CN106574603B - 具有适于横穿流体环境的刚性小翼的结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适于横穿流体环境的结构，包括：细长本体，该细长本体具有根部、翼尖、前缘和后缘；以及刚性小翼，该刚性小翼与翼尖相关联并且具有小翼本体，小翼本体基本垂直于细长本体的吸力侧和压力侧中的一个延伸至后缘后方的终点。在一个实施例中，该结构是可以结合到风力涡轮机中的转子叶片。

Description

具有适于横穿流体环境的刚性小翼的结构
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2014年8月5日提交的美国临时专利申请No.62/033,331的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
下文总体上涉及适于横穿流体环境的结构，且更具体地涉及适于横穿流体环境的具有细长本体和刚性小翼的结构。
背景技术
用于从旋转运动产生电力的水平轴线风力涡轮机通常包括一个或多个转子叶片，每个转子叶片具有从由风力涡轮机机舱支撑并在风力涡轮机机舱内旋转的水平轴向外延伸的空气动力学主体。转子叶片是适于横穿流体环境的结构的实例，其中环境主要是环境空气。机舱被支撑在从地面或其他表面延伸的塔架上。入射在转子叶片上的风施加压力，使得转子叶片通过旋转轴而移动，转子叶片从该轴围绕轴的水平旋转轴线延伸。轴进而与发电机相关联，如众所周知的，发电机将轴的旋转运动转换为用于传输、存储和/或立即使用的电流。水平轴线风力涡轮机通常是熟知并被理解的，虽然改进它们的操作以提高功率转换的效率及其总体操作特性是期望的。
甚至在低速下的入射风都可能导致转子叶片非常快速地旋转。如将很好地理解的，对于给定的旋转速度，转子叶片的线速度在其根部(转子叶片的靠近轴的部分)的区域中最低。类似地，转子叶片的线速度在其翼尖(转子叶片的远离轴的部分)的区域中最高。特别是在较高的线速度下，当转子叶片沿着其旋转路径快速“切割(slices)”穿过空气时，转子叶片的方面可能产生显著空气声学噪声。这种噪声可能使其附近的人和动物非常不舒服。然而，噪声也可以是操作不有效的指示，并且最大翼尖速度实际上可能受到这种低效率的限制。
例如，从转子叶片的翼尖的区域发出的空气声学噪声通常被称为尖端涡流噪声。尖端涡流噪声是由于翼尖处的转子叶片的构造而产生分散的涡流的指示，其通过产生过度的阻力而降低叶片的效率。
修改在翼尖区域中的转子叶片的构造是已知的，例如通过使翼尖区域中的转子叶片的方面仅从转子叶片的其余部分的大致直线的路径偏离一定角度。这种偏离已经已知为小翼，并且小翼的各种构造已经用于通过限制可能在转子叶片旋转时产生的涡流来提高风力涡轮机整体的效率。
目前，已知这样的小翼偏向对转子叶片入射的来风，或者偏离在塔的方向上来风，而不使转子叶片的剩余部分的前缘或后缘前进或后退。这两种普遍的小翼构造已经示出通过允许入射在转子叶片上的风平滑地离开翼尖来减小转子叶片上的负载并且减少叶片故障的机会。然而，这样的构造仅处理了使得转子叶片旋转的入射在转子叶片前部上的风的操作，并且没有考虑到转子叶片如何可以相对于在高速下通过转子叶片在其旋转路径的高速横穿期间遇到的空气运转的改进。特别地，入射在转子叶片前部上的风可以合理地仅以高达大约三十(30)公里/小时(kph)的速度移动，而翼尖区域在其横穿其旋转路径时的线速度对于非常快速旋转的转子叶片可以合理地达到高达三百二十(320)kph。在这方面的较高速度可能是翼尖的大量噪声和低效率的原因。
发明内容
根据一个方面，提供了一种适于横穿流体环境的结构，该结构包括：细长本体，所述细长本体具有根部、翼尖、前缘和后缘；以及刚性小翼，该刚性小翼与所述翼尖相关联并且具有小翼本体，该小翼本体基本垂直于细长本体的吸力侧和压力侧中的一个延伸至后缘后方的终点。
在一个实施例中，小翼本体是平面的并且在细长本体围绕旋转轴线的移动期间与由小翼横穿的圆的切线大致平行。在可替代实施例中，小翼本体是弧形的并且在细长本体围绕旋转轴线的移动期间大致符合由小翼横穿的圆周的弧。
在一个实施例中，该结构是可以用在飞行器或涡轮中的转子叶片。在另一个实施例中，该结构是用于飞行器的固定翼。
通过阅读以下内容，其他方面及其优点对于本领域技术人员将变得显而易见。
附图说明
现在将参照附图描述本发明的实施例，附图中：
图1是根据现有技术的水平轴线风力涡轮机的侧视图；
图2是独立的图1的风力涡轮机的转子叶片中的一个的前透视图；
图3是独立的根据本发明的实施例的结构的前透视图；
图4是独立的根据另一实施例的结构的前透视图；
图5A是独立的根据另一实施例的结构的翼尖区域的前视图；
图5B是独立的根据另一实施例的结构的翼尖区域的前视图；
图6是独立的根据另一实施例的结构的翼尖区域的前视图；
图7是独立的根据另一实施例的结构的翼尖区域的前视图；
图8是独立的根据另一实施例的结构的翼尖区域的前视图；
图9A是独立的根据另一实施例的结构的翼尖区域的侧视图；
图9B是独立的根据另一实施例的结构的翼尖区域的侧视图；
图9C是独立的根据另一实施例的结构的翼尖区域的侧视图；
图10是独立的根据另一实施例的结构的翼尖区域的前视图；
图11是图10的结构的翼尖区域的前透视图；
图12A是独立的图7所示结构的翼尖区域的前视图，其另外具有施加到吸力侧的六边形图案化表面处理；
图12B独立地示出了六边形图案化表面处理的放大部分；以及
图13是应用于竖直轴线风力涡轮机的适于横穿流体环境的结构的前透视图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各种实施例，在附图中示出了本发明的一个或多个实例。每个实施例为了解释本发明而提供，且并不意味着对本发明的限制。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以在其它实施例上使用或与其它实施例结合使用，以产生另一实施例。本发明旨在包括这样的修改和变化。
图1是根据现有技术的水平轴线风力涡轮机10的侧视图。风力涡轮机10包括由例如地表面的表面S支撑并从该表面延伸的塔架100。进而，由塔架100支撑的是水平延伸的机舱200。具有旋转器300的毂被能够旋转地安装在机舱200的前端，并且能够围绕旋转轴线R相对于机舱200旋转。旋转器300接收和支撑多个转子叶片400，每个转子叶片从旋转器300向外延伸。转子叶片400捕获朝向风力涡轮机10流动的入射风Wi并且被导致旋转。由于其由旋转器300支撑，转子叶片400在旋转时使得旋转器300围绕旋转轴线R旋转，由此引起旋转运动，该旋转运动能够以熟知的方式转换成可用的电功率或机械功率。在这个意义上，转子叶片400均是适于横穿流体环境的结构，其中该实施例中的流体是环境空气。机舱200可以被能够旋转地安装至塔架100，使得机舱200可以相对于塔架100围绕基本竖直的轴线(未示出)旋转，由此使得转子叶片400能够自适应地面向入射风Wi正靠近风力涡轮机10的方向。通常均匀抛物面形状的鼻锥500被示出为安装到旋转器300的前端，以将入射风Wi偏转离开旋转器300。
图2是独立的转子叶片400中的一个的前透视图。转子叶片400包括从根部410延伸通过主区段412并且终止于翼尖414处的细长本体。根部410在附接至机舱200或与其一体形成时从机舱延伸，而翼尖414是细长本体的远离机舱200的部分。细长本体具有前缘420和后缘430，其中当转子叶片400在与机舱200一起围绕旋转轴线R在方向D上旋转的运动中时，前缘420在后缘430前面。在图2中示出了细长本体的吸力侧440，并且以虚线示出的压力侧450与细长本体的吸力侧440相反。
图3是独立示出的根据本发明的一个实施例的结构405的前透视图。结构405可以用作转子叶片并且包括从根部410延伸通过主区段412并且终止于翼尖414处的细长本体。结构405的根部410在附接到机舱200或与其一体形成时从该机舱延伸，并且翼尖414是细长本体的远离机舱200的部分。结构405的细长本体具有前缘420和后缘430，其中当例如结构405与机舱200一起围绕旋转轴线R在方向D上旋转的运动中时，前缘420在后缘430前面。类似于转子叶片400，结构405的细长本体具有压力侧440和吸力侧450。
根据本发明的一个方面，结构405还包括与翼尖414相关联的刚性小翼470。在本实施例中，刚性小翼470与翼尖414成一体。刚性小翼470具有平面小翼本体472，该平面小翼本体与细长本体的吸力侧440基本垂直，并且在本实施例中从细长本体的吸力侧440延伸到后缘430后方的终点或尖端474。平面小翼本体472在围绕旋转轴线R在方向D上的移动期间与由小翼470横穿的圆的切线对准，由此为在旋转期间移动通过的空气呈现薄的边缘。如所示的，终点474在后缘430后方距离x的位置。应当理解，图中所示的距离x不一定必须在所有实施例中都相同。
小翼470被构造成具有在转子叶片405的后缘430后方的终点474，以便与现有技术设计相比允许在该区域的涡流脱落是渐进的和较难磨损的。例如，代替“撕裂”空气，图3所示的构造更好地使得在旋转期间遇到的空气能够平滑地并且以减小的阻力沿着小翼本体472行进，由此减少在翼尖414的区域处的湍流和噪声排放，。
图4是独立的根据本发明的可替代实施例的结构405A的前透视图。类似于结构405，结构405A包括从根部410延伸通过主区段412并且终止于翼尖414处的细长本体。结构405A的根部410在附接至机舱200或与其一体形成时从该机舱延伸，并且翼尖414远离机舱200。结构405A的细长本体还具有前缘420和后缘430，其中当结构405A在例如与机舱200一起围绕旋转轴线R在方向D上旋转的运动中时，前缘420在后缘430前面。类似于结构405，结构405A的细长本体具有压力侧440和吸力侧450。
根据本发明的一个方面，结构405A包括与翼尖414相关联的刚性小翼470A。在本实施例中，刚性小翼470A与翼尖414成一体。结构405A的刚性小翼470A具有平面小翼本体472A，该平面小翼本体472A与细长本体的压力侧450基本垂直，并且在本实施例中从细长本体的压力侧450延伸至后缘430后方的终点或尖端474A。平面小翼本体472A在围绕旋转轴线R在方向D上的移动期间与由小翼470A横穿的圆的切线对准，由此为在旋转期间移动通过的空气呈现薄的边缘。如所示的，终点474A在后缘430后方距离x的位置。
与小翼470类似，小翼470A被构造成具有在结构405A的后缘430后方的终点474A，以便与现有技术设计相比允许在该区域的涡流脱落是渐进的和较难磨损的。例如，代替“撕裂”空气，图4所示的构造更好地使得在旋转期间遇到的空气能够平滑地且以减小的阻力沿着小翼本体472A行进，由此减少在翼尖414的区域处的湍流、阻力和噪声排放。
刚性小翼470和470A呈现了非常简单的实施例，可以预期到其许多可替代方案。
例如，图5A是独立的根据另一实施例的诸如转子叶片的结构的翼尖区域的前视图，当观察者站在面向水平风力涡轮机的前部时可以看到它，该转子叶片是该水平风力涡轮机的一部分。该结构被构造为在方向D上顺时针旋转。
在本实施例中，该结构具有在旋转期间以高速切开风Whs的前缘420、后缘430和翼尖414。刚性小翼470B与翼尖414成一体并且通过轻轻地扭转从翼尖414平滑地延伸以便向上弯曲，同时相对于旋转方向D向后扫动以便基本垂直于吸力侧440(离开页面，即，朝向观察者)延伸。刚性小翼470B继续扭转总共约180度(以露出压力侧450)并向后扫动到终点或尖端474B，该终点或尖端474B在后缘430后方距离x的位置。终点474B指向离开风Whs。小翼本体472B基本是平面的，并且与在涡轮机的移动期间由小翼470B横穿的圆的切线T大致平行。
不受特定理论的束缚，人们认为刚性小翼470B的扭曲构造有助于形成层流，其降低涡流脱落的强度，并因此减少由于涡流脱落引起的噪声。
图5B是独立的根据另一实施例的适于作为转子叶片的结构的翼尖区域的前视图。在本实施例中，该结构具有在旋转期间以高速切开风Whs的前缘420、后缘430和翼尖414。刚性小翼470C与翼尖414成一体并通过轻轻扭转而从翼尖414平滑地延伸以便向上弯曲，同时相对于旋转方向D向后扫动以便基本垂直于吸力侧440(离开页面，即，朝向观察者)延伸。刚性小翼470C继续扭转总共约180度(以露出压力侧450)并向后扫动至终点或尖端474C，该终点或尖端474C在后缘430后方距离x的位置。终点474C比终点474B更锋利，但是类似于终点474B，终点474C指向离开风Whs。小翼本体472C基本是平面的，并且与在涡轮机的移动期间由翼尖横穿的圆的切线T大致平行。
图6是独立的根据另一实施例的适于作为转子叶片的结构的翼尖区域的前视图。在本实施例中，该结构具有在旋转期间以高速切开风Whs的前缘420、后缘430和翼尖414。刚性小翼470D与翼尖414成一体并通过轻轻扭转而从翼尖414平滑地延伸以便向上弯曲，同时相对于旋转方向D向后扫动以便基本垂直于吸力侧440(离开页面，即，朝向观察者)延伸。刚性小翼470D继续扭转总共约180度(以显露压力侧450)，并且向后扫动至终点或尖端474D，该终点474D或尖端在后缘430后方距离x的位置。在本实施例中，小翼本体472D稍微弯曲或呈弧形，并且大致符合在涡轮机的移动期间由小翼470D在方向D上横穿的圆的圆周的弧。
图7是独立的根据另一实施例的适于作为转子叶片的结构的翼尖区域的前视图。在本实施例中，该结构具有在旋转期间以高速切开风Whs的前缘420、后缘430和翼尖414。刚性小翼470E与翼尖414成一体并通过轻轻地扭转而从翼尖414平滑地延伸以便向上弯曲，同时相对于旋转方向D向后扫动以便基本垂直于吸力侧440(离开页面，即，朝向观察者)延伸。刚性小翼470E继续扭转总共约180度并且向后扫动至终点或尖端474E，该终点或尖端474E在后缘430后方距离x的位置。小翼本体472E基本是平面的，并且大体与在涡轮机的移动期间由小翼470E横穿的圆的切线平行。
图8是独立的根据另一实施例的适于作为转子叶片的结构的翼尖区域的前视图。在本实施例中，该结构具有在旋转期间以高速切开风Whs的前缘420、后缘430和翼尖414。刚性小翼470F与翼尖414成一体并通过轻轻地扭转而从翼尖414平滑地延伸以便向下弯曲，同时相对于旋转方向D向后扫动，以便基本垂直于压力侧450(进入页面，即，离开观察者)延伸。刚性小翼470F继续扭转总共大约180度(以露出吸力侧450)并且向后扫动至终点或尖端474F，该终点或尖端474F在后缘430后方距离x的位置。在本实施例中，小翼本体472F基本是平面的，并且与在涡轮机的移动期间由小翼470F横穿的圆的切线大致平行。
图9A是独立的根据另一实施例的适于作为转子叶片的结构的翼尖区域的侧视图。在本实施例中，该结构具有在旋转期间以高速切开风Whs的前缘420、后缘430和翼尖414。刚性小翼470G与翼尖414成一体并且在轻轻地扭转之前从翼尖414通过平面过渡区域478G从线性连接机构476G延伸以便向上弯曲，同时相对于旋转方向D向后扫动以便基本垂直于吸力侧440(离开页面，即，朝向观察者)延伸。在本实施例中，连接机构是将刚性小翼470G相对于翼尖414保持在固定位置中的刚性接头。
刚性小翼470G继续扭转总共约180度(以露出压力侧450)并向后扫动至终点或尖端474G，该终点或尖端474G在后缘430后方。小翼本体472G基本是平面的，并且与在涡轮机的移动期间由小翼470G横穿的圆的切线大致平行。
在本实施例中，平面过渡区域478G从连接机构476G相对于吸力侧440向上倾斜一定角度θ，并且因此与其它实施例中的情况相比相对于翼尖414更急剧地延伸。
图9B是独立的根据另一实施例的适于作为转子叶片的结构的翼尖区域的侧视图。在本实施例中，该结构具有在旋转期间以高速切开风Whs的前缘420、后缘430和翼尖414。刚性小翼470H与翼尖414成一体，并在轻轻地扭转之前从翼尖414通过平面过渡区域478H从线性连接机构476H延伸以便向上弯曲，同时相对于旋转方向D向后扫动以便基本垂直于吸力侧440(离开页面，即，朝向观察者)延伸。在本实施例中，连接机构是允许刚性小翼470H响应于入射在细长本体上的流体流而相对于翼尖414自由旋转的铰链。
刚性小翼470H继续扭转总共约180度(以露出压力侧450)，并且向后扫动至终点或尖端474H，该终点或尖端474H在后缘430后方。小翼本体472H基本是平面的，并且与在涡轮机的移动期间由小翼470H横穿的圆的切线大致平行。
图9C是独立的根据另一实施例的适于作为转子叶片的结构的翼尖区域的侧视图。在本实施例中，该结构具有在旋转期间以高速切开风Whs的前缘420、后缘430和翼尖414。刚性小翼470I与翼尖414成一体，并且在轻轻地扭转之前从翼尖414通过平面过渡区域478I从线性连接机构476I延伸以便向上弯曲，同时相对于旋转方向D向后扫动以便基本垂直于吸力侧440(离开页面，即，朝向观察者)延伸。在本实施例中，连接机构476I是允许刚性小翼4701响应于控制信号相对于翼尖旋转的控制结构。控制结构包括液压/气动泵结构，该液压/气动泵结构连接至翼尖414并且可以被操作为伸出或收回具有与平面过渡区域478I连接的远端的臂。使用泵结构的臂的伸出使得臂顺时针推动平面过渡区域478I，并且使用泵结构的臂的收回导致臂逆时针拉动平面过渡区域478I。
刚性小翼470I继续扭转总共大约180度(以露出压力侧450)，并且向后扫动至终点或尖端474I，该终点或尖端474I在后缘430后方。小翼本体472I基本是平面的，并且与在涡轮机的移动期间由小翼470I横穿的圆的切线大致平行。
图10是独立的根据另一实施例的适于作为转子叶片的结构的翼尖区域的前视图，图11是图10的翼尖区域的前透视图。
在本实施例中，该结构具有在旋转期间以高速切开风Whs的前缘420、后缘430和翼尖414。能够在连接点473J处使用刚性连接机构476J而将刚性小翼470J附接至翼尖414，该刚性连接机构476J使用穿过刚性小翼470J和翼尖414两者的合适的紧固件。在本实施例中，刚性连接机构476J是包括连接点473J的刚性杆，在本实施例中，该连接点473J是穿过刚性杆的孔。在本实施例中，连接机构476J由金属形成并且与刚性小翼470J所延伸通过的平面延伸区域479J成一体。平面延伸区域479J介于连接机构476J与过渡区域478J之间。在本实施例中，过渡区域478J在延伸区域479J与小翼本体472J之间弯曲，以便从翼尖414平滑地过渡到小翼本体472J。在本实施例中，小翼本体472J不被扭转，而是相对于旋转方向D向后扫动以便基本垂直于吸力侧440(离开页面，即，朝向观察者)延伸。刚性小翼470J继续向后扫动至终点或尖端474J，该终点或尖端474J在后缘430后方距离x的位置。在本实施例中，小翼本体472J基本是平面的，并且大体与在涡轮机的移动期间由小翼470J横穿的圆的切线平行。
在图11中，可以看出，连接机构476J在翼尖414的远端的区域中是阶梯式的，由此确保过渡区域479J主要处于与翼尖414相同的平面中。
已经提供了本文公开的小翼的构造以减少噪声排放并且通过减少涡流尖端脱落和相关声波来提高水平风力涡轮机的操作效率。
测试结果
对于下列每种结构：不具有小翼的现有技术结构、具有小翼的现有技术结构、根据本发明的具有与具有基本垂直于细长本体的吸力侧和压力侧中的一个延伸至后缘后方的终点的小翼本体的翼尖相关的刚性小翼的结构，从与入射风源相距的不同距离和不同风力水平的本文描述的具有用于横穿流体环境的结构的小型风力涡轮机导出了以下结果。测试结果表明了由根据本发明的结构导致的在各种风速和与具有标准小翼的风源相距各种距离处的功率输出的微小增加以及甚至更高的功率输出差。
1.与入射风源相距20cm，风力水平2
A.常规风力涡轮机(不具有小翼)-148mV
B.常规风力涡轮机(小翼展开)-150mV
C.常规风力涡轮机(小翼在后缘后方)-156mV
2.与入射风源相距30cm，风力水平2
A.常规风力涡轮机(不具有小翼)-135mV
B.常规风力涡轮机(小翼展开)-136mV
C.常规风力涡轮机(小翼在后缘后方)-141mV
3.与入射风源相距50cm，风力水平2
A.常规风力涡轮机(不具有小翼)-115mV
B.常规风力涡轮机(小翼展开)-116mV
C.常规风力涡轮机(小翼在后缘后方)-121mV
与入射风源相距20cm，风力水平3
常规风力涡轮机(不具有小翼)-158mV
常规风力涡轮机(小翼展开)-160mV
常规风力涡轮机(小翼在后缘后方)-165mV
与入射风源相距30cm，风力水平3
常规风力涡轮机(不具有小翼)-142mV
常规风力涡轮机(小翼展开)-143mV
常规风力涡轮机(小翼在后缘后方)-149mV
与入射风源相距50cm，风力水平3
常规风力涡轮机(不具有小翼)-127mV
常规风力涡轮机(小翼展开)-130mV
常规风力涡轮机(小翼在后缘后方)-136mV
上述转子叶片构造对用于水平轴线风力涡轮机的转子叶片的翼的改进还可以应用于能够用于竖直轴线风力涡轮机的一个或多个转子叶片，并且可以应用于这两者的任何尺寸的转子叶片，或者可以应用于能够用于水电坝涡轮机、燃气涡轮机、潮汐涡轮机或航空风能涡轮机或者处理气体或液体的流体流动的其它类型的涡轮机中的一个或多个转子叶片。
上述转子叶片构造可替代地用于诸如为商用飞机、军用喷气飞行器、直升机叶片、直升机机翼、民用飞机、无人机和其他类似飞行器的飞行器中。本文描述的发明可以应用于具有比通过实例方式描述的叶片更少或更多叶片的风力涡轮机，以便提高风力涡轮机的操作效率、降低维护成本、并且增加这种风力涡轮机的可扩展性和可销售性。
观察到的是，商用飞机、民用飞机、无人机、直升机机翼将具有与现代商用飞机相似尺寸比的小翼，其具有向后弯曲超过后缘线的结构。
然而，军用喷气飞行器、直升机叶片由于将会出现的翼尖速度而可能采用与叶片长度相比尺寸相似的类似的翼。对于比例参考，直升机转子大约是商用飞机的尺寸的1/3，具有类似的叶尖速度，该尺寸将是飞机的小翼的尺寸的1/3。
尽管已经参照附图描述了实施例，但本领域技术人员将理解，在不偏离由所附权利要求限定的精神和范围的情况下，可以进行变化和修改。
例如，如本文描述的刚性小翼可以进一步装配成集成到转子叶片的避雷防护系统中，并且可以包括降低雨雪的冲击力因此限制侵蚀和叶片故障的微型突起。
此外，小翼可以设置有表面处理，诸如一系列凹部和/或一系列六边形图案和/或一系列凹陷或凹槽，所有这些都可以陷入小翼的表面中或在小翼的表面上方凸起。例如，图12A是独立的结构的翼尖区域的前视图，其中六边形图案化表面处理485应用于吸力侧440。图12B独立地示出了六边形图案化表面485的放大部分。如所示的，每个六边形H的截面是楔形的，其中楔形物的薄边缘486面向入射风Wi的源，由此从吸力侧440向上形成一定坡度，并且楔形物的厚端487背向入射风Wi的源，由此与吸力侧440间隔开。
这些改进同样可以加上必要的变更而适当地应用于相关的变化，包括但不限于商用飞机、军用喷气飞行器、直升机叶片、直升机机翼、民用飞机、航天器、无人机等。
此外，本文所公开的结构能够用于除环境空气之外的其它流体环境，诸如水环境，油环境等。
适于横穿流体环境的结构可以应用于竖直轴线风力涡轮机。在这样的实施例中，刚性小翼离开叶片的下部和上部区域，如图13中大体所示。这种小翼可以朝向风力涡轮机的中心轴盘旋，或者向外张开并离开该轴。在本申请中，这些新颖的翼还可以从旋转方向直接向后张开。
适于横穿流体环境的结构可以应用于水电坝涡轮机。在这样的实施例中，由于这些叶片与它们的长度相比通常相当宽，所以小翼在后缘处离开尖端。如本专利的技术中所描述的卷曲将大致始于前缘尖端处，并且卷曲的程度随着其朝向后缘移动而无间断性缓慢增加，进而超过后缘而终止，其中卷曲不大于140度。
适于横穿流体环境的结构可以应用于燃气涡轮机。在这种实施例中，如本专利的技术中所描述的卷曲大致始于前缘尖端处，并且卷曲的程度随着其向后缘移动而无间断性缓慢增加，进而超过后缘而终止。然而，在这种情况下，终止部将以更加朝向吸力侧的角度而出现，从而与气流成一直线，并且在下一组叶片上产生较少湍流。
适于横穿流体环境的结构可以应用于潮汐涡轮机。在这样的实施例中，小翼以如所描述的与风力涡轮机相同的方式离开尖端。对于使用与风力涡轮机高度类似的装置的潮汐涡轮机，这是最正确的。在潮汐涡轮机被装在壳体中的情况下，多个翅片从壳体的外周向壳体的内部延伸，除了该小翼将位于壳体的中心区域，而不在外周处之外，小翼类似于水电涡轮机的那些小翼。
适于横穿流体环境的结构可以应用于航空风能涡轮机。在这样的实施例中，小翼可以应用于风筝本身的翼和发电装置，发电装置最常见地是螺旋桨。在翼的情况下，其使风筝能够飞行，小翼将类似于应用于飞行器的小翼，其具有与所描述的风力涡轮机的形状类似的形状。在通常为螺旋桨的发电装置的情况下，小翼类似于水电坝涡轮机。
适于横穿流体环境的结构可应用于商用飞机，其中小翼具有与上述风力涡轮机的小翼类似的形状。
适于横穿流体环境的结构可以应用于军用喷气飞机和航天器，其中小翼将比在商用飞机上看到的小翼小。
适于横穿流体环境的结构可以应用于直升机叶片，其中小翼将朝向地面向下卷曲并且终止于后缘后方。
适于横穿流体环境的结构可以应用于直升机机翼，其中小翼将朝向天空卷曲并且终止于后缘后方。
适于横穿流体环境的结构可以应用于民用飞机的机翼，其中小翼包含与所描述的风力涡轮机类似的形状。
适于横穿流体环境的结构可以应用于无人机的机翼，其中小翼包含与所描述的风力涡轮机类似的形状。
观察到的是，商用飞机、民用飞机、无人机、直升机机翼和直升机叶片将具有与现代商用飞机相似尺寸比的小翼，其具有向后弯曲超过后缘线的结构。对于比例参考，直升机转子大约是商用飞机的尺寸的1/3，具有类似的尖端速度，尺寸将是飞机的小翼的尺寸的1/3。
然而，由于将会出现的翼尖速度，军用喷气飞行器与那些商用航空器相比可能采用更小的小翼尺寸。对于比例参考，军用喷气飞行器机翼大约是商用飞机的尺寸的1/3，具有高得多的尖端速度，尺寸将比飞机的小翼的尺寸的1/3小。
应当注意，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且冠词“一”或“一个”的使用不排除多个。此外，可以组合与不同实施例相关联描述的元件。应当注意，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种适于横穿流体环境的结构，所述适于横穿流体环境的结构包括：
细长本体，所述细长本体具有根部、翼尖、前缘和后缘；和
刚性小翼，所述刚性小翼与所述翼尖相关联并且具有小翼本体，所述小翼本体基本垂直于所述细长本体的吸力侧和压力侧中的一个延伸至所述后缘的后方的终点；所述小翼本体是弧形的，并且所述小翼本体大致符合在所述细长本体围绕旋转轴线的移动期间由所述小翼横穿的圆的圆周的弧，其中，所述小翼本体与所述翼尖成一体并且通过扭转而从所述翼尖延伸使得所述小翼向上弯曲，同时相对于旋转方向向后扫动。
2.根据权利要求1所述的适于横穿流体环境的结构，其中，所述扭转为180度。
3.根据权利要求1至2中的任一项所述的适于横穿流体环境的结构，其中，在所述细长本体移动期间所述终点被限制在所述小翼行进的圆的圆周内。
4.根据权利要求1至2中的任一项所述的适于横穿流体环境的结构，其中，所述细长本体是机翼。
5.根据权利要求1至2中的任一项所述的适于横穿流体环境的结构，其中，所述适于横穿流体环境的结构是用于飞行器的固定翼。
6.根据权利要求1至2中的任一项所述的适于横穿流体环境的结构，其中，所述适于横穿流体环境的结构是转子叶片。
7.一种涡轮机，所述涡轮机包括至少一个根据权利要求6所述的适于横穿流体环境的结构。
8.根据权利要求7所述的涡轮机，其中，所述涡轮机选自由风力涡轮机、潮汐涡轮机、水电坝涡轮机和航空风能涡轮机组成的组。
9.一种飞行器，所述飞行器包括至少一个根据权利要求4所述的适于横穿流体环境的结构。
10.根据权利要求9所述的飞行器，其中，所述飞行器选自由直升机、无人机、飞机和航天器组成的组。
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