CN102597497A - 用于在流体中振荡翼片的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在流体中振荡翼片的方法和设备。根据本发明的方法包括步骤：在流体中产生翼片的振荡起伏运动，起伏运动的振荡周期由翼片在相反方向上的两个行程组成；在流体中产生翼片的振荡俯仰运动；其特征在于，控制起伏运动；以及在起伏运动的振荡周期期间调节俯仰；使得在起伏运动的振荡周期的65％到85％上，对于翼片的每个行程，在行程期间绝对迎角大于最大绝对迎角的60％。

Description

用于在流体中振荡翼片的方法和设备

本发明涉及用于在流体中振荡(oscillating，摆动)翼片(foil，箔)的方法和设备。

振荡或者拍打翼片的灵感来源于诸如金枪鱼、鲨鱼、海豚和鲸等海洋游泳者的天性。海洋游泳者利用由漩涡产生的升力和弧形翼上的附着流产生的升力的混合效应。目前的工业振荡翼片利用弧形翼上的附着流的原理工作。当翼片与介质的进入流形成角度时会产生升力。升力被定义为在沿垂直于进入介质方向对称的平面中作用的力的分力。

根据本发明的方法包括步骤：

-在流体中产生翼片的振荡起伏运动(heave motion，法向运动)，起伏运动的振荡周期由翼片在相反方向上的两个行程组成；

-在流体中产生翼片的振荡俯仰运动(pitching motion，纵向运动)；

其特征在于，

-控制起伏运动；以及

-在起伏运动的振荡周期期间调节俯仰(pitch，斜度)；

使得

-起伏运动的振荡周期的65％直到85％上，诸如65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％，对于翼片的每个行程，在行程期间绝对迎角大于最大绝对迎角的60％，诸如61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％、100％。

使用振荡翼片，翼片件的俯仰运动和起伏运动都需要被周期性地且精确地控制，以此产生最大可能的效率和推力。

已知的用于在流体中振荡翼片的方法，以及根据这些已知方法得出的当前已知的用于在流体中振荡翼片的设备的设计，都旨在产生俯仰和起伏两方面的纯正弦形状运动，根据理论模型可知，这将引起迎角的正弦形状运动。迎角，绘制在相对于一个周期时间的曲线图中，其等于在周期的59.4％上(翼片的每个行程)具有大于最大迎角的60％的值的正弦，此处一个周期是翼片的向上行程和向下行程。

迎角是流体动力学中的一个术语，用于描述本体上(此处为翼片的弦线)的参考线与表示本体和流体(本体通过流体移动)之间相对运动的向量之间的角度。通常，参考线可以是在流中的任何任意形状本体上的任何线。迎角可能是该线与迎面而来的流之间的角度。对于翼片的二维图，迎角是翼片的弦线与进入流体的到达方向之间的角度。对于进入流体的到达方向的二维图，可以采用流体在翼片跨度上的平均运动。由于翼片可能有扭曲，整个翼片的弦线可能不是可定义的。在这种情况下，定义一条替代的参考线。通常，翼片根部的弦线被选作参考线。

相对于旨在产生迎角的正弦形状运动的已知方法的应用，当应用根据本发明的方法时，当绘制绝对迎角所占最大绝对迎角的百分比相对于时间的关系图时，对于至少一个行程，形成一条扁平的曲线。这具有优于已知方法的优势：起伏运动的每个振荡周期，具有一个特别高的平均推力和一个高的平均效率。

在根据本发明的方法的一个有利实施例中，起伏运动的振荡周期的65％到85％是指完成起伏运动的一个周期的时间的65％到85％。在一个替代实施例中，起伏运动的振荡周期的65％到85％是指在起伏运动的一个周期期间内翼片的路径的65％到85％。

在根据本发明的方法的一个有利实施例中，对于翼片的每个行程，在行程期间的65％到85％的行程中，绝对迎角大于最大绝对迎角的60％。对于起伏运动的每个行程，这个实施例使得其有可能具有一个特别高的平均推力和一个高的平均效率。优选地，完成行程的时间的65％到85％，在行程期间绝对迎角大于最大绝对迎角的60％。可替代地，翼片的路径的65％到85％，在行程期间绝对迎角大于最大绝对迎角的60％。

在根据本发明的方法的进一步的有利实施例中，完成每个行程的各自时间基本上相同。这个实施例使得其有可能具有一个用于执行该方法的设备的相对不复杂的实施例。

在一个根据本发明的方法的进一步有利实施例中，

-由起伏运动控制机构控制起伏运动，该起伏运动控制机构功能性地连接至翼片并且被配置成实现翼片的振荡起伏运动；以及

-由俯仰调节机构调节俯仰，该俯仰调节机构功能性地连接至翼片，以便在起伏运动的振荡周期期间调节翼片的俯仰并且被配置成实现翼片的振荡俯仰运动。

在根据本发明的方法的一个有利实施例中，其中，使用一个起伏运动控制机构，该起伏运动控制机构包括：

-起伏曲柄机构，其具有围绕第一旋转轴线可旋转的第一曲柄轴并且具有相对于第一旋转轴线偏置(offset，偏移)的第一曲柄销；

-起伏连接结构，其在一个末端处围绕第二旋转轴线可旋转地连接至第一曲柄销并且在另一个末端处围绕第三旋转轴线可旋转地连接至翼片；以及

-导向结构，用于导向翼片的振荡起伏运动。

根据本发明的方法的这个实施例，尤其是这里的曲柄机构的应用，实现一个不复杂的并且坚固的机构，用于将转动转化为翼片的精确且周期性的振荡起伏运动，反之亦然。此外，通过调节第一曲柄销的偏置，曲柄机构的应用允许起伏运动的相对简单的调节。

在其有利实施例中，起伏连接结构包括第一杆，该第一杆在其第一末端处围绕第二旋转轴线可旋转地连接至第一曲柄销并且在其第二末端处连接至翼片。这个特性提供一个不复杂的连接结构，通过调节起伏连接杆的长度，该结构允许对起伏运动进行相对简单的调节。在其有利实施例中，起伏连接杆的第二末端围绕第三旋转轴线可旋转地连接至翼片。这个特性使其有可能提供一个不复杂且坚固的起伏连接结构的实现，其中，俯仰连接杆被直接连接至翼片。在一个替代实施例中，起伏连接结构进一步包括第一平行四边形结构，其将起伏连接杆的第二末端连接至翼片。这个特性允许第一杆的第二末端运动的精确扩展，使得起伏曲柄机构和/或起伏连接结构相对于翼片的布置方式，对比于起伏连接杆被直接连接至翼片的情况时，拥有更多的选择。

在根据本发明的方法的进一步有利实施例中，其中，使用包括导向机构的起伏运动控制机构，翼片围绕第五旋转轴线可旋转地连接至导向结构。这个特性使得其有可能提供一个不复杂且坚固的翼片平移运动的导向件，同时不限制翼片的旋转运动，从而促进翼片的俯仰运动与翼片的起伏运动导向行为的分离，于是改进对翼片的俯仰运动和起伏运动的控制。在其优选的实施例中，第三旋转轴线和第五旋转轴线重合(coincide)。这个特性使其有可能进一步促进翼片的俯仰运动与翼片的起伏运动导向行为的分离，从而改进对翼片的俯仰运动和起伏运动的控制。

在根据本发明的方法的进一步有利实施例中，其中，使用包括导向结构的起伏运动控制机构，其中，翼片围绕第五旋转轴线可旋转地连接至导向结构，导向结构包括导向连接结构，该导向连接机构用一个末端围绕第五旋转轴线可旋转地连接至翼片并且用另一个末端围绕第六旋转轴线可旋转地与一个固定点相连接，该固定点相对于第一旋转轴线是固定的(stationary，静止的)。这个特性使其有可能提供一个不复杂且坚固的导向结构的实施例。在其优选实施例中，导向连接结构包括导向连接杆，该导向连接杆在其第一末端处围绕第五旋转轴线可旋转地连接至翼片并且在其第二末端处围绕第六旋转轴线可旋转地连接至翼片。

在根据本发明的方法的进一步有利实施例中，其中，使用俯仰调节机构被，该俯仰调节机构包括：

-俯仰曲柄机构，其具有围绕第七旋转轴线可旋转的第二曲柄轴并且具有相对于第七旋转轴线偏置的第二曲柄销；

-俯仰连接结构，其通过一个末端围绕第八旋转轴线可旋转地连接至第二曲柄销并且通过另一个末端在通过俯仰调节杠杆相对于第三旋转轴线偏置的连接点处连接至翼片。

根据本发明方法的这个实施例，尤其是这里曲柄机构的应用，实现一个不复杂且坚固的机构，用于将转动转化为翼片的精确且周期性的振荡俯仰运动。此外，曲柄机构的应用，允许通过调节第二曲柄销的偏置对俯仰运动执行相对简单的调节。

在根据本发明方法的有利实施例中，其中，使用俯仰调节机构，其包括俯仰曲柄机构和俯仰连接结构，该俯仰连接结构包括第二杆，该第二杆在其第一末端处围绕第八旋转轴线可旋转地连接至第二曲柄销并且在其第二末端处可旋转地连接至翼片。这个特性提供了一个不复杂的连接结构，通过调节俯仰连接杆的长度，该连接结构允许对俯仰运动进行相对简单的调节。

在其优选实施例中，俯仰连接杆的第二末端围绕第九旋转轴线在连接点处可旋转地连接至翼片上。这个特性使其有可能提供一个不复杂且坚固的起伏连接结构的实现，其中，俯仰连接杆被直接连接至翼片。在一个替代实施例中，俯仰连接结构进一步包括第二平行四边形结构，其将俯仰连接杆的第二末端连接至连接点处。这个特性允许对俯仰连接杆的第二末端的运动进行一个精确的扩展，使得俯仰曲柄机构和/或俯仰连接结构相对于翼片的布置方式，对比于俯仰连接杆被直接连接至翼片的情况，拥有更多的选择。

在根据本发明的方法的进一步有利实施例中，其中，使用起伏曲柄机构和俯仰曲柄机构，该起伏曲柄机构和俯仰曲柄机构被功能性连接成使得：当被驱动时，起伏曲柄机构围绕第一旋转轴线的转动速度与俯仰曲柄机构围绕第七旋转轴线的转动速度相同。这个特性使得俯仰运动和起伏运动的精确同步成为可能。在其有利实施例中，第一旋转轴线和第七旋转轴线重合。这个特性提供了第一和俯仰曲柄机构的一个不复杂的、坚固的功能性连接。

在根据本发明的方法的进一步有利实施例中，翼片被设计成使得翼片沿其弦线是柔性的(flexible)。这个特性使其有可能提供较高的效率和较低的升力。在一个替代的或者额外的实施例中，翼片被设计成使得翼片沿其跨度是可弯曲的(bendable)。这个特性使其有可能提供较高的效率和较低的升力。

在根据本发明的方法的进一步有利实施例中，用于驱动起伏曲柄机构和俯仰曲柄机构两者中至少之一的驱动器被功能性地连接至起伏曲柄机构和俯仰曲柄机构两者中至少之一。这个特性使其有可能使用根据本发明的方法来，例如，推进船(vessel)或者在流体中产生旋涡或流。

在根据本发明的方法的替代实施例中，动力产生器(power generator)被功能性地连接至起伏曲柄机构和俯仰曲柄机构两者中至少之一。这个特性使其有可能使用根据本发明的方法来从流体流中产生动力。

本发明进一步涉及一种用于执行根据如上所述的本发明的方法的设备，包括：

-起伏运动控制机构，其功能性地连接至翼片并且被配置成实现翼片的振荡起伏运动，振荡起伏运动由翼片在相反方向上的两个行程组成；以及

-俯仰调节机构，功能性地连接至翼片，用于在起伏运动的振荡周期期间调节翼片的俯仰并且被配置成实现翼片相对于流体的振荡俯仰运动；

其中，起伏运动控制机构和俯仰调节机构被配置成使得：

-在至少一个确定的流入速度，并且在振荡起伏运动的至少一个频率下，起伏运动的振荡周期的65％到85％上，对于翼片的每个行程，在行程期间绝对迎角大于最大绝对迎角的60％。

流入速度是流体和设备整体之间的相对速度，也被称为前进速率。

在根据本发明设备的有利实施例中，起伏运动的振荡周期的65％到85％是指完成起伏运动的一个周期的时间的65％到85％。在一个替代实施例中，起伏运动的振荡周期的65％到85％是指在起伏运动的一个周期期间的翼片路径的65％到85％。

在根据本发明设备的有利实施例中，对于翼片的每个行程，行程的65％到85％上，在行程期间绝对迎角大于最大绝对迎角的60％。优选地，完成行程的时间的65％到85％上，绝对迎角大于在行程期间的最大绝对迎角的60％。可替代地，翼片的路径的65％到85％上，绝对迎角大于在行程期间的最大绝对迎角的60％。

在根据本发明设备的进一步有利实施例中，完成每个行程的各自时间基本上相同。

相对于根据本发明的方法，在上文中描述了根据本发明设备的起伏控制机构和俯仰调节机构的进一步有利实施例。

本发明进一步涉及一种船，其包括船体，以及根据本发明的具有驱动器的设备，该驱动器用于驱动起伏曲柄机构和俯仰曲柄机构中的至少一个，其中，至少翼片被定位在船体的外部。在根据本发明的船的一个实施例中，至少一个确定的流入速度是指船的设计速度，并且振荡起伏运动的至少一个频率是指用于所述设计速度的设计频率。

本发明进一步涉及一种用于从流体的流中产生能量的装置，所述流体诸如是河流中的水，该装置包括根据本发明的具有动力产生器的设备，该动力产生器功能性地连接至起伏曲柄机构和俯仰曲柄机构中的至少一个，其中，至少翼片被定位在流体流中。在根据本发明的用于从流体流中产生能量的装置的实施例中，至少一个确定的流入速度是流体的设计流动速度，该装置据此被设计，并且振荡起伏运动的至少一个频率是用于所述设计流动速度的设计频率。

本发明进一步涉及一种用于在流体中产生流(flow)或者旋涡(whirl)的装置，诸如混合器或者泵，该装置包括根据本发明的具有驱动器的设备，该驱动器用于驱动起伏曲柄机构和俯仰曲柄机构中的至少一个，其中，至少翼片被定位在流体中，在该流体中将产生流或者旋涡。在根据本发明的用于在流体中产生流或者旋涡的装置的实施例中，至少一个确定的流入速度是流体的设计流动速度，该装置据此被设计用以产生，并且振荡起伏运动的至少一个频率是用于所述设计流动速度的设计频率。

本发明进一步涉及一种装置，该装置包括至少两个功能性相连接的根据本发明的设备，其中，这些设备彼此之间是异相位的(out of phase)。这个特性使其有可能获得翼片下游的更加平滑的流动并且在驱动器或者产生器处获得更加平滑的扭矩。

在下文中将基于示例性实施例对本发明进行进一步阐明，这些实施例是在附图中示意性示出。这些是非限制性实施例。在图中，具有相同参考标号的特征是相同的特征。在附图中：

-图1示出了根据本发明的设备的一个实施例的示意图；

-图2A到图2D示出了如图1中所示的用于振荡翼片的设备18的实施例在流体中翼片起伏运动的一个周期时间内的四个接续时刻的线框模型；

-图3A和图3B示出了迎角所占最大绝对迎角的百分比相对于时间所占起伏运动的振荡周期时间的百分比之间的关系，将其作为执行根据本发明方法的结果；

-图4示出了迎角所占最大绝对迎角的百分比相对于时间所占起伏运动的振荡周期时间的百分比之间的关系，将其作为执行一种旨在获得迎角正弦形状运动的已知方法的结果；

-图5示出了图1设备的替代实施例的示意图；

-图6示出了图1设备的进一步替代实施例的示意图；

-图7A至图7D示出了如图6中所示的用于振荡翼片的设备的实施例在流体中翼片起伏运动的一个周期时间内的四个接续时刻的线框模型；

-图8示出了带有船体的船和根据图6发明的设备的实施例；

-图9示出了根据如图8所示发明的设备的实施例的替代实施例的示意图；

-图10、图11和图12示出了根据如图1至图9所示发明的设备的进一步替代实施例的示意图。

图1示出了根据本发明的设备的实施例。

图1中所示的设备18具有功能性地连接至翼片1的起伏运动控制机构20，其被配置成用于实现具有弦线1a的翼片1的振荡起伏运动，振荡起伏运动包括翼片在相反方向上的两个行程。起伏运动控制机构20被示出为具有起伏曲柄机构22、起伏连接结构24、和导向结构26。图1中示出的是翼片1的二维图。

起伏曲柄机构22被示出为具有第一曲柄轴5，也被称为动力曲柄，能够围绕第一旋转轴线28旋转，并且具有第一曲柄销30，该第一曲柄销相对于一偏置的曲柄销上的第一旋转轴线28偏置形成距离A。

曲柄机构通过起伏连接结构24被连接至翼片1，该起伏连接结构被示出为具有起伏连接杆7，也被称为动力杆，该起伏连接杆在其第一末端处围绕第二个旋转轴线32可旋转地连接至第一个曲柄销30，并且在其第二末端处围绕第三个旋转轴线3可旋转地连接至翼片1。

导向结构26用于导向翼片1的振荡起伏运动，并且包括导向连接结构36，该导向连接结构具有导向连接杆4，也被称为风筝杆(kite rod)，该导向连接杆在其第一末端处围绕第五个旋转轴线38(其与第三旋转轴线34重合)可旋转地连接至翼片，并且在其第二末端处围绕第六旋转轴线42可旋转地连接至固定点40，该固定点相对于第一旋转轴线28是固定的。第一旋转轴线3(也是翼片1的旋转点)被限制为只能作局部圆弧曲线44运动，这是由导向连接杆4和第一曲柄轴5的行程B限定的。

图1中所示的设备18进一步具有一个功能性地连接至翼片1的俯仰调节机构46，用于在起伏运动的振荡周期期间调节翼片的俯仰，并且被配置为实现翼片1的振荡俯仰运动。俯仰控制机构46被示出为具有俯仰曲柄机构48和俯仰连接结构50。

俯仰曲柄机构48被示出为具有围绕第七旋转轴线52可旋转的第二曲柄轴6，并且具有第二曲柄销54，该第二曲柄销相对于一偏置的曲柄销上的第七旋转轴线52偏置形成距离C。第七旋转轴线52和第一旋转轴线28重合，并且起伏曲柄机构5和俯仰曲柄机构6被功能性连接成使得：当被驱动时，起伏曲柄机构22围绕第一旋转轴线28的旋转D的速度与俯仰曲柄机构48围绕第七旋转轴线52的旋转E的速度相同。如图1中进一步所示，在第一曲柄轴5和第二曲柄轴6之间存在相位差θ。

俯仰连接结构50被示出为具有俯仰连接杆8，也被称为俯仰调节杆，该俯仰连接杆在其第一末端处围绕第八旋转轴线56可旋转地连接至第二曲柄销54，并且在其第二末端处围绕第九旋转轴线58在连接点60处可旋转的连接至翼片，该连接点通过俯仰调节杠杆2相对于第三旋转轴线3偏置。

图2A至图2D示出了如图1中所示的用于振荡翼片1的设备18的实施例在流体62中翼片1起伏运动的一个周期时间内的四个接续时刻的线框模型。在图2A到图2D中示出的是翼片1的二维图。在图2A到图2D中，设备18作为一个整体是固定的，而流体以一个相对于设备整体而言确定的流速流动。箭头U表示流入的速度，是流体和设备整体之间的相对速度。

在如图1和图2所示的设备中：

-起伏曲柄销偏置A和第二曲柄销偏置C被调节过，第二曲柄销偏置C比第一曲柄销偏置A大；

-起伏曲柄轴5和俯仰曲柄轴6之间的相位偏置θ被调节过；

-起伏连接杆7的长度被调节过；并且

-俯仰连接杆8的长度被调节过；

使得在一定的流入速度U和曲柄轴的一定的旋转速度n下，旋转速度是产生的起伏运动频率的表示，翼片1将以以下方式振荡，如图3A所示，其中示出迎角所占最大绝对迎角的百分比相对于时间所占起伏运动的振荡周期时间的百分比之间的关系，对于翼片的每个行程F、G，起伏运动的振荡周期的65％到85％上，在行程期间绝对迎角大于最大绝对迎角的60％。

特别是在图3A中所示，对于翼片的每个行程F、G，在行程期间完成该行程的65％到85％的时间上，绝对迎角大于最大绝对迎角的60％，并且完成每个行程的各自时间基本上相同。对于每个行程，曲线是一条扁平曲线。

在图3B中示出了迎角所占最大绝对迎角的百分比相对于时间所占起伏运动振荡周期时间的百分比之间关系的扁平曲线的另一个例子，其中对于翼片的每个行程，在起伏运动的振荡周期的65％到85％上，在行程期间绝对迎角大于最大绝对迎角的60％。如图3A、图3B所示，对于翼片的每个行程F、G，在行程期间完成该行程的65％到85％的时间上，绝对迎角大于最大绝对迎角的60％，并且完成每个行程的各自时间基本上相同。

在图3A和图3B两图中，对于每个行程F、G，相对于图4中示出的曲线，该曲线是扁平的曲线。图4示出了迎角所占最大绝对迎角的百分比相对于时间所占起伏运动的振荡周期时间的百分比之间的关系，其为执行一种旨在获得迎角正弦形状运动的已知方法的结果。对于翼片的每个行程F、G，在周期的59.4％上，迎角的值大于最大迎角的60％，其中一个周期是指翼片的向上和向下行程。

在图5中是根据本发明如图1所示的设备18的一个替代实施例。图5中所示设备与图1中所示设备比较，存在以下不同：起伏连接杆7和俯仰连接杆8各自的第二末端处不是直接连接至翼片1，而是各自通过一个起伏平行四边形结构62和一个俯仰平行四边形结构64连接至翼片。图5中示出的是翼片1的二维图。

起伏平行四边形结构62由可旋转的互连杆4a、4b和11组成，将起伏连接杆7的第二末端连接至翼片1。由可旋转的互连杆2a、11、12和俯仰调节杠杆2b组成的俯仰平行四边形结构64，即俯仰平行四边形，将俯仰连接杆8的第二末端连接至连接点。由于杆11和12在翼片1的振荡起伏运动过程中保持平行，可以将示意性示出的流线型外壳14布置安装在杆11和杆12周围，以减少杆11和杆12在流体中的阻力。

在图6中，示出了根据本发明如图1所示设备的替代实施例。

图6中所示的设备18具有功能性地连接至翼片1的起伏运动控制机构20，其被配置成实现具有弦线1a的翼片1的振荡起伏运动，该振荡起伏运动由翼片1在相反方向上的两个行程组成。图6中所示的是翼片1的二维图。

起伏运动控制机构20被示出为具有起伏曲柄机构22、起伏连接结构24和导向结构26。

起伏曲柄机构22被示出为具有能够围绕第一旋转轴线28旋转的起伏曲柄轴5，也被称为动力曲柄，并且具有第一曲柄销30，该第一曲柄销相对于在一偏置曲柄销上的第一旋转轴线28偏置形成距离A。

起伏曲柄机构22通过起伏连接结构24被连接至翼片1，起伏连接结构被示出为具有起伏连接杆7，也被称为动力杆，该起伏连接杆在其第一末端处围绕第二旋转轴线32可旋转地连接至第一曲柄销30并且在其第二末端处围绕第三旋转轴线3可旋转地连接至翼片1。

导向结构26用于导向翼片1的振荡起伏运动，并且包括导向连接结构36，该导向连接结构具有导向连接杆4，也被称为风筝杆，该导向连接杆在其第一末端处围绕与第三旋转轴线3重合的第五旋转轴线38可旋转地连接至翼片1，并且在其第二末端处围绕第六旋转轴线42可旋转地连接至固定点40，该固定点相对于第一旋转轴线28是固定的。第一旋转轴线3是翼片1的旋转点，被限制为作局部圆弧曲线44运动，这是由导向连接杆4和第一曲柄轴5的行程B限定的。

图6中所示的设备进一步具有俯仰调节机构46，其功能性地连接至翼片1，用于在起伏运动的振荡周期期间调节翼片1的俯仰，并且被配置成实现翼片1的振荡俯仰运动。俯仰控制机构46被示出为具有俯仰曲柄机构48和俯仰连接结构50。

俯仰曲柄机构48被示出为具有围绕第七旋转轴线52可旋转的第二曲柄轴6，并且具有俯仰曲柄销54，该俯仰曲柄销相对于在一偏置曲柄销上的第七旋转轴线52偏置形成距离C。第七旋转轴线52与第一旋转轴线28重合，并且起伏曲柄机构22和俯仰曲柄机构48被功能性地连接成使得：当被驱动时，起伏曲柄机构22围绕第一旋转轴线28的旋转D的速度与俯仰曲柄机构48围绕第七旋转轴线52的旋转E的速度相同。如图6中进一步所示，起伏曲柄轴5和俯仰曲柄轴6之间没有相位差。

俯仰连接结构50具有俯仰连接杆8，也被称为俯仰调节杆，该俯仰连接杆在其第一末端处围绕第八旋转轴线56可旋转地连接至俯仰曲柄销54，并且在其第二末端处通过俯仰平行四边形结构64可旋转地连接至翼片1。俯仰平行四边形结构64被示出为具有：杠杆9、第一平行四边形10(包括可旋转的互连杆10a到10d)、以及第二平行四边形13(包括可旋转的互连杆13a到13d)。杠杆9在点11处将俯仰连接杆8的第二末端8b连接至第一平行四边形10的第一末端10e，该点相对于第一旋转轴线28是固定的。第一平行四边形10的第二末端10f在固定点40处被连接至第二平行四边形13的第一末端133，导向连接杆4也被连接至该固定点处。第二平行四边形13的第二末端13f被连接至翼片1。如此，俯仰平行四边形结构64将俯仰连接杆8的第二末端8b连接至连接点60，该连接点通过俯仰调节杠杆2相对于第三旋转轴线3偏置。

导向连接杆4的功能是将翼片的垂直力传递到固定点12，但是该功能通过第二平行四边形13也可以实现。

在图7A至图7D中示出了如图6所示的用于振荡翼片1的设备18的实施例在流体62中翼片1的起伏运动的一个周期时间内的四个接续时刻的线框模型。图7A至图7D中示出的是翼片1的二维图。在图7A至图7D中，设备18作为一个整体是固定的，而流体相对于设备整体以一个确定的流速流动。箭头U表示流入速度，是流体和设备整体之间的相对速度。

如图6和图7所示的设备18中：

-起伏曲柄销偏置A和俯仰曲柄销偏置C被调节过；

-起伏曲柄轴5和俯仰曲柄轴6之间的相位差θ被调节过；

-俯仰连接杆8的长度被调节过；

-杠杆9的长度被调节过；

-杠杆9和第一平行四边形10之间的角度α被调节过；并且

-连接杠杆9和第一平行四边形10的固定旋转点11的位置被调节过，使得在一定的流入速度U和一定的旋转速度n下，旋转速度是产生的起伏运动的频率的表示，翼片1将以以下方式振荡，如图3A和3B所示，其中示出迎角所占最大绝对迎角的百分比相对于时间所占起伏运动的振荡周期时间的百分比之间的关系，对于翼片的每个行程F、G，起伏运动的振荡周期的65％到85％上，在行程F、G期间绝对迎角大于最大绝对迎角的60％。

在图8中，示出船66，该船具有船体68以及图6中的设备18，其中翼片1被定位在船体68外侧。设备18包括一个驱动器(未示出)，该驱动器用于驱动起伏曲柄机构22和俯仰曲柄机构48，使得起伏曲柄机构22和俯仰曲柄机构48被施加一定的转速n。

第二平行四边形13能够被放置在一个流线型外壳14(示意性示出)中，以减少第二平行四边形13的杆的阻力。流线型外壳14能够通过一个中空导向连接杆4具体实现。

俯仰连接结构50的位于第二曲柄轴6与第二平行四边形13之间部分，诸如部件8、9、10，被定位在船66的内部，从而实现一个不复杂的机构，其中流入物对翼片的扰动低。

在图9中，示出了如图8所示根据本发明的设备18的一个可替换实施例。在如图9所示的设备中，俯仰调节机构50包括俯仰调节杠杆2，其被连接至两个杆13a、13b和另一个杠杆70，从而形成俯仰平行四边形13，用以调节翼片1的俯仰。通过一种已知的装置(诸如电动机或气缸)在导向连接杆4的固定旋转点12的位置处完成对平行四边形13的调节。替换杆13a、13b，链条或缆绳可以被用于形成平行四边形13。

代替如图1到图9所示的每个设备18对应一个翼片1，如图10和图11，每个设备18对应多于一个翼片1a、1b可以被应用。图10和图11中还示出了第一旋转轴线28和第七旋转轴线52不重合的可能性。

如图12所示，多于一个设备18a、18b、18c可以彼此连接(存在相位差)：

-为了获得较小的振荡脉冲；

-当另一个翼片在顶部或底部时，通过这些翼片中一个翼片引发振荡脉冲；

-通过减小每个桨叶的推力载荷来提高效率。

在图3A和3B中示出，对于翼片的每个行程，在该行程期间完成行程的65％到85％时间上，绝对迎角大于最大绝对迎角的60％，并且完成每个行程的各自时间基本上相同。对于每个行程，曲线是一条扁平曲线。它也可能是并不是对于翼片的每个行程，在行程期间该行程的65％到85％上，绝对迎角大于最大绝对迎角的60％，而是，起伏运动的振荡周期的65％到85％上，对于翼片的每个行程，在行程期间绝对迎角大于最大绝对迎角的60％。在这种情况中，例如只有一个行程的曲线能够是扁平的。此外，完成每个行程的各自时间也可能不同。

如图1到图12所示的两个曲柄轴5和6的旋转方向是顺时针方向。根据本发明的原理，曲柄的旋转方向的其他变化也能被应用，诸如两个曲柄轴5和6的旋转方向可以是逆时针方向，或者曲柄轴中的一个曲柄轴的旋转是顺时针方向，而另一个曲柄轴是逆时针方向。

在这些图中，翼片具有对称的翼片形状，但是它可以采用其他形式，同时作为升力面，包括一个简单的平板，带有活动尾翼或者眼状轮廓的翼片。

在这些图中，导向结构形成为包括许多个杆的连接结构，这些杆将翼片连接到一个相对于第一旋转轴线固定的点。然而，导向结构也可以被形成为例如轨道结构，在翼片的起伏运动期间，第三旋转轴线沿着其移动。

在这些图中，起伏控制机构具有起伏曲柄机构。除了起伏曲柄机构，线性位移机构也可以被用于产生和或控制翼片的起伏运动，例如线性马达或者线性液压或气压缸。

将显而易见的是，在本发明的描述中和附图中仅仅示出了根据本发明的设备的一些可能的实施例，但如已经在本发明的描述中所指出的，在不偏离如权利要求中所指出的本发明思想的情况下，能够做出一些变化。

Claims (26)

1.用于在流体中振荡翼片的方法，包括步骤：

-在所述流体中产生所述翼片的振荡起伏运动，所述起伏运动的振荡周期由所述翼片在相反方向上的两个行程组成；

-在所述流体中产生所述翼片的振荡俯仰运动；

其特征在于，

-控制所述起伏运动；以及

-在所述起伏运动的振荡周期期间调节俯仰；

使得

-在所述起伏运动的振荡周期的65％到85％上，对于所述翼片的每个行程，在行程期间绝对迎角大于最大绝对迎角的60％。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述起伏运动的振荡周期的65％到85％是以下之一：

-完成所述起伏运动的一个周期的时间的65％到85％；以及

-在所述起伏运动的一个周期中所述翼片的路径的65％到85％。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，

-对于所述翼片的每个行程，在行程期间，在65％到85％的行程上，绝对迎角大于最大绝对迎角的60％；

优选地，是以下之一：

-在完成行程的时间的65％到85％上；以及

-在行程的路径的65％到85％上。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，

-完成每个行程的各自时间基本上相同。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其中，

-由起伏运动控制机构控制所述起伏运动，所述起伏运动控制机构功能性地连接至所述翼片并且被配置成实现所述翼片的振荡起伏运动；以及

-由俯仰调节机构调节俯仰，所述俯仰调节机构功能性地连接至所述翼片以便在所述起伏运动的振荡周期期间调节所述翼片的俯仰并且被配置成实现所述翼片的振荡俯仰运动。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述起伏运动控制机构包括：

-起伏曲柄机构，其具有围绕第一旋转轴线可旋转的第一曲柄轴，并且具有相对于所述第一旋转轴线偏置的第一曲柄销；

-起伏连接结构，其在一个末端处围绕第二旋转轴线可旋转地连接至所述第一曲柄销并且在另一个末端处围绕第三旋转轴线可旋转地连接至所述翼片；以及

-导向结构，用于引导所述翼片的振荡起伏运动。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，

-所述起伏连接结构包括起伏连接杆，所述起伏连接杆在其第

一末端处围绕所述第二旋转轴线可旋转地连接至所述第一曲柄销并且在其第二末端处连接至所述翼片。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，

-所述起伏连接杆的第二末端围绕所述第三旋转轴线可旋转地连接至所述翼片。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，

-所述起伏连接结构进一步包括第一平行四边形结构，所述第一平行四边形结构将所述起伏连接杆的第二末端连接至所述翼片。

10.根据权利要求6到9中任一项所述的方法，其中，所述翼片围绕第五旋转轴线可旋转地连接至所述导向结构，其中，优选地，所述第三旋转轴线与所述第五旋转轴线重合。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述导向结构包括导向连接结构，所述导向连接机构通过一个末端围绕所述第五旋转轴线可旋转地连接至所述翼片，并且通过另一个末端围绕第六旋转轴线与相对于所述第一旋转轴线固定的固定点可旋转地连接，其中，优选地，所述导向连接结构包括导向连接杆，所述导向连接杆在其第一末端处围绕所述第五旋转轴线可旋转地连接至所述翼片，并且在其第二末端处围绕所述第六旋转轴线可旋转地连接至所述固定点。

12.根据权利要求5到11中任一项所述的方法，其中，所述俯仰调节机构包括：

-俯仰曲柄机构，其具有围绕第七旋转轴线可旋转的第二曲柄轴，并且具有相对于所述第七旋转轴线偏置的第二曲柄销；

-俯仰连接结构，其通过一个末端围绕第八旋转轴线可旋转地连接至所述第二曲柄销，并且通过另一个末端在通过俯仰调节杠杆相对于所述第三旋转轴线偏置的连接点处连接至所述翼片。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述俯仰连接结构包括俯仰连接杆，所述俯仰连接杆在其第一末端处围绕所述第八旋转轴线可旋转地连接至所述第二曲柄销，并且在其第二末端处可旋转地连接至所述翼片。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，

-所述俯仰连接杆的第二末端在所述连接点处围绕第九旋转轴线可旋转地连接至所述翼片。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述俯仰连接结构进一步包括第二平行四边形结构，所述第二平行四边形结构将所述俯仰连接杆的第二末端连接至所述连接点。

16.根据至少权利要求6和12所述的方法，其中，

-所述起伏曲柄机构和所述俯仰曲柄机构被功能性地连接成使得：当被驱动时，所述起伏曲柄机构围绕所述第一旋转轴线的转动速度与所述俯仰曲柄机构围绕所述第七旋转轴线的转动速度相同。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，

-所述第一旋转轴线与所述第七旋转轴线重合。

18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，

-所述翼片被设计成使得所述翼片沿其弦线是柔性的。

19.根据权利要求1到18中任一项所述的方法，其中，

-所述翼片被设计成使得所述翼片沿其跨度是可弯曲的。

20.根据权利要求1到19中的一项所述的方法，其中：

-将用于驱动所述起伏曲柄机构和所述俯仰曲柄机构中至少之一的驱动器功能性地连接至所述起伏曲柄机构和所述俯仰曲柄机构中至少之一。

21.根据权利要求1到20中的一项所述的方法，其中：

-将动力产生器功能性地连接至所述第一曲柄和所述第二曲柄中至少之一。

22.用于执行根据权利要求1到22中任一项所述的方法的设备，包括：

-起伏运动控制机构，其功能性地连接至所述翼片并且被配置成实现所述翼片的振荡起伏运动，所述振荡起伏运动由所述翼片在相反方向上的两个行程组成；以及

-俯仰调节机构，其功能性地连接至所述翼片，用于在所述起伏运动的振荡周期期间调节所述翼片的俯仰并且被配置成实现所述翼片相对于所述流体的振荡俯仰运动；

其中，所述起伏运动控制机构和所述俯仰调节机构被配置成使得：

-在至少一个确定的流入速度下，并且在所述振荡起伏运动的至少一个频率下，在所述起伏运动的振荡周期的65％到85％上，对于所述翼片的每个行程，在行程期间绝对迎角大于最大绝对迎角的60％。

23.船，包括：

-船体；以及

-根据权利要求22所述的设备，其中，至少所述翼片被定位在所述船体的外部，

其中，

-所述设备包括驱动器，所述驱动器用于驱动所述起伏曲柄机构和所述俯仰曲柄机构中至少之一。

24.用于从流体的流中产生能量的装置，所述流体诸如河流中的水，所述装置包括：

-根据权利要求22所述的设备，其中，至少所述翼片被定位在所述流体的流中。

其中，

-所述设备包括动力产生器，所述动力产生器功能性地连接至所述第一曲柄和所述第二曲柄中至少之一。

25.用于在流体中产生流或旋涡的装置，包括：

-根据权利要求22所述的设备，其中，至少所述翼片被定位在所述流体中，在所述流体中将产生所述流或者旋涡，

其中，

-所述设备包括驱动器，所述驱动器用于驱动所述起伏曲柄机构和所述俯仰曲柄机构中至少之一。

26.装置，包括：

-至少两个功能性相连接的根据权利要求22所述的设备，其中，所述设备彼此之间是异相位的。

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