的结构性支撑功能的支撑结构。描述了为此提出的多种方法，包括“分形式（fractal）”空间框架、安装和维修方法、支撑或悬挂阵列的方法等等。

在实施例中，本发明可以提供利用分形式构造的结构。参考图44，描述了分形式空间框架，其中空间框架的几何构造结构在空间框架的构件中被重复至n次迭代。在实施例中，最小级别的迭代或第n次迭代可以被称为基础构件，并且形成第n次迭代构件的基础的多面体可以被称为基础多面体。图44示出了基础八面体的俯视图和侧视图。

分形式空间框架是三维分形。分形式空间框架可以使用规则的、Reuleaux、Kepler-Poinsot和类似多面体结构，或者包括多种多边形类型的造型（例如全对称多面体或其组合），并且可以由复合材料、金属或能够被模制或制造的其他类似材料制成。分形式空间框架可以包括各类的结构性构件，其处于张力或压力或其组合中。它们可以包括均一或规则结构，例如在测地线空间框架中基础构件可以由三角形或一些其他多边形变体的桁架构成，并且它们还可以包括不均一或不规则结构，例如张拉整体结构。能够用于基础构件的结构性变体包括但不限于例如捆扎列结构、张拉整体结构、斜肋构架结构、所有类型的桁架结构等等。

参考图45，为了形成并稳定构件结构，可以共用某些顶点，并且额外构件可以被附加以便联接某些顶点（下面的侧视图）。大体而言，多面体类型可以匹配由空间框架所支撑的元件的特征。

被附加于多面体来构造细长构件造型的构件可以附加于顶点处从而在旋转情况下形成最大圆周或者附加于最大圆周内的顶点处，其例如根据所需载重特性、所研究的多面体的取向等等。

“分形式”空间框架可以由多种方法制造，包括模制、层压、丝线缠绕成型、焊接、组装等等。在丝线缠绕成型的情况下，可以在基础构件中形成空间框架多面体骨架。不同或相同的制造或组装方法可以被用于空间框架的各种迭代组合。

参考图46，附图示出了三次迭代八面体空间框架的侧视图，其中空间框架构件可以包括多面体系列的边缘，其中在顶点处存在空间框架连接件。在这种情况下，额外构件可以被附加于最大圆周处。

“分形式”空间框架的优点可以包括相对于结构化和装载能力而言具有低固性，从而减少了所考虑的结构的成本和重量。

在实施例中，空间框架的全局结构可以额外地基于局部条件是分形的。在这种情况下，初始分形迭代可以在竖直或水平维度中，并且基于竖直或水平层的数量而适于局部载重需求，并且进一步的迭代还限定了所需迭代水平处系列多面体骨架的边缘的构件分量。

有利的是具有一种方法，通过该方法阵列可以被模块化地构造和维护。在此描述了一种结构，其可以包括可含有平台的用于支撑和生产阵列部件的安装设备、架设方法、放置阵列部件的方法、移除阵列部件的方法等等。

参考图47，附图示出了加速阵列的实施例，其中构造了阵列且借助于至少一个安装平台、至少一个安装起重机、至少一种提升其的外部或内部方法等等来安装各部件，包括空间框架4702、升降塔4704、起重机4708、安装平台4710、承载件和平台4712以及地基4714。图48示出了驱动滑轮结构性构件的实施例，图48A是其主视图且图48B是其侧视图。

承载件（bearing）可以附加地是模块化的。承载件可以具有整体形成承载件的n个模块化元件，其中各元件均具有外部或内部滑动元件并且可以在失效或维修时独立于其他元件被移除和更换。在承载件是密封承载件的情况下，模块化会需要对齐和锁定设备来更换模块化元件。在承载件不被密封的情况下，必须具有局部负载可以通过其从模块化元件释放的机构以便有助于移除。承载件中模块的数量可以由最小化安装和组装复杂性和成本且同时允许在更换操作中移除单个模块和在剩余模块上临时性再分配负载的技术方案来确定。

公开了实现上述实施例的各种操作方法，其中安装设备和相关设备可以利用多于一个驱动元件被集成在空间框架内的升降机构、多于一个驱动机构在阵列角隅处被集成到列内的升降机构、具有遍布于阵列被集成的多个驱动元件的升降机构等等。

描述了模块化或非模块化地构造喷嘴阵列的可替代方法。有利的是最小化加速阵列中空间框架和喷嘴部件二者的质量和所用材料或重量。检验了产生阵列且在单个空间框架中安装喷嘴（悬挂、悬浮等或组合结构）的方法。

参考图49，一种实施例可以是单个“桅杆式”框架，其具有主空间框架4902、吊线或悬吊线缆4904、结构性吊杆4908等等，其中柔性喷嘴材料例如乳胶、覆层织物和其他类似柔性材料。非柔性材料（例如薄壁模制共聚物）可以被固定到喉管以及可以在出口和进入口中至少一个处限定截头多边形的出口和/或进入口和/或框架的多边形顶点。在实施例中，它们可以被现场安装或者被单独制造以便模块化安装。桅杆式框架可以由容易获得的构件（例如HSS或I-梁）或者任意种类的框架式构造（例如交错框架、捆扎列、斜肋构架等）构成，或者可以由上述分形式元件构成。结构在深度和宽度上可以是单一且均一的，或者可以是非均一的，例如I或H横截面或更复杂多边形横截面，包括各种类型的梁横截面，其可以被设计成最大化水平和竖直负载阻抗并且最小化材料使用。桅杆式和吊杆式结构还可以利用组合张力结构以用于横向和桅杆式支撑。张力结构可以如张力框架中那样简单或者可以在竖直或水平维度上具有复杂索具。

这种复杂索具的示例可以如下所述：张力绳可以由两个周边列支撑并且被装配成斜肋构架模式且之后在结节处锁定在一起。结节可以形成桅杆索具的附连点，当喷嘴桅杆插入或非局部地相对于结节（其竖直地或水平地进一步来自于被放置的喷嘴桅杆）处于某优选支撑角度时该桅杆索具可以局部附连在同一行上或附近。这样的复杂张力索具可以允许结构性优化载重结构，以便施加于该结构的水平和竖直力更多地分布于或“集中”在或“偏离”于结构的被设计成吸收组合负载密度的特定区域。

同样理想的是，将集成的阵列和上层结构的结构分解成非集成或部分集成的阵列和上层结构，其中上层结构可以在阵列外部并且固定在外部周边上，并且阵列可以由旋转内部结构支撑，所述旋转内部结构通过承载件或类似承载件的设备被附连于外部结构。图50示出了阵列5004和外部结构5002的一部分的实施例。有利的是进一步将结构分解成固定的内部和外部分列元件，在其上单个喷嘴或喷嘴行阵列或行-列喷嘴阵列借助于承载件或类似承载件的设备被类似地固定在外部列或内部列上。这些承载设备可以包括偏航系统来辅助共同安装的阵列段相对于局部流动方向进行定向。

外部上层结构可以在如下方面具有许多优点，即减少在竖直平面内入流矢量变化所导致的上层结构所经历的转矩，增加安全性，在各个承载件机构上存在较少负载，增加负载隔离的可能性等等。外部上层结构还可以通过相对于风力负载产生更大的梁深度以及相对载重产生较大直径来针对水平和竖直负载最大化上层结构的局部和全局载重特性。

如图51A-E所述，外部上层结构可以如在空间框架“管”中那样是圆形的，包括矩形、多边形或圆形横截面，或者可以在其周边横截面上更加复杂。外部上层结构可以在结构性周边上包括单层或者在外或内周边上包括多层。横截面可以是n角星多边形或者任意的n边规则或不规则多边形结构且其具有可变或均一复杂性从而为结构提供局部和全局载重优点。结构本身可以是单个或多个规则或不规则多面体，其中约束在于多面体的内部是均一或粗略的圆柱体。这可以包括所有种类的规则、不规则、反棱柱或棱柱多面体以及具有上述类型横截面的类似物。图52和图53图释了示出基础多边形构件5202的实施例，该构件被构造成具有用承载件5204安装的多面体构件5206。连接多面体顶点的框架的基础构件可以被放置成最大化载重能力并且最小化上层结构的重量和密度。构件可以是压缩构件或张力构件的组合。这可以包括测地线变型、张拉整体结构变型等等。除了用于优化载重之外，上层结构还可以被构造成向结构内部提供最小流动阻抗。这可以包括成形或覆层所述构件或设计结构以便构件的宽度和外形被最小化。这样的参数化在内部阵列产量和减少结构上的整体风力负载方面提供了优势。

如关于上层结构和阵列的模块化组装方面本发明的其他迭代，在外部结构的情况下，结构的特性可以被设计成允许从结构中的阵列容易地取出单个模块或多个模块。如其他迭代中，这可以通过由插入和移除机构、升降机构等等构成的安装和维修设备来实现。

外部上层结构还可以相对于其竖直平面内的尺寸在其几何构造特性方面是均一的或非均一的。此外，可以针对给定水平的特定载重特性来优化局部多面体。例如，十角多面体可以在结构的1/2高度处是最佳的，而十二角多面体可以在结构的1/4高度处是最佳的。构件可以被限制成跨过单个多面体段或跨过多面体段的多个水平。

外部上层结构内的模块阵列可以以单行阵列或多行阵列的形式被安装在上层结构上。行阵列可以借助于承载件、辊或轨道系统或者借助于机械导致旋转或流体导致旋转的其他手段而被附连到上层结构。行阵列可以借助于旋转机构被附连到内部结构或外部结构或二者。旋转机构可以是辊驱动和偏航系统、轨道驱动和偏航系统、旋臂承载和偏航系统、辊承载和偏航系统、磁性承载和偏航系统、特氟龙滑动承载和偏航系统以及类似物或其组合。行阵列可以借助于深度方向或水平的或角度方向或其组合方向上的单个或多个桁架或空间框架、或者借助于深度方向或水平的或角度方向或其组合方向上的张力绳、以及类似物或张紧及压缩构件组合的方式而被附连到旋转机构。行阵列可以被安装在支撑构件内、支撑构件上、支撑构件下方或支撑构件上方。这些构件可以在与行阵列相同的平面内或行阵列平面外部沿向上或向下方向附连于旋转机构以便提供额外载重能力。

外部上层结构可以借助于本发明上述迭代中所述的各种材料来构造且制造或制作而成。除了包括处于张紧和压缩状态的构件的空间框架构件之外，周边框架可以包括张紧和压缩元件。这可以包括将周边的列状结构附连到平衡机构（例如桩基）的拉线。

在实施例中，本发明可以提供浮力设备，其中模块可以包括由柔性或刚性材料形成的喷嘴，其中可以通过内压方法和最小形状骨架或者借助于材料本身或者其结合来提供结构刚性，并且其中可以通过热能或泵压来实现提供内压的方法从而给喷嘴“充气”，使得喷嘴由容纳能够用于实现悬浮条件的一个或多个流体体积的单个或多个主体构成。悬浮喷嘴可以包括在此和本发明前文迭代中所述的所有喷嘴种类，其中喷嘴的内部表面是悬浮表面中的一个，并且边界多边形或圆形或由其得到喷嘴几何构造的类似形状形成了另一表面，并且包含在其内的体积提供了浮力。边界几何构造可以被延伸成大于0的曲率从而为较小喷嘴提供较大浮力，其中上述原始几何构造中没有包含足够体积。

充气或泵压的方法可以使得向喷嘴提供浮力以便模块的全部或一部分静负荷由浮力程度中和。浮力介质可以是空气或通过热输入而减少封闭几何构造内的流体密度从而提供浮力的其他流体，或者其可以是具有天然的较小密度的流体（例如氢气或氦气），或者两种方法的组合。喷嘴可以由保持内部和外部流体之间密度平衡的任意材料形成，例如所有种类的经处理的编织材料、所有种类的柔性橡胶和聚亚安酯等、所有种类的刚性材料如聚合物或共聚物或合成泡沫或塑料泡沫，等等。喷嘴主体可以包括可将喷嘴内部的密度维持在给定水平的单个或多个单向或双向阀门机构以及实现如此结果的热力控制机构。喷嘴主体可以包括各种热输入方法，例如电阻部件和通过作为电荷或化学反应产生热的类似方法，或者该喷嘴主体可以包括包含在压力容器中的气体，其中比空气轻的气体被用于实现悬浮并且当封闭体积密度超过给定水平时气体被释放。

在悬浮模块的情况下有利的是减少任意给定部件特别是发电机的重量。模块的动力生成部件可以利用发电机来最小化重量与动力的比例，例如超导发电机等等。类似地，喷嘴的结构性元件（例如隔膜）以及维持形状并支撑内部部件的结构性构件可以由轻质材料制成，例如碳纤维或芳族聚酰胺纤维等。结构性材料还可以是任意种类的刚性或柔性浸渍泡沫，其中使用向模块的结构性元件提供直接浮力的气体来浸渍泡沫。这些可以包括由合成泡沫制成的结构性元件，其中微球体或任意内部空间由氢或氦浸渍或者可以包括各种发泡剂和聚合物或共聚物，其中在发泡过程中或者在发泡过程完成之后由比空气轻的气体直接浸渍泡沫。

悬浮模块可以单独地或以阵列方式被附连到系绳并且因而附连到锚定机构，或者可以被附连到上层结构。悬浮喷嘴阵列可以借助于金属或复合缆绳或其组合和类似物附连于彼此和系绳机构，其中优化了强度与成本的比例。金属或复合系绳可以被类似地使用从而将悬浮模块阵列附连到如上所述或本发明其他迭代中所述的上层结构。缆绳可以额外地包括嵌入或单独的动力传输装置。悬浮阵列还可以包括调整阵列海拔和取向的装置以便寻求最佳动力生成条件。

参考图54，另一实施例可以是一种喷嘴，其中喷嘴的形状提供了针对会在喷嘴内产生的过密度（over-density）条件的释放区域或通道。释放可以采取单个或多个涡流或漩涡机构、球状特征、钻孔机构和类似物或其组合的形式。球状特征可以包括宏观和微观的均一或非均一特征，例如：围绕转子的环形倒置半环或多个环，其中环的深度可以从喉管前方和后方的区域平缓地或急剧地形成；加重的环形半环，其中最大深度的区域在环的中心直径的前方或后方；或者连续或非连续环形半环，或类似物。图55示出了喷嘴横截面外形5501-5505的示例。钻孔特征可以包括沿流动方向、以成角度或螺旋构造的均一或非均一钻孔，致密地或稀疏地封装的钻孔机构，沿与流动正交的方向均一或非均一放置，置于喷嘴前方和/或后方部段内的机构，圆形设置或多边形设置或随机设置，等等或其组合。图56示出了钻孔图案5601-5606的示例。在非均一钻孔的情况下，钻孔的后方部分可以如扩散器中那样被扩展从而辅助清除在钻孔的入口处或周围的过密度条件。这可以在存在环形“释放”环的情况下用于喷嘴的进口和出口区域内，或者可以在不存在环形环的情况下用于从进口到出口，或者其组合，这均是取决于局部形貌特征（如非连续环形特征那样）的。如前述实施例所述，这些特征可以被应用到均一或非均一扇贝型喷嘴壁形貌。另一实施例可以是使用柔性或非柔性材料构成的均一或非均一三维棋盘格型表面以便增强喷嘴的流动或结构性特性。

同样理想的是最便宜的材料和/或制作或制造方法可以被考虑用于生产优化的空间框架或喷嘴。

另一实施例可以是，上述喷嘴被安装在上层结构中成为邻接的n×m阵列（其中n大于2）或如本发明上文迭代被安装在悬浮阵列中。此外，这可以包括其他类型喷嘴或加速器，例如宽角度均一和非均一喷嘴。这可以包括各类喷嘴，公知为扩散器扩张涡轮机或超文氏管或嵌套式喷嘴等等。这些喷嘴类型可以以与前述基本相同的方式配合到上层结构中，例如安装于周边或中心支撑构件上或诸如线绳的张紧构件上或其组合等等。此外，在扩散器扩张涡轮机和其他类型非均一喷嘴的情况下，会需要在入口前方或周围存在额外部件或形状以便减少扩散器上且因而减少阵列上的有效风压。理想的是在悬浮迭代可能使技术不可行的情况下存在这样减少风压系数或上层结构或锚定机构的花费的机构。

另一实施例可以是一种阵列，其中上述喷嘴的方形截断或前文迭代所述的喷嘴可以被旋转45度从而形成菱形阵列或斜肋构架，其中形成菱形的角度可以是均一或非均一的。菱形阵列可以具有与测地线空间框架类似的切线结构性支撑的优点同时允许方形截断和增加的喷嘴封装。

在实施例中，转子外形可以被优化以便加速喷嘴喉管条件。理想的是，在加速阵列中利用被优化以用于高速旋转或高转矩转换的喷嘴。风力涡轮机转子可以在瞬时双流动条件下运转。一种流动可以是驱动转子的入流，并且另一流动可以是流过叶片的交叉流（如描述其旋转阶段时）。

在风力涡轮机中使用的转子可以是基于在亚音速飞行器中使用的翼型外形。飞行器外形可以在机翼会遇到来自多个矢量的流动且瞬时操作环境是单向流动类型的环境中运转。这对于正常HAWT类型机器而言会是有用的，因为瞬时入流可能来自于由于湍流原因所导致的各种矢量或者入流不断地改变方向且机器向其定向。

相反地，加速喷嘴的喉管内的转子可以在双流动条件下运转但入流矢量可沿单个路径被稳定。关于转子外形，这可以意味着不同类型的外形均是可能的，其将减少空气动力学损失并且增加转子能够有效运转且产生动力时的速度。这在叶片尖端的周向速度接近或进入低音速体系内时尤为如此。

减少交叉流与入流在叶片的上侧上的相互作用的外形是必要的以便允许在具有最小化流动干扰的情况下的高速运转。大部分研究受限于被设计成优化各种攻角处的流动特性的翼型上的风洞流动。假定典型翼型外形俯仰成最大化来自于入流的传入动量并且相对于轴向遇到的流体处于一定攻角处，则外形的上表面上的边界层可通常被加厚或被拆分。这可以在入流和交叉流之间产生实质性干涉，使得一些动量可能偏离于与叶片的相互作用或者在较高RPM的情况下逆向于一部分入流被反射回来，从而针对特定叶片减少其将入流动量转换为轴向速度的效率并且相对于转子整体干扰入流的整体特性。

假定在喷嘴的喉管处存在单个入流矢量，则在这种环境下使用的外形可以不再需要如现有各类外形那样针对各种攻角被优化。在这种环境下可以优化所述外形的参数可以用于减少叶片上部部分之上的质量流动扰动，更好地附连上边界层和下边界层，在叶片的下部部分上产生涡流循环从而抵抗阻力，最小化叶片的下部部分与流动的相互作用或操纵这种相互作用等等，或其组合。因此，有利的可以是设计外形来操纵局部流动特性使得与叶片相互作用的入流被最大化并且入流和交叉流的轴向相互作用被最小化，从而也可以最小化整体上作用在的转子上各叶片通道上的效果。这会导致转子外形非常不同于现有翼型，这是因为它们运转所处的流动条件（在单入流矢量以及入流和交叉流环境这两个方面）是非常不同的。

被优化用于这种环境的叶片可以包括处于宏观和微观级别中一者或两者的上表面和下表面涡流或密度操纵机构中的一者或两者。叶片可以是主体或板外形，并且可以包括可变二次表面几何构造从而减少流动中的扰动。这些机构可以沿叶片的主体被可变地调整以便优化特定轴向速度或流动条件下的局部性能。

例如，“宽”涡流（涡旋）发生机构可以被用于减少叶片底侧上朝向叶片根部的流动对抗，其中在扭转实施例中叶片的角度可以是最尖锐的并且叶片的轴向速度可以小于或接近入流速度，从而导致最小化叶片上部部分上反作用于入流的轴向扰动或流动分离以便入流本身可以用作边界控制机构。沿着轴向速度增加的叶片运动，叶片角可以变化以便与流动间存在较小锐角，在尖端附近存在的角接近0度，在该处轴向速度处于其最大值。随着轴向速度增加，与轴向流体形成的角减小可有利于从单一“宽”涡流发生机构向双重“窄”涡流发生机构转换。这些微观和宏观级别的涡流发生机构可以结合使用，其中中间外形几何构造针对两种或更多种边界条件被插值。边界条件可以代表叶片的物理极值或者叶片的任意界定段。这些机构可以单独地或组合地使用，其中用于产生全局理想密度条件的“大”级别涡流生成特征可以包括“小”级别生成机构从而控制与较大机构关联的局部流动特性。图57示出了这种叶片形状5701-5708的示例。图58示出了叶片形状的示例，包括具有小翼的扭转5801，没有小翼的扭转5802，带有扭转窄表面5803，带有扭转宽表面圆角尖端5804，带有扭转宽表面成角度尖端5805，以及扭转和扫掠5806。图59示出了附加叶片外形5901-5917，包括单个大型涡旋（vortex）5904，两个中等涡旋5905，单个中等涡旋发生器5906，交互式涡旋机构5913，两个小型涡旋发生器5914，单个大型涡旋、两个中等涡旋、和两个小型涡旋发生器5917。

优化的“宽”涡旋发生机构可以被设计成影响叶片之上的全局流动并且可以产生低密度区域，其特征在于涡旋或漩涡特性。在机构后方产生的涡旋或漩涡可以附加地沿轴向方向向叶片施加一定附加程度的动量，因为这对于沿叶片的轴向运动方向被羁绊的涡旋或漩涡的旋转是优选的。“宽”机构可以具有全局或局部应用的可变内部表面以便得到和/或增强这种效果。叶片可以具有沿单个或多个表面的迭代“宽”涡旋机构。一个或多个“宽”机构还可以通过沿相关表面放置涡旋机构从而增强由机构影响的到中心体积的质量吞吐量而被增强。

用于减少叶片的上表面上的相互作用以及下表面上的阻力的设备可以包括涡旋发生器，均一或非均一三维表面棋盘式花纹，均一或非均一流动方向涡旋边缘或边缘棋盘式花纹等等，或其组合。

沿叶片的特定俯仰角、扫掠和扭转角度，尖端涡旋控制等等或其组合还可以被用于结合上述设备以便优化转子运转。

同样理想的是，廉价材料和/或制作或制造方法可以被考虑用于生产这里描述的优化表面和外形。

在实施例中，本发明可以提供转子/负载优化。用于双速度控制转子和发电机的方法可以减少转子角速度并且因而减少流体能量转换中的空气动力学损失。

在常规HAWT型风力机器中，理想的是增加发电机相对于叶片rpm（每分钟转数）的rpm以便最大化动力生成。这通常通过使用传动系统来实现。

在加速阵列中，有时理想的是减少由于速度增加而导致的转子角速度并因而减少喉管处的转子角速度。已经发现，在所用阻抗负载针对动力生成被优化的条件下，在加速喷嘴中转子的周向速度可接近较大入流速度范围处的较小音速条件。这可以提出针对加速阵列的功能的限制因素。

通过利用功率电子器件和/或传动设备形式的电气和机械负载，可以针对从流动汲取能量时减少空气动力学损失以及为了动力转换而优化发电机转子速度这两个方面，将转子角速度稳定在优选范围内。

在实施例中，连续可变传动系统可以被用于增加转子上的机械负载以便将转子的角速度减慢到周向速度被减小到低音速体系之下的范围。在较低体系处，所施加的机械负载可以被减少或减少到零从而维持优化的转子和发电机rpm。

在另一实施例中，所施加的负载可以是电的。

在另一实施例中，所施加的负载可以是被优化的组合或电的和机械的负载。

此外，理想的是通过使用最小化网络形貌内的连接或通过连接类型的阻抗的算法，或者通过使用最大化动力生成的局部内在机器条件的算法，来优化动力传输和/或动力控制网络。这些算法可以包括组合技术、动态编程技术、演变方法等等。

在实施例中，本发明可以提供对成本/产量的优化，其中对于成本产量参数的全局和特定优化方法可以产生在技术性参数范围内的最小COE。

优化全局水平的成本与产量关系的方法可以包括将变量指定给加速阵列中的各部件，这是基于部件及其子部件和/或基础材料的成本、部件的产量或损失贡献、部件与载重相关时的部件的结构性参数、与部件针对局部和全局负载参数的有益质量相关的部件结构性参数、制造包括子部件的部件的成本、部件的组装成本、部件的安装成本、部件的维修成本、用于在其他部件上维修的部件贡献、以及机器的寿命成本等等。如果特定优化的初始水平是期望的，则这种分析也可以被应用到每个部件及其子部件和基础材料以及制造方法。

这些分析还可以包括底层技术的效率相比于成本的参数，例如加速喷嘴几何构造。

之后，每组部件变量可以基于能够在给定部件区域中应用的技术或方法而运算其潜在参数组。在实施例中，针对如下公式提供最小COE值的解集可以被看作是给定当前可用输入变量组时的优化解，COE=年度总成本/年度产量。

例如，用于加速阵列的支撑空间框架的最小成本材料可以是纤维增强塑料（FRP），不过在给定局部载重特性所必须的结构性构件的尺寸的情况下，所用的材料的量会显著有助于阵列各后续竖直水平处的负载参数，有必要使用能够承载较大负载的较大结构性构件。这又使得可能必须使用更多材料，因而增加了局部和全局的机器静负载和活负载，并且增加承载件、安装、维修的成本、更换的校准成本等等，这是由于基于增加负载参数而导致的增加的应力。

虽然FRP基于每单元基础可能是最有成本效率的，不过更有成本效率的可以是使用导致阵列的全局和局部结构性特性较少增加的较昂贵材料，例如碳纤维复合材料。相反地，如果发现FRP部件的制造成本会显著低于碳复合构件的制造成本，则在每单元基础和整体基础上FRP可以均是确实较少成本的，并且FRP将表明是优选的。不过如果这是针对初始成本的情况，则会发现基于被加速基础需要更换承载和偏航马达所导致的增加的负载，可以发现虽然初始地最有成本效率的FRP会导致显著有助于机器的寿命成本但是将再次被看做是非优选的。

作为另一示例，风力机器的产量率可以被设定在某汲取上限，这又可以限定用于将动能转换成电能所用的发电机的额定值。这种额定值可以是基于通常在12至13m/s之间的最大入流速度。大体而言，在这个范围内的速度分布会较少，例如低于5%。在这种情况下，如果在最大额定值和最大额定值的90%之间的范围内仅得到年度动力输出的5%，并且额外10%的动力额定值有助于重量成本且超过年度动力5%的额定值源自于该范围，则使用较低额定值的发电机且牺牲额外动力会被看做是优选的。这还可以包括慎重地在较低水平给发电机确定额定值并且允许在较高额定值操作特定时间百分比，如果发现这样的操作没有相对于这种操作实现的较高产量显著有助于增加寿命更换成本的话。

在计算模块化系统的优化成本/产量组合时的附加因素可以包括计算考虑中的技术的可能改进比率。还考虑的可以是材料的长期效果和部件供应可用性以及其在成本上的突出效果。

理想的是基于对产量和成本的同时优化来优化本发明所述的能量生成机器。因为在具有产量和成本参数的部件和严格由成本驱动的部件之间的相互依赖性可能是复杂的，因此简单的独立分析的最低成本和最大产量的方案不会相对于产生的每单元动力的最终成本在成本和产量之间产生优化的平衡。此外，对于某些应用，产量或能量密度可以被确定成是更加重要的且因而优化方法可以包括除成本和产量的相互依赖性之外的额外复杂性。

优化目的可以更好地显示特定部位或应用的给定机器的设计或者应用或部位参数化组的各类别机器的设计。由于相互依赖性水平的原因，递归或部分递归的优化可以产生最佳结果。其他方法可以用于实现优化结果，包括确定性和非确定性方法、遗传方法、分解方法、近似方法、基于梯度的方法、演变方法、矩阵方法、模糊方法、随机方法、经验方法、统计方法等或其组合。

在下述方法中，递归行列式矩阵表示法被使用，不过优化参数可以应用于更广范围的方法。

这样，可以应用可能设计方案的置换，其中可以在n维优化矩阵中识别该置换，其中可以通过考虑中的优化参数的数量来确定矩阵的维度。理想结果可以是，每个矩阵值均可代表给定设计实施方式所产生的每单元动力的加权成本，所述实施方式获得所有成本、产量和影响系统的其他参数。

例如，优化矩阵的第i、j个设计可以获得具体实施方式的所有成本参数、具体实施方式的产量和权重比，其关于针对给定机器应用基于其重要性的每一参数值。这可以是因为可能存在多种应用，其中能量密度或一些其他参数被看作是整体或部分上更重要于系统的能量成本。这种结构可以是各种应用中的最佳适应性变型。

理想的是具有n个优化子矩阵，其中每个矩阵可以被指定到基于其从属性的行列水平，其中从属性有助于主优化阵列中的第i、j个单元，其中给定矩阵值可以指定自第n个优化矩阵，该优化矩阵分析被包含的优化参数的子集。子矩阵可以在内部被提供变量，或者可以内部地和外部地被提供来自其他矩阵的变量。示例可以是模块动力优化矩阵的输入结果，其可以在内部被提供动力生成部件变量不过在外部被提供可显著有助于优化的决定结构的全局高度、宽度和深度特征。这样的矩阵还可以有助于其他主矩阵变量，例如成本或权重或LRC。优化矩阵的基础可以是部件成本或全局成本模型，其允许对影响给定设计成本的各种参数进行建模。这样的矩阵可以包括基础和派生成本以及有助于计算基础和派生成本的任意公式和等式。优化方案可以通过子矩阵的收敛而得出，其中矩阵针对所有影响性变量或通过对全局n维矩阵的最大-最小分析来构造。这样的矩阵或基础情况也可以初始地用于识别可以实现更佳设计优化的理想设计参数或条件。这种过程可以是递归的。粒度式递归（granular recursion）可以被使用，其中边界条件可以用于识别匹配所限定的条件范围的优化矩阵的区域，并且其中相比原始矩阵分辨率可以使用较高分辨率的有用变量并且所述变量可以适用于识别优化的精确参数，如果这些参数落入原始矩阵的步长之间的话。Random-walk（随机游动）矩阵也可以被使用，其中一旦参数已经被准确表征，则矩阵可以由随机变化来构成从而测试原始基础情况参数是否将优化约束于潜在的非优化构造，这是由于不会获得所有优化关系的基础假设的原因。

阵列的每个部件可以以多种方式有助于机器的全局成本。首先可以是部件的基础成本。其次可以是部件的派生成本，其可以具有对机器的其他部件成本的影响。图60示出的流程图具体示出了变量的基础组和相应的相互依赖性，所述相互依赖性可以应用于优化矩阵，包括：全局阵列参数6002、结构性系统基础成本6004、结构性负载6008、动力系统成本6010、喷嘴风力负载6012、结构性系统派生成本6014、结构性系统重量6018、动力系统重量6020、动力系统派生成本6022、动力参数6024、载重-偏航系统基础成本6028、系统产量6030、地基基础成本6032、系统成本6034、载重-偏航系统6038、载重-偏航系统派生成本6040以及每单元产量的成本6042。可以从流程图中看出，递归环可以是全局的或粒度式的来优化机器的具体子系统以及相继地或非相继地优化机器的全局特征。

关于基础和派生成本和递归，基础成本可以由“类型”的分配而直接得出。派生成本可以间接通过“类型”分配对于系统的其他要素且因而对于机器寿命成本的影响来确定。

例如，对于使用具体共聚物来制造喷嘴的选择可以具有基础成本和派生成本。在喷嘴情况下，基础成本可以是材料成本、制造成本和组装成本。派生成本可以是与上层结构和下层结构有关的重量的成本、与运输有关的重量和几何构造的成本、与制造有关的几何构造成本、与失效且因而与LRC有关的环境退化成本、以及安装成本。在这种情况下，相对于共聚物B，共聚物A可能呈现最小材料和制造成本。不过，与共聚物B相比，共聚物A可能更加加重重量、LRC、运输和安装成本。在共聚物A的基础和派生成本超过共聚物B的基础和派生成本的情况下，即使共聚物A具有更少的基础成本，不过与共聚物A相比，共聚物B在成本基础上仍是更优选的。

有时，基础和派生成本之间的关系会如上所述是简单的或是复杂的。此外，可以发现优化的成本方案会根据机器选址或基础成本的随时间的变化性而改变。这些附加参数可以被包括在由具体选址特征得出的或者由在给定时间中测量的给定基础成本变化性得出的成本优化中。变量可以包括用于可用性、市场稳定性、供求变化等的值。此外，基础成本可以包括供应稳定性作为变量。这些值可以直接被看作是部件成本或产量模型中的变量或者用于基础变量的系数。

表示直接使用矩阵行列产生的每单元动力的成本的一个示例可以是

产生的每单元动力的第i、j个成本=((((上层结构类型的成本+模块类型的成本+承载/偏航系统类型的成本+动力传输类型的成本+地基类型的成本)-(合计寿命运行成本))*初始资本的年度成本)+(合计年度运行成本))/年度产量

其中，使用上层结构作为代表性示例，

上层结构类型的第i、j个成本=构件成本+连接成本+安装成本+LRC成本+运输成本+运行和维修的寿命成本

其中，

构件成本=n行构件成本的和

第n行构件成本可以基于第n行的负载值、容许细长比、所有第n行构件的行材料的重量、制造后每单元重量的构件成本、以及随时间的材料成本变化性而被确定；

连接成本=n行连接成本的和

第n行连接成本可以基于第n行连接的负载值、所有第n行连接的材料重量、制造后每单元重量的连接成本、以及随时间的材料成本变化性而被确定；

安装成本=n行人工成本的和+器械成本

LRC成本=(构件失效率*更换成本(包括器械和人工))+(连接失效率*更换成本(包括器械和人工))

运输成本=构件运输的成本+连接件运输的成本

运行和维修成本=保养和修理的成本(包括随使用寿命再次应用各种处理)+人工成本。

如这个示例中可见，上层结构成本的要素可以取决于其他“类型”分配或全局设计参数。例如，第n行构件的负载=（静负载（取决于来自更高行的模块“类型”、构件“类型”和连接“类型”负载以及来自更高行的动力分布负载）+环境负载（取决于全局高度、深度和宽度参数、上层结构“类型”负载分布、模块“类型”风力C_p、局部风速负载参数，包括高度变化、局部地震负载参数和局部冰雪负载参数））/第n行构件的数量（取决于全局设计参数或结构性类型优化）。

此外，上层结构成本的优化可以取决于在包含在较高行列矩阵中之前对上层结构的部件成本的优化。安装成本可以取决于具体构件/连接对类型的连接复杂性、影响安装机械成本的构件类型的重量、与机器特定高度有关的增加的劳动力及相关保险成本。构件和连接的成本可以高度取决于考虑中的上层结构的类型以及具体结构类型相比其他类型的负载特征。运输可以取决于相对于构件和连接类型和预期部位所用的体积的运输装置体积。LRC可以取决于预期部位、所用构件和连接类型、施加于构件和连接的环境涂层类型以及根据模块或上层结构类型的构件和连接的暴露性。

每种相关的和独立的优化可能需要设计选择中的单独矩阵，其可以向较高行列矩阵变量组提供特定优化值。优化矩阵的每个行列也可能需要递归评估。

代表主矩阵中产生的每单元动力的成本的另一示例可以是

产生的每单元动力的第i、j个成本=((上层结构类型的基础成本*阵列几何构造的成本系数*安装系数*LRC系数*运输系数*基础材料随时间可变性系数*运行和维修系数*选址系数)+（模块类型的基础成本*安装系数*LRC系数*运输系数*基础材料随时间可变性系数*运行和维修系数*选址系数)+(承载/偏航系统类型的基础成本*阵列几何构造的成本系数*安装系数*LRC系数*运输系数*选址系数)+(动力传输类型的基础成本*安装系数*LRC系数*运输系数*选址系数)+(地基类型的基础成本*阵列几何构造的成本系数*选址系数))*初始资本的年度成本) /(基础年度产量*阵列几何构造的产量系数)

其中使用阵列几何构造的系数作为示例，

阵列几何构造的系数=(基于阵列尺寸和喷嘴类型C_p的风力负载的成本增加或减小+基于阵列尺寸的静负载的成本增加或减小+基于阵列尺寸的局部冰雪和地震负载的成本增加或减小)/基础成本。

此外，计算系数时所用的每个变量还可以分解成各个单独系数。行列式优化矩阵以及基于系数的矩阵也可以相结合使用。

在实施例中，理想的是通过优化模块的加速和动力生成部件的集成功能来优化给定模块的产量。简而言之，模块产量优化过程可以被表述为转子空气动力学性能与喷嘴空气动力学性能与发电机特征的匹配，以便喷嘴加速、转子转换和发电机效率在工作速度范围和负载条件的范围内被同时最大化。

矩阵表示（matrix representation）被选择以阐明优化方法，不过任意优化表示可以被本领域技术人员使用，只要其允许分析和优化有用变量即可。

针对给定模块设计的产量优化可以源自于在负载和速度入流条件的矩阵上对转子、喷嘴、传动系统和发电机特征的测试和比较。该目标可以是通过匹配转子设计与喷嘴设计与发电机设计来在负载和入流速度的参数化工作条件内在最广可能的范围值内或替代地在最主导的范围值内优化部件组的效率，其中通过改变在转子和发电机上施加的负载和/或转子和发电机之间的传动比来实现优化的输出，从而优化所述输出。理想的是将优化输出确定为年度、季度或其它周期性累积值，以对比于由Weibull得出的瞬时值或实际风力数据组，来确定部件的设计约束内的最大可能年度能量生成。图61示出了影响年度产量的要素5302，其包括基线模块产量特征5304、单个模块产量调节6108、运转条件6110、转子入流速度6112、转子空气动力学性能6114、转子/发电机/负载性能6118、发电机/PE/传动系统/负载性能6120、内在阵列性能6122、高度（环境速度）6124、负载系统和动力传输损失6128、风速6130和电网损失6132。

可以针对优化组来选择一组转子设计和类型。这可以是相同通用叶片外形和几何构造类别中的范围或者从不同外形和叶片几何构造类别中选择的转子或者是组合组。初始转子设计组还可以包括具有单数叶片的转子或者具有带有不同数量叶片的转子的组。

这种对于转换特征参数化的目标可以是用作针对喷嘴或其它特定条件优化转子几何构造的基础。在此方面，目标可以是相对于最小流动扰动具有最大转换效率。流动扰动可以在最大值处初步地特征在于给定转子设计所实现的有限rpm条件。优化变量可以包括施加于叶片的转矩。rpm和转矩值可以通过联接到转子轴的力传感器和转速表来确定。优化时的偏见会通常涉及较高速度范围时具有增加的转换效率并且/或者在转子具有最大范围的峰值转换值时具有增加的转换效率，或者可能如适应性转子的情况那样考虑所有入流条件下的粒度式优化。

给定转子设计的空气动力学特征可以经验地被确定为双重运行环境中变化负载和速度下的转子转换系数，在喷嘴情况下这可以优选地是紧密容纳的密度驱动的流动。在传动系统、轴或发电机损失之前的转子的动力转换特征可以被表达为

或者

其中

其中

=第n种负载条件和第m种入流速度条件下可用流体动力的转换系数

=第m种入流速度条件下流动中的可用动力

=第n种负载条件和第m种入流速度条件下的转子rpm

=第n种负载条件和第m种入流速度条件下的轴转矩

这些值的转换矩阵示例在图62中被示出。

优选转子转换可以源自于在矩阵内最大值时第n种和第m种条件下转子的经验得出的rpm和转矩特征的汇合。

可以额外地借助于给定运行条件下流动的具体视觉观测来收集流动扰动的证据，其中流动的特性可以被绘制并且转子平面吞吐量上的扰动效果可以通过随时间在流动上绘制具体分布而被确定。

N个优化的转子几何构造的范围可以被选择以用于优化的下一级。

之后，N个优化转子几何构造的范围可以使用m个喷嘴几何构造构成的组来测试。如前所述，转子-喷嘴对的转换特征可以通过将力传感器和转速表联接到转子轴而被确定。

喷嘴空气动力学特征可以通过使用风速计或具体视觉观测等被经验地确定。测试的喷嘴组可以具有单个收缩比或者具有多种收缩比。该组可以额外地测试基础和增强或复杂几何构造（如本发明前述迭代所述）。有利的是确定基础几何构造函数初始和次级增强的几何构造从而确定基础和增强几何构造的优化组合。

图63示出了4种几何构造的2.75收缩比的加速矩阵的示例。

因为来自于喷嘴的动力取决于质量吞吐量或者质量流动速率，所以理想的是在质量吞吐量效率方面表征喷嘴，如图64所示。

可以通过上述手段来测试喷嘴-转子对。由此，转子-喷嘴对转换矩阵可以源自于第n种和第m种负载和转子平面入流条件下rpm和转矩矩阵以及给定几何构造的喷嘴效率行矩阵质量吞吐量值，如图65所示。

由此，可以产生转子效率和转子-喷嘴对效率之间的德尔塔矩阵，其中负值可以指示喷嘴-转子对与仅仅转子相比的功能下降，如图66所示。

德尔塔矩阵中的负值可以指示第n和第m种条件下转子的流动扰动通过减少喷嘴内的质量吞吐量而抑制喷嘴的功能。这可以被用于识别并解决转子或喷嘴的设计优化参数问题。

这种信息可以被用于识别最优化喷嘴-转子配对以及来自初始喷嘴和转子组的运行范围。这种信息还可以在给定步骤被递归地使用以便调节选定转子和喷嘴的设计从而针对喷嘴-转子对实现最大输出水平。这种递归过程的具体目标可以是将转子较大负载下的较大转换匹配到迭代德尔塔矩阵的这种第n和第m种边界条件。递归过程可以包括部分或完全重新设计转子或喷嘴从而最大化具体特性，涉及将负边界匹配到给定转子的动力转换曲线的最大值。还希望通过重新设计的递归步骤，将改变负边界。

源自于递归测试和设计的德尔塔矩阵的最终负边界可以指示出负载和入流速度之间的优化平衡并且因而指示出喷嘴-转子对的优化的输出转矩-rpm。

为了这些目的，喷嘴-转子对上所施加的负载的特征可以在于模块发电机的内部阻抗和施加于发电机的外部阻抗（负载）。此外，在模块中使用传动系统的情况下，转矩向rpm的转换以及相反情况可以构成施加于转子的负载的一部分。在存储的情况下，存储手段可以被模块化管理从而允许施加于模块的充电负载被调节成第m种速度条件下的优化负载参数。

如本领域所知，发电机在设计的发电机转子rpm范围处具有优化效率。理想的是将发电机的优化rpm匹配到喷嘴-转子对的最佳rpm。如果这可以被设计到发电机本身内，则rpm-转矩平衡可以被用于优化发电机的初始设计。例如，将喷嘴-转子对rpm-转矩特征紧密地匹配于发电机rpm特征可能是不可能的。在这种情况下，发电机的rpm-负载参数可以被映射到如图67所示的矩阵中。

可以为了比较目的来映射喷嘴-转子对矩阵的rpm分量，如图68所示。

每个矩阵均可以针对局部转换或效率最大值被过滤。在发电机特征不能紧密匹配喷嘴-转子优化转矩:rpm比的情况下，理想的是在模块动力组件中包括可变传动系统。根据模块的优选运行方法，例如固定速度或可变速度或其组合，则可以由相应矩阵中最大值指示出的转矩:rpm比中的差别能够被用于确定喷嘴-转子对和发电机之间的转矩:rpm的最佳转换比。

在大多数发电机的情况下，最大效率可以预期处于无负载条件下的设计rpm处且当其接近完全加载条件或者偏离设计rpm时效率下降。在喷嘴-转子对中，最大效率可以是变化的，因为转子的空气动力学、喷嘴和所施加的负载相结合地限定了各速度范围的优化转矩:rpm比。

在此方面，优选的是具有模块动力组件，其包括可变传动系统和功率电子器件以用于可变速度和/或固定运转。在这种情况下，电气系统可以使得根据需求由电网施加给机器的负载被解析成施加给阵列的各个行的独立负载。在这种情况下，可以允许机器以高达发电机的优化rpm效率范围的可变速度运转且所施加的负载紧密匹配给定速度范围内的最佳rpm:转矩比。一旦转子-喷嘴对达到最佳rpm范围，则可变传动系统可以用于通过平衡最佳rpm:转矩比与发电机最佳范围来优化发电机的输出。为此的控制机制可以是，其中发电机最佳条件和rpm:转矩最佳条件之间的最佳范围经过输出优化，其中在负载条件范围内针对给定速度范围，喷嘴-转子对的列矩阵被分析，其中列矩阵在优化转换值和优化发电机效率rpm值的边界处被修剪。这个数据将同时由喷嘴-转子转换矩阵和分量喷嘴-转子rpm矩阵来分析。这种修剪的列矩阵之后将被转换到输出矩阵并且应用到适合于各值的rpm和负载条件的发电机rpm效率值，

其中P_t、PRM_rotor、t_rotor可以由固定的第m种矩阵条件（相同速度）限定，并且第n种条件（负载）可以是可变的，并且C_gen变量可以由其自身矩阵内的rpm（第m）值和负载（第n）值限定，以便矩阵可以由所限定负载:rpm水平处的速度范围内的动力输出和给定rpm:负载水平处的发电机效率所构成，如下所示，

其中

在这种情况下，仅两个值处于边界内，

，

并且，通过匹配相应矩阵值并计算各条件下的动力输出，

。

可以看出，在这种情况下最佳输出可处于负载水平为4时的较小喷嘴:转子转换的情况，这是由于处于该范围内的发电机性能。在这种情况下，较大rpm可提供优化方案。在其他情况下，优化性能可处于较小rpm范围。在可变速度或固定状态运行的控制器的决定性因素可以是最大输出。

有用的是，之后使用可变传动系统作为负载调节因素，其允许喷嘴:转子:发电机系统响应特定条件来动态地优化输出。在此方面，还有利的是具有双操作系统，其中可变传动系统可以从某个大于0的基础水平增加负载从而动态地优化系统，只要模块上的需求超过基础负载水平从而能够动态地将所施加的机械负载调节到减小的需求。因此，有用的是具有一种系统，其中如果满足发电机优化条件的喷嘴:转子对负载不从发电机产生最大动力输出，则在满足固定运转条件之后仍能够转换到可变运转。这可以发生于具有宽的且相对平的峰值效率范围的发电机。在实施例中，具有双重功能的传动系统可以被应用，从而允许从欠优化转子rpm:发电机rpm条件增加并且从超优化转子rpm和发电机rpm控制器减小，并且可以被rpm:转矩控制器和可变速度控制器动态地管理，所述控制器可以允许相对于运行条件、转子、传动系统和发电机特征基于最大输出在可变速度状态或固定速度状态下运行。

之后，任一模式中产生的动力可以被功率电子（PE）部件转换并且调节从而传输到电网。有利的是，具有被容纳在模块内的或处于毂处的PE，其从多个模块收集能量。

可以使用多种转子设计、喷嘴设计和收缩率、部件构造和发电机设计来实现上述过程，且之后其被集成到年度能量生成模型中从而递归地确定优化产量设计构造。矩阵优化分析方法可以被用于减少递归地确定产生最大输出的设计的测试变型的数量。最佳设计还可以随给定模块构造运行所处的高度而变化。

关于模块的成本与产量优化，可以使用产量优化基于总体部件成本基础来计算各构造的成本，该总体部件成本基础包括材料成本、制造成本、组装成本、LRC成本、运行和维修成本、附属成本或派生成本以及安装成本，从而确定导致最小成本和最大产量组合的设计构造。有时会是，以某种经验描述的方式，具体应用相比于成本而言更重视输出。在这些情况下，产量相比于成本的重要性之间的经验性关系可以被用作将朝向成本和产量优化的具体组合的方向给优化设计的结果加权的比率。

通过基于对LE和进口壁动量矢量的非线性计算来优化喷嘴从而描述方法，并且缩扩喷嘴在环境和加压条件下的密集-稀疏区域可以被实现。

在LE和进口壁动量矢量初始条件可在二维模型中被近似的情况下，其中初始矢量路径可以通过多个碰撞方案被建模，其中碰撞可以基于分子水平或某种粗略近似方法被计算，直到紧密匹配的非线性函数被隔离，则描述了进口内的动量矢量路径并且得到了给定群组的平均路径。此外，可以基于切片相互作用和密度变化使用非线性动量传递模型来得出环境流动的初始状态条件和稳态条件，从而紧密地匹配密度驱动的流动中的经验性测量（如基础环境中所用），从而确定研究中的系统的全局参数。其他方法也可以用于确定基础环境，例如n-主体模拟，其中使用分子变量代替了宏观变量。将二维模型集成到三维系统中可以是必要的以便正确描述与流动相互作用的特定喷嘴实施例。这可以包括不仅建模喷嘴的大体几何构造特征还包括使用二次均一或非均一细分方法给喷嘴壁进行更加复杂的形貌建模。在这种模型中，尾流和密度流类型均可基于构成可变的矩阵中的统计动量通量以及碰撞参数（实质上可以是弹性的或非弹性的）被集成到模型中。也可以通过给流动的大体动量特性的一部分（与叶片的运动相互作用或受其影响）建模，或者通过计算时间步长基础上叶片的相互作用来确定进口的环境上的叶片的动量通量的效果来对特定动量矢量建模，从而包括系统中的转子行为。系统中的动量通量可以使用恒定或可变稳态的可变密度的系统来逼近，其中局部和全局密度影响系统中的流动参数并且是作用在源自于壁形貌和转子相互作用的动量通量的矢量上的常量。这个模型还可以用于优化转子叶片#和外形从而减少进口区域内对抗的动量矢量的影响。

现在描述用于径向速度能量汲取的机器，即一种呈角度水平轴线-周向WAM涡轮机。

参考图69，径向速度机器的构思可以是，使用呈角度HAWT结构和喷嘴结构的特性组合，例如图69A和图69B两个位置所示。虽然呈角度HAWT可能不如正常结构中的HAWT有效率，但是其可以特别适用于这种应用类型。

组合结构的优点在于当运动时结构的周向速度以及处于径向速度时列阵列中的动力生成。

例如，50米的呈角度HAWT（在旋转时所述椭圆的最窄点处的叶片宽度为50米）在RPM为15的情况下具有近似40m/s的周向径向速度（通常被称为尖端速度）。75m则具有59m/s的周向径向速度。

当列阵列附连于外边缘时，假定50m的情况且喷嘴比率为2.75且实际加速为2.2（加速到86m/s）且在喉管处可用的原始动力转换的平均值为0.3，则具有四个列阵列的这种结构将产生近似32 MW的动力，对于具有相同条件的75m方式（被加速到129m/s），这将产生110 MW的动力。

呈角度叶片可具有在旋转时可变的长度从而保持在圆周处的干净径向路径。可变长度叶片上的应力可以通过附连于在外部阵列内的通道而被缓解，从而在机器完成其循环时允许叶片沿竖直方向延伸。

此外，可以使用非均一比例来实现机器，这是由于主要叶片旋转所形成的椭圆。外部列阵列可以不需要被限制于所述数量。在实施例中，产量成本的优化可以平衡呈角度转换时基于入流KE的尖端速度以及基于列阵列的数量和总体结构的成本的径向质量的惯性。

在实施例中，径向运动还可以通过来自于主转子的机械传动来实现并且可以通过将电力传输到次级机器而实现。

现在公开了发电机/马达热力再循环的方法。发电机或马达可以被装纳在均一或形态变化的单壁或双壁或n个壁的压力容器中，其中压力容器的出口可以由释放通道、额外动力生成的流体涡轮机部段、使得介质返回到压力容器的再循环回路等构成。

容器可以包含流体介质，其中介质可以是吸热气体、吸热流体等或其组合。在单壁容器的情况下，发电机可以直接位于容器内，流体通过机械方式或者借助于热能吸收被雾化。在双壁或n个壁的系统的情况下，发电机可以被封装在容器中，一个或多个内壁可以由导热材料和/或结构构成，并且外壁可以包括隔热材料和/或结构，并且流体可以被装纳在壁中并且借助于机械或热力手段被雾化。

参考图70，流体旨在冷却发电机，其中流体可以具有热特性从而允许从发电机以如下方式吸收废热，即激励并膨胀流体介质，从而增加容器的内压，示出了包括流体腔7002、发电机/马达7004、流体再循环通道7008、流体收集腔7010、外壁7012、内壁7014、热力涡轮机7018和流体泵7020。流体可以以理想比率被释放通过释放通道，其可以包括向涡轮机设备产生介质加速的方式，在涡轮机设备中被介质存储的热能此时以出口速度形式被转换成动力。之后，介质可以循环通过冷却腔，其进一步减小介质的温度，并且之后介质可以通过单向阀设备被反馈回压力容器中。

在负载平衡的情况下，这可以是有用的，因为其可以允许发电机/马达在非常接近最大动力理论的条件下运转且同时捕获通常由发电机所浪费的热能的大部分动力，其中发电机上的负载可以匹配或非常匹配发电机的内部阻抗。这还可以应用到产生足够废热来满足次级系统的消耗的任意系统。

参考图71，在实施例中，本发明可以通过匹配转子空气动力学性能、喷嘴空气动力学性能和发电机特征来提供风力动力模块优化。风力动力模块优化算法7104可以被用于通过优化风力动力模块的加速和动力生成部件的集成功能来优化风力动力模块7102的产量，其中转子空气动力学性能-喷嘴空气动力学性能7108可以匹配于发电机特征7110，以便在风力动力模块的运行速度范围和负载条件上同时最大化喷嘴加速、转子转换和发电机效率。此外，风力动力模块可以设有被优化以便针对选定风力条件范围提供高效率的喷嘴，设有被优化以便针对选定风力条件范围提供高效率的发电机特征，等等。风力动力模块优化可以源自于在负载和速度入流条件的矩阵上对于转子、喷嘴、传动系统和发电机特征中至少两者的测试和比较。风力动力模块优化可以通过匹配转子设计-喷嘴设计-发电机设计，从而针对负载和入流速度在参数化运行条件内在最广可能的范围值内优化部件组的效率。可以通过改变施加在转子和发电机上的负载来实现优化输出从而优化风力动力模块输出。可以通过改变转子和发电机之间的传动比来实现优化输出从而优化风力动力模块输出。风力动力模块优化可以用多种转子设计、喷嘴设计、收缩率、部件构造和发电机设计来实现，且之后被集成到年度能量生成模型从而递归地确定优化产量的设计构造。在实施例中，本发明可以提供风力动力模块优化设备7100，以便通过优化风力动力模块的加速和动力生成部件的集成功能来优化风力动力模块7102的产量，其中转子空气动力学性能-喷嘴空气动力学性能7108可以匹配于发电机特征7110，以便在风力动力模块的运行速度范围和负载条件上同时最大化喷嘴加速、转子转换和发电机效率。此外，风力动力模块可以设有被优化以便针对选定风力条件范围提供高效率的喷嘴，设有被优化以便针对选定风力条件范围提供高效率的发电机特征，等等。风力动力模块优化设备可以提供算法7104来实现优化。

参考图72，在实施例中，本发明可以提供由固定外围上层结构和旋转内部阵列结构构成的风力涡轮机结构。风力动力支撑结构7202可以包括固定位置上层结构7204和多个旋转风力动力结构7208，其中多个旋转风力动力结构通过承载设备被定位于固定位置上层结构的结构内。固定位置上层结构可以被安装于地面。旋转风力动力结构可以是单个风力动力涡轮机模块、一行风力动力涡轮机模块、一列风力动力涡轮机模块、风力动力涡轮机模块阵列，其可从上层结构移除，等等。风力动力支撑机构可以减少由于竖直平面内入流矢量的变化所导致的上层结构所经受的转矩，增加安全性，减少各个承载机构上的负载，增加负载隔离。固定位置上层结构可以具有横截面，例如矩形、多边形等等，其中多边形可以是n角规则多边形、n角不规则多边形。形状的横截面可以是圆形。固定位置上层结构可以是多面体，例如规则多面体、不规则多面体、棱柱多面体、反棱柱多面体等等。固定位置上层结构可以具有结构性变型，例如测地线变型、张拉整体性变型。结构性变型可以是高度变型，其作为高度的函数来改变固定位置上层结构的形状。高度变型可以是n角多边形的n的改变。

参考图73，在实施例中，本发明可以提供具有中性悬浮结构的风力涡轮机模块。风力动力喷嘴7302可以具有集成的悬浮设备7304，其中悬浮设备包含用于针对风力动力结构实现悬浮条件的多个流体体积7308中的至少一个。流体可以是氦、氢等。流体可以被加热以改变浮力。加热可以向喷嘴提供浮力，以便风力动力结构的静负载的至少一部分可以被浮力中和。流体可以被泵压以改变浮力。泵压可以向喷嘴提供浮力以便风力动力结构的静负载的至少一部分可以被浮力中和。集成的悬浮设备可以与喷嘴的内部表面集成在一起。在实施例中，可以提供具有集成悬浮设备的风力动力喷嘴，其中悬浮设备包含用于针对风力动力结构实现悬浮条件的悬浮材料。悬浮材料可以是气体浸渍的泡沫，其中气体可以是氢、氦等。在实施例中，可以提供附连有悬浮设备的风力动力喷嘴，其中被栓系住的悬浮设备包含用于针对风力动力结构实现悬浮条件的悬浮气体，例如具有氢、氦等。所附连的可以是系绳附连件。

参考图74，在实施例中，本发明可以提供由分形支撑结构互连方案构成的风力动力结构。风力动力支撑结构7402可以包括分形空间框架7404，其中空间框架的几何构造结构可以在空间框架的构件7408中被重复到n次迭代，并且其中第n次迭代可以是基础构件，并且形成第n次迭代构件的基础的多面体可以是基础多面体。分形空间框架可以是三维分形。分形空间框架可以使用规则多面体结构、Reuleaux多面体结构、Kepler-Poinsot多面体结构和类似多面体结构。分形空间框架可以相对于结构和负载能力提供低固性，从而减少支撑结构的重量。

参考图75，在实施例中，本发明可以提供使用可变传动系统和PE来同时平衡可变速度下的负载和运行的风力动力系统。风力动力系统7502可以包括在风力动力系统中的可变传动系统7504，其可以被部分地用于增加风力动力系统的转子7508上的负载以便减缓强风条件下转子的角速度7510从而优化风力动力系统的性能，其中传动系统为转子提供了连续可变的速度。可变传动系统可以是连续可变的传动系统。可以通过在通过风力动力系统从风力流动中汲取能量的过程期间减少空气动力学损失来获得优化的性能。可以通过增加风力动力系统的动力转换来获得优化的性能。强风条件可以是产生大的转子周向速度的条件。转子周向速度可以通过增加转子上的负载而被减小到低于小声速。负载可以是机械的、电的或电负载和机械负载的组合。可以通过使用改变网络条件的算法来优化动力传输网络从而改变转子上的负载。网络条件可以是网络形貌内的连接、通过网络形貌内的连接类型的阻抗等等。算法可以利用组合技术、动态编程技术、演变方法等等。可以通过从基线负载动态计算增加的转矩来优化性能。可变传动系统可以关于增加或减少转子RPM而双向运转。可变传动系统可以是齿轮传动系统、连续可变传动系统等等。转子可以是风力转子、发电机转子等等。在实施例中，风力动力系统可以包括平衡风力动力系统的rpm:转矩特征的可变传动系统以及功率电子设备，其中可变传动系统和功率电子设备能够基于最大输出算法实现可变速度或固定速度运转。在实施例中，风力动力系统可以包括平衡风力动力系统的rpm和转矩特征的可变传动系统以及功率电子设备，其中可变传动系统和功率电子设备能够基于最大输出算法实现可变速度或固定速度运转中的至少一种，并且其中最大输出算法产生所用条件和系统运行状态下的最大组合效率。

参考图76，在实施例中，本发明可以提供风力动力系统成本-产量优化设备。风力动力系统成本-产量优化算法7602可以通过使用在n维优化矩阵中识别出的可能设计解的排列来相对于风力动力系统的能量生成产量7608优化风力动力系统7604的成本，其中矩阵的维度可以由研究中的优化参数的数量确定。此外，构建风力动力系统可以基于成本-产量优化算法针对选定范围的风力条件被优化。每个矩阵值均可代表捕获系统参数的给定设计实施方式所生成的每单元动力的加权成本。系统参数可以是成本参数，例如基础成本参数、派生成本参数、产量参数等。排列可以是成本-产量优化算法中的递归环，其中递归环可以优化风力动力系统的多个子系统。风力动力系统成本-产量优化设备7600可以通过使用在n维优化矩阵中识别出的可能设计解的排列来相对于风力动力系统的能量生成产量7608优化风力动力系统7604的成本，其中矩阵的维度可以由研究中的优化参数的数量确定。此外，构建风力动力系统可以基于成本-产量优化算法7602针对选定范围的风力条件被优化。

这里描述的方法和系统可以部分或全部地通过机器来实现，该机器执行计算机软件、程序代码和/或处理器上的指令。本发明可以实现为机器上的方法，实现为系统或设备作为机器的一部分或与机器相关，或者作为在计算机可读介质上执行在一个或多个机器上所实现的计算机程序产品。处理器可以是服务器、客户端、网络基础架构、移动计算机平台、固定计算机平台或其他计算机平台的一部分。处理器可以是能够执行程序指令、代码、二进制指令等的任意种类的计算或处理装置。处理器可以是或包括信号处理器、数字处理器、嵌入式处理器、微处理器或任意变型例如协处理器（数学协处理器、图形协处理器、通信协处理器等）以及可以直接或间接地有助于执行存储于其上的程序代码或程序指令的类似物。此外，处理器能够执行多个程序、线程和代码。线程可以被同时执行以便增强处理器的性能并有助于应用的同时操作。借助于实施方式，这里描述的方法、程序代码、程序指令等可以被实现在一个或多个线程中。线程可以引发已经与其关联地分配了优先级的其他线程；处理器可以基于优先级或基于程序代码中的指令以任意次序执行这些线程。处理器可以包括存储这里及其他地方描述的方法、代码、指令和程序的存储器。处理器可通过接口访问存储介质，其可存储这里及其他地方描述的方法、代码和指令。与处理器相关用于存储方法、程序、代码、程序指令或能够由计算或处理装置执行的其他类型的指令的存储介质可以包括但不限于CD-ROM、DVD、存储器、硬盘、闪存、RAM、ROM、快速缓存等中的一种或多种。

处理器可以包括能够增强多处理器的速度和性能的一个或多个核心。在实施例中，处理器可以是双核处理器、四核处理器、其他芯片等级的多处理器以及结合了两个或更多个独立核心（所谓的芯片）的类似处理器。

这里描述的方法和系统可以部分或整体地通过机器实现，该机器执行在服务器、客户端、防火墙、网关、集线器、路由器或其他这样的计算器和/或网络硬件上的计算机软件。软件程序可以关联于服务器，该服务器可以包括文件服务器、打印服务器、域名服务器、互连网服务器、内网服务器和其他变型，例如次级服务器、主机服务器、分布式服务器等。服务器可以包括存储器、处理器、计算机可读介质、存储介质、端口（物理和虚拟）、通信装置以及能够通过有线或无线介质访问其他服务器、客户端、机器和装置的接口等等中的一种或多种。这里和其他地方描述的方法、程序或代码可以由服务器执行。此外，执行本申请中所述方法所需的其他装置可以被看作是与服务器相关的基础架构的一部分。

服务器可以向其他装置提供接口，其他装置包括但不限于客户端、其他服务器、打印机、数据库服务器、打印服务器、文件服务器、通信服务器、分布式服务器等。此外，这种联接和/或连接可以有助于通过网络远程执行程序。这些装置中一些或全部的网络化可以有助于在一个或多个部位并行处理程序或方法而不会偏离本发明范围。此外，通过接口附连于服务器的任意装置可以包括能够存储方法、程序、代码和/或指令的至少一个存储介质。中央储存库可以提供在不同装置上执行的程序指令。在这种实施方式中，远程储存库可以用作程序代码、指令和程序的存储介质。

软件程序可以关联于客户端，该客户端可以包括文件客户端、打印客户端、域名客户端、互连网客户端、内网客户端和其他变型，例如次级客户端、主机客户端、分布式客户端等。客户端可以包括存储器、处理器、计算器可读介质、存储介质、端口（物理和虚拟）、通信装置以及能够通过有线或无线介质访问其他客户端、服务器、机器和装置的接口等等中的一种或多种。这里和其他地方描述的方法、程序或代码可以由客户端执行。此外，执行本申请中所述方法所需的其他装置可以被看作是与客户端相关的基础架构的一部分。

客户端可以向其他装置提供接口，其他装置包括但不限于服务器、其他客户端、打印机、数据库服务器、打印服务器、文件服务器、通信服务器、分布式服务器等。此外，这种联接和/或连接可以有助于通过网络远程执行程序。这些装置中一些或全部的网络化可以有助于在一个或多个部位并行处理程序或方法而不会偏离本发明范围。此外，通过接口附连于客户端的任意装置可以包括能够存储方法、程序、应用、代码和/或指令的至少一个存储介质。中央储存库可以提供在不同装置上执行的程序指令。在这种实施方式中，远程储存库可以用作程序代码、指令和程序的存储介质。

这里描述的方法和系统可以部分或全部地通过网络基础架构来应用。网络基础架构可以包括各种元件，例如计算装置、服务器、路由器、集线器、防火墙、客户端、个人计算机、通信装置、路由装置和本领域公知的其他有源和无源装置、模块和/或部件。与网络基础架构相关联的计算和/或非计算装置除其他部件外还可以包括存储介质，例如闪存、缓冲区、堆栈、RAM、ROM等。这里和其他地方描述的过程、方法、程序代码、指令可以由一个或多个网络基础架构元件来执行。

这里和其他地方描述的方法、程序代码和指令可以实现在具有多个蜂窝的蜂窝式网络上。蜂窝式网络可以是频分多址（FDMA）网络或码分多址（CDMA）网络。蜂窝式网络可以包括移动装置、蜂窝站、基站、中继器、天线、塔等。蜂窝式网络可以是GSM、GPRS、3G、EVDO、无线网格网络或其他网络类型。

这里和其他地方描述的方法、程序代码和指令可以实现在移动装置上或通过移动装置实现。移动装置可以包括导航装置、手机、移动电话、移动个人数字助理、手提电脑、掌上电脑、上网本、寻呼机、电子书阅读器、音乐播放器等。这些装置除其他部件外还可以包括存储介质，例如闪存、缓冲区、RAM、ROM和一个或多个计算装置。与移动装置相关联的计算装置能够执行在其上存储的程序代码、方法和指令。可替代地，移动装置可以被构造成与其他装置配合地执行指令。移动装置可以与基站通信，该基站与服务器接口并且构造成执行程序代码。移动装置可以在对等网络、无线网格网络或其他通信网络上通信。程序代码可以被存储在与服务器相关联的存储介质上并且由服务器内嵌入的计算装置执行。基站可以包括计算装置和存储介质。存储装置可以存储由与基站相关联的计算装置执行的程序代码和指令。

计算机软件、程序代码和/或指令可以在机器可读介质上被存储和/或访问，该机器可读介质可以包括：计算机部件、装置、记录介质，其保存用于计算一段时长的数字数据；公知为随机存取存储器（RAM）的半导体存储器；通常用于永久性存储的大容量存储器，例如光盘、磁性存储形式，如硬盘、磁带、磁鼓、磁卡，以及其他类型；处理器寄存器、高速缓冲存储器、易失存储器、非易失存储器；光学存储，例如CD、DVD；可移除介质，例如闪存（如USB棒或密钥）、软盘、磁带、纸带、打孔卡、单机RAM盘、压缩驱动器、可移除大容量存储、离线装置等等；其他计算机存储器，例如动态存储器、静态存储器、读/写存储器、易变存储器、只读、随机访问、相继访问、位置可寻址、文件可寻址、内容可寻址、连接于网络的存储器、存储器局域网络、条形码、磁性墨水等等。

这里描述的方法和系统可以将物理且/或无形的项目从一种状态转变到另一种状态。这里描述的方法和系统还可以将代表物理且/或无形的项目的数据从一种状态转变到另一种状态。

这里描述和示出的元件，包括附图中的流程图和框图，暗示了元件之间的逻辑边界。不过根据软件或硬件工程实践，所述元件和功能可以通过计算机可执行介质被实现在机器上，其具有处理器，该处理器能够执行存储在其上的程序指令，作为一体式软件结构，作为单机软件模块，或者作为执行外部例程、代码、服务等的模块，或其组合，所有这样的实施方式可以落入本公开内容的范围内。这样的机器的示例可以包括但不限于个人数字助理、手提电脑、个人计算机、移动手机、其他手持计算装置、医疗设备、有线或无线通信装置、换能器、芯片、计算器、卫星、平板电脑、电子书、小配件、电子装置、具有人工智能的装置、计算装置、网络设备、服务器、路由器等。此外，流程图和框图中描述的原件或其他逻辑部件可以实现在能够执行程序指令的机器上。因此，虽然上述附图和描述说明了公开系统的功能性方面，不过从这些描述中不应该推知实现这些功能性方面的具体软件设置，除非上下文中有明确说明或以其他方式明确得知。类似地，将意识到上面识别且描述出的各种步骤是可以被改变的，并且步骤的次序可以被调整以适应这里公开的技术的具体应用。所有这样的变型和改型旨在落入本公开内容的范围内。这样，对于各种步骤次序的绘制和/或描述不应该被理解为需要以具体次序执行这些步骤，除非具体应用需要如此或者明确表述或者从上下文中明确可知。

上面描述的方法和/或过程及其步骤可以被实现为适于具体应用的硬件、软件或硬件和软件的任意组合。硬件可以包括通用计算机和/或专用计算装置或特定计算装置或特定计算装置的具体方面或部件。过程可以被实现在一个或多个微处理器、微控制器、嵌入式微控制器、可编程数字信号处理器或其他可编程装置中，且其带有内部和/或外部存储器。过程还可以或代替地被嵌入到专用集成电路、可编程门阵列、可编程阵列逻辑或者可以被构造成处理电子信号的其他装置或装置组合中。还将意识到，一个或多个过程可以被实现为能够在机器可读介质上被执行的计算机可执行代码。

可以使用例如C语言的结构化编程语言、例如C++的面向对象编程语言或者任意其他高级或低级编程语言（包括汇编语言、硬件描述语言和数据库编程语言和技术）来产生计算机可执行代码，其中所述语言可以被存储、编译或解释以便运行一种上述装置中以及处理器的多样化组合、处理器体系架构或不同硬件和软件的组合或者能够执行程序指令的任意其他机器。

因此，一方面，上述各方法及其组合可以被实现成计算机可执行代码，当在一个或多个计算装置上运行时，该代码执行其步骤。另一方面，方法可以被实现在系统中，该系统执行其步骤并且可以以大量方式分布于装置，或者所有功能可以被集成在专用单机装置中或其他硬件中。另一方面，用于实现与上述过程相关联的步骤的手段可以包括上述任意硬件和/或软件。所有这些排列和组合旨在落入本公开内容的范围内。

虽然已经结合具体示出并描述的优选实施例公开了本发明，不过对于本领域技术人员而言显而易见到各种改型和改进。因此，本发明的精神和范围不被上述示例限制，而是应该以法律所允许的最广含义来理解。

这里参考的所有文献均并入本文以供参考。

Claims (27)

1.一种风力动力支撑结构，包括：

固定位置上层结构；以及

多个旋转风力动力结构，其中所述多个旋转风力动力结构通过承载设备被定位于所述固定位置上层结构的结构内。

2.权利要求1所述的支撑结构，其中所述固定位置上层结构被安装到地面。

3.权利要求1所述的支撑结构，其中所述旋转风力动力结构是单个风力动力涡轮机模块。

4.权利要求1所述的支撑结构，其中所述旋转风力动力结构是一行风力动力涡轮机模块。

5.权利要求1所述的支撑结构，其中所述旋转风力动力结构是一列风力动力涡轮机模块。

6.权利要求1所述的支撑结构，其中所述旋转风力动力结构是风力动力涡轮机模块阵列。

7.权利要求1所述的支撑结构，其中所述旋转风力动力结构是可从所述上层结构移除的。

8.权利要求1所述的支撑结构，其中所述风力动力支撑结构减少由于竖直平面内入流矢量的变化而导致的所述上层结构所经受的转矩。

9.权利要求1所述的支撑结构，其中所述风力动力支撑结构增加安全性。

10.权利要求1所述的支撑结构，其中所述风力动力支撑结构减少各个承载机构上的负载。

11.权利要求1所述的支撑结构，其中所述风力动力支撑结构增加负载隔离。

12.权利要求1所述的支撑结构，其中所述固定位置上层结构具有横截面。

13.权利要求12所述的支撑结构，其中所述横截面是矩形。

14.权利要求12所述的支撑结构，其中所述横截面是多边形。

15.权利要求14所述的支撑结构，其中所述多边形是n角规则多边形。

16.权利要求14所述的支撑结构，其中所述多边形是n角不规则多边形。

17.权利要求12所述的支撑结构，其中形状的所述横截面是圆形。

18.权利要求1所述的支撑结构，其中所述固定位置上层结构是多面体。

19.权利要求18所述的支撑结构，其中所述多面体是规则多面体。

20.权利要求18所述的支撑结构，其中所述多面体是不规则多面体。

21.权利要求18所述的支撑结构，其中所述多面体是棱柱多面体。

22.权利要求18所述的支撑结构，其中所述多面体是反棱柱多面体。

23.权利要求1所述的支撑结构，其中所述固定位置上层结构具有结构性变型。

24.权利要求23所述的支撑结构，其中所述结构性变型是测地线变型。

25.权利要求23所述的支撑结构，其中所述结构性变型是张拉整体性变型。

26.权利要求23所述的支撑结构，其中所述结构性变型是高度变型，其作为高度的函数来改变所述固定位置上层结构的形状。

27.权利要求26所述的支撑结构，其中所述高度变型是n角多边形的n的改变。

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