DE102017002797B3 - Flow converter with at least one turn wings - Google Patents

Flow converter with at least one turn wings

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DE102017002797B3
DE102017002797B3 DE201710002797 DE102017002797A DE102017002797B3 DE 102017002797 B3 DE102017002797 B3 DE 102017002797B3 DE 201710002797 DE201710002797 DE 201710002797 DE 102017002797 A DE102017002797 A DE 102017002797A DE 102017002797 B3 DE102017002797 B3 DE 102017002797B3
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Strömungskonverter (1) mit einer vertikal oder horizontal angeordneten, ortsfesten Drehimpulsachse (X) und mindestens einem Rotor (10) mit einer Rotationsachse (Y), der dazu ausgebildet ist, mittels von mindestens einem Flügel die in einer Strömung (F) enthaltene kinetische Energie in eine Drehbewegung mit Drehrichtung (R) und mittels eines Generators (14) in elektrischen Strom zu wandeln. The invention relates to a flow converter (1) with a vertically arranged or horizontally fixed spin axis (X) and at least one rotor (10) having a rotational axis (Y), which is adapted by means of at least one wing which (in a flow F ) given by kinetic energy into rotational movement with rotational direction (R) and to convert it into electric current (by a generator 14). Der Flügel definiert mit gleichbleibenden oder wechselnden radialen Abständen zu der Rotationsachse (Y) des Rotors (10) eine Umlaufbahn (U) und hat im Querschnitt ein mit der Flügelnase (200) in Drehrichtung (R) ausgerichtetes, asymmetrisches Flügelprofil (20) mit einer Saug- und einer Druckseite und ist mit seiner Profilsehne (q) tangential zu der Umlaufbahn (U) ausgerichtet und erstreckt sich dabei zwischen zwei Endpunkten (E1, E2) über eine Höhe (h) entlang einer Druckpunktlinie (21). The wings defined with constant or varying radial distances to the rotation axis (Y) of the rotor (10) orbit (U) and has in cross section a with the wing leading edge (200) in the rotational direction (R) oriented asymmetric airfoil (20) having a suction and a pressure side and, with its chord (q) tangential to the orbit (U) aligned with and extends between two end points (E1, E2) over a height (h) along a print dot line (21). Der Flügel ist als Wendeflügel (2) ausgebildet und weist ein erstes Flügelsegment (I), dessen Saugseite auf der Außenseite der Umlaufbahn (U) liegt, sowie ein zweites Flügelsegment (II), dessen Saugseite auf der der Rotationsachse (Y) zugewandten Innenseite der Umlaufbahn (U) liegt, auf, wobei die Druckpunktlinie (21) einen zwischen den Endpunkten (E1, E2) angeordneten mittleren Wendepunkt (W) hat, an dem die Saugseite der Flügelsegmente (I, II) von der Außenseite zu der Innenseite der Umlaufbahn (U) wechselt, sodass die aus den Auftriebskräften (L) der Flügelsegmente (I, II) resultierenden Sogkräfte (S) einander weitgehend gegenseitig kompensieren und sich die tangentialen Antriebskräfte (P) der Flügelsegmente (I, II) addieren. The wing is formed as a turning wing (2) and has a first flap segment (I), whose suction side on the outside of the orbit (U) lies and a second flap segment (II), the suction side of the axis of rotation (Y) facing inside of orbit (U) lies on, the printing dot line (21) comprises between the end points (E1, E2) arranged central turning point (W) at which the suction side of the blade segments (I, II) from the outside to the inside of orbit (U) changes, so that from the buoyancy forces (L) of the blade segments (I, II) the resultant suction forces (S) to one another largely compensate each other and the driving tangential forces (P) of the blade segments (I, II) add up.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Strömungskonverter mit einer horizontal oder vertikal angeordneten ortsfesten Drehimpulsachse und mindestens einer Rotationsachse, der dazu ausgebildet ist, mittels von asymmetrischen Flügelprofilen die in einer Wind- oder Wasserströmung enthaltene kinetische Energie in eine Drehbewegung zu wandeln. The invention relates to a flow converter with a horizontally or vertically arranged fixed spin axis and at least one rotation axis, which is adapted to convert by means of asymmetric wing profiles, the kinetic energy contained in a wind or water flow in a rotary motion. Die asymmetrischen Flügelprofile sind einem Wendeflügel zugeordnet, der mit einem radialen Abstand zu der Rotationsachse des Rotors eine Umlaufbahn definiert. The asymmetrical blade profiles are associated with a turning wing, defined by a radial distance to the rotational axis of the rotor orbit. Eine erste Reihe von Ausführungsbeispielen der Erfindung betrifft Strömungskonverter mit einer gemeinsamen Drehimpuls- und Rotationsachse, während bei einer zweiten Reihe von Ausführungsbeispielen der Erfindung die ortsfeste Drehimpulsachse und die Rotationsachse als separate Achsen ausgebildet sind. A first series of embodiments of the invention relates to flow converter with a common axis of rotation and angular momentum, while the fixed spin axis and the rotation axis are formed as separate axes with a second series of embodiments of the invention. Erfindungsgemäß wird ein Rotor des Strömungskonverters von einem Wendeflügel, der aus einem ersten und einem zweiten Flügelsegment jeweils mit einem asymmetrischen Flügelprofil aufgebaut ist und mit einem radialen Abstand zu der Rotationsachse des Rotors auf einer Umlaufbahn läuft, angetrieben. According to the invention, a rotor of the flow converter of a turning wing, which is composed of a first and a second wing segment each having an asymmetrical wing profile and runs at a radial distance to the rotational axis of the rotor on an orbit driven. Während die Saugseite des ersten Flügelsegments auf der Außenseite der Umlaufbahn liegt, wechselt die Saugseite des zweiten Flügelsegments an dem mittleren Wendepunkt des Wendeflügels auf die Innenseite der Umlaufbahn. While the suction side of the first blade segment is situated on the outside of the orbit, the suction side of the second wing segment changes on the middle point of inflection of the turning vane to the inner side of the orbit.
  • Stand der Technik State of the art
  • Strömungskonverter mit einer vertikalen Rotationsachse sind als sog. Darrieus-Rotoren nach ihrem Erfinder benannt und haben im Vergleich zu Strömungskonvertern mit einer horizontalen Rotationsachse den großen Vorteil, dass sie unabhängig von der jeweiligen Strömungsrichtung arbeiten. Flow converter with a vertical axis of rotation Darrieus rotors are as so-called. Named after its inventors, and have the great advantage compared to flow converters with a horizontal axis of rotation, that they operate independently of the respective flow direction. Dabei sind die Rotorblätter mit einem radialen Abstand zu der Rotationsachse angeordnet und haben ein symmetrisches Flügelprofil. The rotor blades are arranged with a radial distance to the rotational axis and have a symmetrical airfoil. Ausgehend von dem Betz'sehen Gesetz, das für die Nutzung der in einer Strömung gespeicherten kinetischen Energie eine theoretische Obergrenze von knapp 60% feststellt, erreichen herkömmliche Vertikalachsrotoren nur einen Wirkungsgrad von etwa 30% bis maximal 45%, während der maximale Wirkungsgrad bei Horizontalachsrotoren mit einem asymmetrischen Flügelprofil bei etwa 50% liegt. Starting from the Betz'sehen law that determines a theoretical upper limit of about 60% for the use of data stored in a flow kinetic energy, conventional Vertikalachsrotoren only reach an efficiency of about 30% to a maximum of 45%, while the maximum efficiency at Horizontalachsrotoren with an asymmetric airfoil at about 50%. Bei einem Vertikalachsrotor addieren sich die von den Rotorblättern bewirkten Sogkräfte zu einer sehr hohen leeseitig wirksamen Schubkraft, die von der Tragkonstruktion aufgenommen werden muss. In a Vertikalachsrotor the induced by the rotor blades suction forces add up to a very high effective leeward thrust force must be absorbed by the support structure. Darüber hinaus können periodisch auftretende Lastwechsel zu Schwingungen führen, die insbesondere bei größeren Turbinen schwer zu beherrschen sind. In addition, intermittent load changes can cause vibrations that are difficult to control, particularly with larger turbines.
  • Bei bekannten, um eine horizontale Drehachse rotierenden Windturbinen sind in der Regel drei in einem Winkel von 120 Grad radial voneinander beabstandete und über einen Rotorkopf mit der Nabe verbundene Rotorblätter vorgesehen. In prior art, rotating about a horizontal axis wind turbines are usually three in an angle of 120 degree radially spaced apart and provided on a rotor head connected to the hub rotor blades. Auch hier bewirken die Rotorblätter sehr hohe luvseitig wirksame Schubkräfte, die von dem Mast der Windkraftanlage aufgenommen werden müssen. Again, the rotor blades cause very high upwind effective shear forces that must be absorbed by the mast of the wind turbine. Ein am Baugrund eingespannter Mast mit einem Azimutlager an seinem oberen Ende nimmt die an der Windturbine leeseitig wirkende Schubkraft auf und trägt sie in den Baugrund ab. A clamped on building pole with a yaw bearing at its upper end receives the leeward acting on the wind turbine thrust force and transmits it into the subsoil. Dieses Tragwerk, bei dem sowohl der Mast, als auch die Rotorblätter als biegebeanspruchte Tragglieder ausgebildet sind, gelangt ab einer Nabenhöhe von etwa 150 m an eine strukturell bedingte Obergrenze. This structure, in which both the mast, as well as the rotor blades are constructed as flectionally stressed support members, comes from a hub height of 150 m to a structurally-related upper limit. Im Jahr 2014 betrug die installierte Leistung bei der Windenergie 38.115 MW. In 2014, the installed capacity was 38,115 MW in wind energy. Diese Leistung, die zurzeit etwa 20% des deutschen Strombedarfs auf nur 0,75% der Landfläche erbringt, kann in Zukunft selbst bei Einhaltung restriktiver Flächennutzungskriterien auf über 60% des deutschen Strombedarfs (390 TWh/a) gesteigert werden. This performance, which currently provides about 20% of Germany's electricity needs only 0.75% of the land area can be increased in the future, even in compliance with restrictive land use criteria to over 60% of Germany's electricity demand (390 TWh / a). Die größten Einzelanlagen, wie zB die Enercon E126, haben eine Nennleistung von 7.580 kW bei einem Rotordurchmesser von 127 m und einer Nabenhöhe von 135 m. The largest single investments, such as Enercon E126, have a rated power of 7580 kW at a rotor diameter of 127 meters and a hub height of 135 m. Das bedeutet, dass für den weiteren Ausbau der Windenergie auch zukünftig eine große Anzahl von Einzelanlagen - im Jahr 2014 waren es bereits 24.864 Anlagen - erforderlich sein wird. This means that for the further development of wind energy in future also a large number of individual plants - in 2014 were already 24,864 plants - will be required. Es ist daher wünschenswert, die Leistung einer einzelnen Windkraftanlage zu vervielfachen, um die Anzahl der Windkraftanlagen zu begrenzen. It is therefore desirable to multiply the power of a single wind turbine to limit the number of wind turbines. Der Ausbau der Windenergie stößt in der Bevölkerung auf Widerstand überall dort, wo die Windturbinen in unmittelbarer Nähe zu Wohngebieten aufgestellt werden. The expansion of wind power comes in the population to resist wherever the wind turbines are placed in close proximity to residential areas. Beklagt werden einerseits die Lärmentwicklung durch Schlaggeräusche, die von den am Mast vorbeilaufenden Rotorblättern hervorgerufen werden und andererseits optische Beeinträchtigungen durch den dynamischen Schattenwurf der Rotorblätter und die unübersehbare Drehbewegung des Rotors. have come under scrutiny on the one hand the noise by impact noises which are caused by the passing rotor blades on the mast and on the other hand, optical degradation by the dynamic shadow of the rotor blades and the immense rotation of the rotor.
  • Mit vorwiegend biegezug- und biegedruckbeanspruchten Bauteilen haben herkömmliche Windkraftanlagen heute eine strukturell bedingte Obergrenze erreicht und erreichen nicht die Effizienz, die mit alternativen, vorwiegend normalkraftbeanspruchten Tragstrukturen möglich wäre. With predominantly flexural and bending compressive stress components conventional wind turbines have now reached a structurally determined upper limit and do not achieve the efficiency that would be possible with alternative, mostly normal energy-stressed load-bearing structures. Als eine der effizientesten Leichtbaukonstruktionen gilt ein Speichenrad, bei dem ein Druckring über zugbeanspruchte Speichen mit einer Nabe verbunden ist. As one of the most efficient lightweight constructions a spoked wheel, in which a pressure ring is connected by spokes to a hub under tensile stress applies. Radkonstruktionen mit einem Durchmesser von bis zu 200 m werden heute als Riesenräder mit Gondeln für Passagiere an attraktiven Aussichtsstandorten aufgestellt und zeichnen sich durch eine filigrane Stahlkonstruktion aus. Designs of wheels with a diameter of up to 200 m are now positioned as a ferris wheels gondolas for passengers at attractive prospect locations and are characterized by a filigree steel construction. Der sog. High Roller in Las Vegas zB ist eine Speichenradkonstruktion mit 158,50 m Durchmesser, bei der der Druckring aus einem Stahlrohr von nur 2m Durchmesser besteht, das von 112 an einer Nabe angreifenden Spannseilen stabilisiert wird. The so-called. High Roller in Las Vegas for example, a spoke-wheel with 158.50 m diameter, in which the pressure ring consists of a steel tube by only 2m diameter, which is stabilized by a hub 112 engaging clamping ropes.
  • Die sowohl bei Windturbinen mit vertikaler, als auch bei Windturbinen mit horizontaler Rotationsachse auftretenden, hohen Schubkräfte verhindern bisher die Realisierung von der Kreisform abweichender Umlaufkurven an den Rotorblättern, die einen günstigeren Anströmwinkel der Rotorblätter ermöglichen würden. occurring both in wind turbines with a vertical, as well as wind turbines with horizontal axis of rotation, high shear forces prevent the implementation date of the circular shape deviating round curves on the rotor blades, which would enable a better angle of attack of the rotor blades. Die Kraft der Fließgewässer wird in Deutschland viel zu wenig genutzt und gerät überall dort in Konflikt mit dem Naturschutz, wo der Ausbau der Flüsse mit Laufwasserkraftwerken an Wehren, Schleusen und Dämmen die natürliche Umgebung zu sehr beeinträchtigt. The power of flowing water is used in Germany too little and gets everywhere in conflict with nature conservation, where the expansion of the rivers with hydroelectric power plants at weirs, locks and dams affected too much the natural environment. Eine weitere weitgehend ungenutzte Energiequelle stellen Meeresströmungen dar. Erste Pilotanlagen und bestehende Gezeitenkraftwerke zeigen das hohe Potential dieser Energiequelle. Another largely untapped energy source represent ocean currents. First pilot plants and existing tidal power plants show the high potential of this energy source.
  • Aus der From the US 2010/0 322 770 A1 US 2010/0 322 770 A1 geht eine Turbine insbesondere mit vertikaler Rotationsachse hervor deren Rotorblätter, jeweils ein symmetrisches Flügelprofil aufweisen dessen aerodynamische Eigenschaften in einem ersten Längsabschnitt durch eine Ausnehmung auf der Außenseite und in zweiten Längsabschnitt durch einen Ausnehmung auf der Innenseite der Umlaufbahn verändert werden. a turbine seen in particular their blades with a vertical axis of rotation, in each case a symmetrical wing profile having its aerodynamic properties in a first longitudinal section through a recess on the outer side and in the second longitudinal section through a recess on the inside of the orbit can be changed. Diese Ausnehmungen sollen, einerseits das Anlaufen des Rotors erleichtern soll und andererseits eine Begrenzung der Rotordrehzahl ermöglichen. These recesses should, on the one hand to facilitate starting of the rotor and on the other hand allow a limitation of rotor speed. Innerhalb eines Rotorblatts wechseln die Ausnehmungen von der Innenseite auf die Außenseite der Umlaufbahn. change within a rotor blade of the recesses from the inside to the outside of the orbit.
  • Aus der From the US 2010/0 278 653 A1 US 2010/0 278 653 A1 geht eine Turbine mit vertikaler Rotationsachse und deren Herstellung hervor. shows a turbine with a vertical axis of rotation and the production thereof. Im Sinne eines wirtschaftlichen Herstellungsverfahrens ist ein Rotorblatt aus zwei geraden, in sich verwundenen Blattsegmenten aufgebaut und weist an einem mittleren Stoßpunkt einen Knick auf. In the sense of an economical production process, a blade of two straight, twisted in itself leaf segments is constructed and has a kink at a central point of penetration. 2 2 zeigt die Druckpunktlinie eines Rotorblatts, die so angeordnet ist, dass trotz der gerade ausgebildeten Blattsegmente ein möglichst gleichmäßiger Abstand zur Rotationsachse gewahrt bleibt, wobei an dem mittleren Stoßpunkt der beiden Blattsegmente ein Knick in der Druckpunktlinie vorgesehen ist. shows the printing dot line of a rotor blade, which is arranged so that, despite the just formed blade segments, a uniform distance as possible is maintained to the rotation axis, wherein a bend is provided in the printing dot line to the central intersection point of the two blade segments.
  • Aus der From the US 2012/0 091 726 A1 US 2012/0 091 726 A1 geht ein Strömungskonverter mit einer Vielzahl von geraden Rotorblättern hervor, die an eine vertikale Rotationsachse angelenkt sind. shows a flow converter with a plurality of straight blades, which are articulated to a vertical axis of rotation. Die Rotorblätter sind jeweils asymmetrisch ausgebildet und weisen ein Profil auf, dessen Saugseite zur Rotationsachse ausgerichtet ist. The rotor blades are formed asymmetrically and have a profile whose suction side is aligned with the axis of rotation.
  • Aus der From the DE 10 2011 117 631 A1 DE 10 2011 117 631 A1 geht eine Windkraftanlage mit vertikaler Rotationsachse hervor, bei der die aerodynamisch wirksamen Flügel ein statisch wirksames Netzgitter aus Dreiecksmaschen bilden. shows a wind turbine with vertical axis of rotation, wherein the aerodynamic wing form a statically effective power grid of triangular meshes.
  • Aus der From the DE 38 25 241 A1 DE 38 25 241 A1 geht ein Darrieus-Rotor hervor, bei dem das Rotorblatt einen lastabtragenden Kern und eine darauf aufgesetzte aerodynamisch wirksame Schale aufweist, wobei der lastabtragende Kern auch von einem Stahlseil gebildet werden kann. shows a Darrieus rotor, wherein the rotor blade has a load-bearing core and a patch pocket for aerodynamically effective shell, the load-dissipating core may also be formed by a steel cable.
  • Aus der From the US 2008/0 095 608 A1 US 2008/0 095 608 A1 geht eine Windturbine mit vertikaler Rotationsachse hervor, bei der die einheitlich profilierten Rotorblätter an einem Gelenkarm gelagert sind, der ein Verkippen der Rotorblätter ermöglicht, sodass sich der Abstand der Rotorblätter zur Rotationsachse während eines Umlaufs ändert. shows a wind turbine with vertical axis of rotation, wherein the uniform profiled blades are mounted on an articulated arm, which allows a tilting of the rotor blades so that the pitch of the rotor blades to the rotation axis during a revolution changes.
  • Aus der From the US 2008/0 267 777 A1 US 2008/0 267 777 A1 geht eine Windturbine mit vertikaler Rotationsachse hervor, deren Rotorblätter durch Zugseile gehalten werden und die in einer Reihe von Ausführungsbeispielen an ihrer Basis ein Fahrgestell mit einer kreisförmigen Schiene aufweist. is a wind turbine with vertical axis of rotation out of which the rotor blades are supported by lift cords and which has a chassis with a circular track in a number of embodiments at their base. Aus der From the US 2009/0 309 365 A1 US 2009/0 309 365 A1 geht eine Wasserturbine mit einer horizontalen Rotationsachse hervor, deren Rotor in der Art eines Darrieus-Rotors arbeitet, wobei die Rotorblätter über radiale Tragarme mit einer ortsfesten Drehimpulsachse verbunden sind. shows a water turbine with a horizontal axis of rotation, the rotor operates in the manner of a Darrieus rotor, the rotor blades are connected via radial support arms having a fixed angular momentum axis.
  • Aus der From the DE 33 04 944 A1 DE 33 04 944 A1 geht eine Windturbine hervor, deren Strömungsfangblätter mit radialen Tragflügelprofilen verbunden sind, wobei der Rotorumlauf durch ein Kreiselelement stabilisiert wird. is a wind turbine produces whose flow catcher blades are connected with radial wing profiles, wherein the rotation of the rotor is stabilized by a gyroscopic element.
  • Aufgabenstellung task
  • Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für die Anordnung der Flügel eines Strömungskonverters ein System anzugeben, mit dem ein stetiges Drehmoment an der Drehimpulsachse erzielt werden kann, um unerwünschte Lastwechsel zu vermeiden und um die Widerstandskräfte zu reduzieren. Starting from the illustrated prior art, the invention has for its object to provide a system for the arrangement of the wings of a flow converter, the steady torque can be obtained on the spin axis, to avoid unwanted load changes and to reduce the drag forces. Es ist insbesondere die Aufgabe der Erfindung, einen Strömungskonverter anzugeben, bei dem sich die aus den Auftriebskräften der Flügel resultierenden Sogkräfte gegenseitig weitgehend kompensieren, während sich die tangentialen Antriebskräfte addieren. It is particularly the object of the invention to provide a flow converter, in which to compensate for the buoyancy forces resulting from the suction forces of the blades against each other largely, while adding the driving tangential forces. Dabei sollen an einem Strömungskonverter mit einer horizontal oder vertikal angeordneten Drehimpulsachse die von den Flügeln bewirkten Kräfte so geordnet werden, dass sich die luvseitigen und die leeseitigen Sogkräfte ausgleichen, sodass der Rotorschub auf ein Minimum reduziert wird. Here are the caused by the wings forces are arranged so at a flow converter with a horizontally or vertically arranged axis angular momentum, that the windward and leeward, the suction forces to compensate, so that the rotor thrust is reduced to a minimum. Die Neuordnung der strömungsdynamischen Kräfte erlaubt es, bei Strömungskonvertern mit voneinander getrennten Drehimpuls- und Rotationsachsen von der Kreisform abweichende, vorteilhafte Umlaufkurven für die Flügel zu ermöglichen. The reorganization of the fluid dynamic forces makes it possible to allow at flow converters with separate angular momentum and rotational axes of the circular shape deviating advantageous circulation curves for the wings. Außerdem soll durch die Reduktion der strömungsdynamischen Lasten das Tragwerk eines Strömungskonverters entlastet werden. In addition, the structure of a flow converter is to be relieved by reducing the fluid dynamic loads.
  • Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen der Erfindung gelöst. This object is achieved with the features mentioned in claim 1 features of the invention. Weitere Aufgaben und vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Other objects and advantageous features of the invention will become apparent from the dependent claims.
  • Ausbildung und Funktion der Wendeflügel Construction and function of the turning blades
  • Ein asymmetrisches Flügelprofil bewirkt unter Anströmung eine um 30% erhöhte Auftriebskraft im Vergleich zu einem symmetrischen Flügelprofil. An asymmetric airfoil effected under flow to an increased buoyancy force by 30% in comparison with a symmetrical wing profile. Ein Wendeflügel besteht aus einem ersten und einem zweiten Flügelsegment und weist im Querschnitt ein asymmetrisches Flügelprofil auf, das mit seiner sich von der Flügelnase bis zur Flügelhinterkante erstreckenden Profilsehne tangential zu der Umlaufbahn des Wendeflügels um die Rotationsachse des Rotors ausgerichtet ist und dessen Druckpunktlinie sich über eine Höhe zwischen zwei Endpunkten erstreckt. A turning wing consists of a first and a second wing segment and has, in cross section, an asymmetrical wing profile which is oriented with its up to the trailing edge extending from the wing leading edge chord tangential to the orbit of the turning vane to the axis of rotation of the rotor and the print dot line is a height extending between two endpoints. An einem mittleren Wendepunkt wechselt die Saugseite des ersten Flügelsegments von der Außenseite der Umlaufbahn, in dem zweiten Flügelsegment auf die Innenseite der Umlaufbahn. At a central turning point, the suction side of the first leaf segment of the outside of the orbit in which the second wing segment on the inside of the orbit. Alternates Dieser Wechsel der Orientierung des asymmetrischen Flügelprofils ermöglicht eine Umkehrung der Auftriebskräfte von der Außenseite der Umlaufbahn auf die Innenseite der Umlaufbahn, sodass sich die aus dem Auftrieb resultierenden Sogkräfte gegenseitig kompensieren und sich die ebenfalls aus dem Auftrieb resultierenden tangentialen Antriebskräfte addieren. This change of orientation of the asymmetrical wing profile allows a reversal of the lift forces from the outside of the orbit on the inner side of the orbit so that the resulting from the buoyancy suction forces compensate each other and are added which also resulting from the buoyancy driving tangential forces. Die Druckpunktlinien der um eine Rotationsachse kreisenden Wendeflügel definieren eine Rotationsfläche, die zB als Zylinderfläche, als Rotationshyperboloid, als Rotationsparaboloid, als Kugelschichtfläche oder als Ringtorus ausgebildet sein kann. The print dot lines of the orbiting about an axis of turning wings define a surface of revolution, for example, as a cylindrical surface, as a hyperboloid of revolution, as a paraboloid of revolution may be formed as a spherical surface or as a layer Ringtorus. Dabei definiert eine Druckpunktlinie als Gerade die in Drehrichtung einen tangentialen Neigungswinkel hat ein Rotationshyperboloid, während eine Druckpunktlinie, die als Kurve ebenfalls mit einem tangentialen Neigungswinkel ausgebildet ist, eine Zylinder- oder eine Kugelschichtfläche definiert. In this case, a printing dot line is defined as a straight line in the direction of rotation a tangential angle of inclination has a hyperboloid of revolution, during a printing dot line, which is likewise designed as a cam with a tangential angle of inclination defines a cylinder or a spherical surface layer. Liegt die Druckpunktlinie eines Wendeflügels auf der Oberfläche eines ovalen Zylinders und verbindet dabei als Diagonale einen Hauptscheitel der ovalen Grundfläche mit dem gegenüberliegenden Hauptscheitel der ovalen Deckfläche des ovalen Zylinders oder verbindet eine Druckpunktlinie die Grund- und Deckflächen eines virtuellen Prismas mit geraden oder gewölbten Seitenflächen, ist von Bedeutung, dass das erste Flügelsegment in Drehrichtung vorausläuft und das zweite Flügelsegment in Drehrichtung nachläuft, sodass, bezogen auf die gesamte Flügeloberfläche zwischen den Endpunkten des Wendeflügels, das erste Flügelsegment mit seiner Druckseite nach innen und das zweite Flügelsegment mit seiner Druckseite nach außen bewegt werden. If the print dot line of a turning vane on the surface of an oval cylinder and connecting it as a diagonal one main apex of the oval base surface to the opposite main apex of the oval top surface of the oval cylinder or connects a printing dot line the bottom and top surfaces of a virtual prism with straight or curved side surfaces, is of importance that the first wing segment precedes in the rotational direction and running after the second wing segment in the direction of rotation, so to be moved based on the entire blade surface between the end points of the turning wing, the first wing segment with its pressure side to the inside and the second wing segment with its pressure side to the outside , Die dabei involvierte Schubgeschwindigkeit verbessert den Anströmwinkel. The case involved pushing speed improves the angle of attack.
  • Druckpunktlinien mit einem gegensinnigen Neigungswinkel durchdringen einander und bilden ein Netz auf der Rotationsfläche. Pressure point lines with an oppositely directed angle of inclination penetrate each other and form a network on the surface of revolution. Dabei kann eine Mehrzahl von Druckpunktlinien jeweils an ihren Endpunkten untereinander verbunden werden, sodass im Falle eines Ringtorus eine Endlosschleife gebildet wird. It can be joined by pressure point lines each at their end points with each other a plurality, so that in case of a Ringtorus an endless loop is formed. Überkreuzen sich eine Mehrzahl von Endlosschleifen mit einem gegensinnigen tangentialen Neigungswinkel, entsteht ein Netz auf der Oberfläche des Ringtorus. cross over a plurality of endless loops having a tangential angle of inclination in opposite directions, creating a grid on the surface of Ringtorus. Aus der Verbindung einer Mehrzahl von Wendeflügeln untereinander wird eine biege-, schub- und torsionssteife Gitterschale gebildet, die im Falle eines Strömungskonverters als Windturbine mit horizontaler Rotationsachse den äußeren Druckring eines Speichenrads bildet. From the compound of a plurality of turning vanes to each other, a bending, shear and torsion grating shell is formed, which forms in the case of a flow converter as a wind turbine with a horizontal axis of rotation of the outer pressure ring a spoke. Das von den Druckpunktlinien einer Mehrzahl von Wendeflügeln gebildete Netz kann aber auch als Seilnetz ausgebildet werden und trägt erste und zweite Flügelsegmente, die jeweils als Profilschalen ausgebildet sind und eine Flügelkette bilden. but the network formed by the print dot lines a plurality of turning vanes may also be formed as a cable network and transmits first and second wing segments, which are each formed as profiled shells and form a wing chain. Die Unterteilung des Wendeflügels in ein erstes Flügelsegment, dessen Saugseite auf der Außenseite der Umlaufbahn liegt, und in ein zweites Flügelsegment, dessen Saugseite auf der Innenseite der Umlaufbahn liegt, ermöglicht an einem Rotor mit mindestens einem Wendeflügel eine Bilanz der Auftriebskräfte, bei der sich die von den Flügelsegmenten bewirkten Sogkräfte gegenseitig kompensieren und sich die antreibenden Kräfte addieren. The subdivision of the turning vane in a first wing segment, whose suction side is on the outside of the orbit, and in a second wing segment whose suction side is on the inside of the orbit, allows a balance of the lift forces on a rotor with at least one turning vane, in which the of the wing segments caused suction forces cancel each other and add up the driving forces. Mit einer Mehrzahl von Wendeflügeln wird dadurch ein stetiges und gleichmäßiges Drehmoment an der Drehimpulsachse eines Strömungskonverters ermöglicht. With a plurality of turning vanes thus a steady and uniform torque is made possible on the spin axis of a flow converter. Lastwechselreaktionen, die zB bei größeren Windkraftanlagen mit vertikaler Rotationsachse zu unerwünschten Schwingungen führen, können auf diese Weise vermieden werden. Load change reactions that lead eg with larger wind turbines with a vertical axis of rotation to unwanted vibrations can be avoided in this way. Unabhängig davon, ob die Drehimpulsachse eines Strömungskonverters vertikal oder horizontal angeordnet ist, ist die Erfindung immer dann erfüllt, wenn sich luv- und leeseitige Sogkräfte gegenseitig weitgehend kompensieren. Regardless of whether the spin axis of a flow converter is arranged vertically or horizontally, the invention is always satisfied if largely compensate windward and leeward suction forces against each other. Bei Strömungskonvertern mit vertikaler Drehimpulsachse entfällt der leeseitige Schub vollständig, sodass Umlaufbahnen für die Wendeflügel realisiert werden können, die aus der Überlagerung der Drehbewegung eines Wendeflügels um die Rotationsachse des Rotors mit der Drehbewegung des Rotors um die Drehimpulsachse resultieren und durch ein Enger- und Weiterziehen der Umlaufkurven gekennzeichnet sind. At flow converters with a vertical spin axis of the leeward thrust is completely eliminated, so that orbits for the turning vanes can be realized, resulting from the superposition of the rotational movement of a turning vane to the axis of rotation of the rotor with the rotation of the rotor about the spin axis and by a Enger- and further subjecting the peripheral curves are presented. Dabei wird eine radiale Schubgeschwindigkeit immer an einem der beiden Flügelsegmente eines Wendeflügels aktiviert, die den Anströmwinkel der aus der Strömungsgeschwindigkeit und den Umlaufgeschwindigkeiten des Wendeflügels um die Rotationsachse und um die Drehimpulsachse sowie aus einer radialen Schubgeschwindigkeit resultiert, so beeinflusst, dass sehr große tangentiale Antriebskräfte entstehen, die ein erhöhtes Drehmoment an der Drehimpulsachse bewirken. Here, a radial push speed is always activated at one of the two wing segments of a turn of the wing, the resulting angle of attack of the flow velocity and the rotational speeds of the turning vane to the axis of rotation and the spin axis as well as a radial thrust speed so influenced that very large tangential drive forces arise , causing an increased torque at the spin axis.
  • Strömungskonverter mit gemeinsamer Drehimpuls- und Rotationsachse Flow converter with common angular momentum and rotational axis
  • Eine erste Reihe von Ausführungsbeispielen der Erfindung betrifft Strömungskonverter mit einer gemeinsamen Drehimpuls- und Rotationsachse, bei denen die Wendeflügel mit gleichbleibenden oder wechselnden radialen Abständen um eine Rotationsachse laufen, wobei die Umlaufbahn eine Rotationsfläche definiert. A first series of embodiments of the invention relates to flow converter with a common axis of rotation and angular momentum, in which the turning wings running with constant or varying radial distances around a rotation axis, wherein the orbit defines a surface of revolution. In einer besonders vorteilhaft Ausführungsvariante sind die Wendeflügel jeweils an ihrem mittleren Wendepunkt biegesteif mit einem radialen Tragarm verbunden, der als Auftrieb erzeugendes Rotorblatt ausgebildet ist und an seinem nabenseitigen Ende an eine konzentrisch und koaxial zu der vertikalen Drehimpulsachse angeordneten Nabe angelenkt ist. In a particularly advantageous embodiment, the turning vanes are rigidly connected at their central turning point with a radial arm, which is designed as a lift-generating blade and is articulated at its hub-side end to a concentric and coaxial to the vertical spin axis arranged hub. Auf diese Weise wird ein Wendeflügel und das Auftrieb erzeugende Rotorblatt einem gefesselten Steig- und Sinkflug unterworfen, sodass die Anströmung der Flügelsegmente des Wendeflügels und des Rotorblatts in den unterschiedlichen Phasen des gefesselten Steig- und Sinkflugs durch eine radiale Schubgeschwindigkeit an jeweils einem der beiden Flügelsegmente positiv beeinflusst wird. In this manner, a turning wing and the lift-generating blade is subjected to a shackled climb and descent, so that the flow to the wing segments of the turning blade and the rotor blade in the different phases of the bound climb and descent by a radial shear velocity at one of the two wing segments positive being affected. Dabei gilt, dass während des Steigflugs das erste Flügelsegment zur Drehimpulsachse hin bewegt wird und das zweite Flügelsegment von der Drehimpulsachse weg bewegt wird, wodurch die Anströmung beider Flügelsegmente durch eine radiale Schubgeschwindigkeit verbessert wird. In this case, that the first flap segment is moved to the spin axis towards during the climb and the second flap segment is moved away from said spin axis, whereby the inflow of both wing segments is enhanced by a radial shear velocity applies. Auf die Rotorblätter dagegen wirkt sich der Steigflug verzögernd aus. On the other hand, the rotor blades, the climb seems retard the process. Im Sinkflug wirken die als radiale Tragarme ausgebildeten Rotorblätter antreibend, während die antreibende Wirkung der Flügelsegmente im Sinkflug nachlässt. In the descent formed as a radial supporting arms drivingly blades act while the driving action of the blade segments in descent subsides. Dabei können die Flugphasen durch pneumatisch oder hydraulisch betriebene Steuerelemente so gesteuert werden, dass in jeder Umlaufposition eines Wendeflügels resultierende, tangentiale Antriebskräfte den Rotor antreiben. The phases of flight can be controlled by pneumatically or hydraulically operated controls so that in each of the circulation position of a turning vane resultant tangential driving force to drive the rotor.
  • Eine Ausführungsvariante der Erfindung betrifft Windturbinen mit einer horizontalen Rotations- und Drehimpulsachse, bei denen jeweils eine Mehrzahl von Wendeflügeln entweder mit dem äußeren Druckring eines Speichrads verbunden sind oder den äußeren Druckring eines Speichenrads bilden. An embodiment of the invention relates to wind turbines with a horizontal axis of rotation and angular momentum, in each of which a plurality are connected by turning wings with either the outer Speichrads a pressure ring or pressure forming the outer ring of a spoked wheel. Dabei ist der äußere Druckring eines Speichenrads als laminar umströmter Ringflügel dazu ausgebildet, die Strömung luvseitig von der Rotationsachse weg und leeseitig zur Rotationsachse hin zu lenken. In this case, the external pressure ring of a spoke wheel is formed as a laminar umströmter ring-wing to direct the flow to the windward side of the axis of rotation away and downwind toward the rotational axis. Der Ringflügel weist ein asymmetrisches Flügelprofil auf, dessen Profilsehne parallel zu der Rotationsachse der Windturbine angeordnet ist. The ring-wing has an asymmetrical wing profile, the profile chord is arranged parallel to the axis of rotation of the wind turbine. Eine Mehrzahl von Wendeflügeln erstreckt sich jeweils mit einem tangentialen Neigungswinkel in Drehrichtung von Luv nach Lee und ist an dem mittleren Wendepunkt mit dem Ringflügel verbunden. A plurality of turning vanes extending each with a tangential angle of inclination in the direction of rotation of windward to leeward and is connected to the central turning point by the ring-wing. Die von dem ersten Flügelsegment bewirkten Sogkräfte wirken auf der Außenseite der Umlaufbahn, während die von dem zweiten Flügelsegment bewirkten Sogkräfte auf der Innenseite der Umlaufbahn wirksam sind und sich deshalb gegenseitig weitgehend kompensieren. The effected by the first wing segment suction forces acting on the outside of the orbit, while the effected of the second wing segment suction forces are effective on the inside of the orbit and, therefore, tend to offset each other. Die tangentialen Antriebskräfte resultieren aus einem Anströmwinkel, der als Konuswinkel sowohl luv- als auch leeseitig wirksam ist. The tangential drive forces resulting from an angle of attack that is both windward and leeward effective as the cone angle.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante wird der Druckring des Speichrads von einer Mehrzahl von Wendeflügeln gebildet, die jeweils an ihren Endpunkten untereinander zu Endlosschleifen verbunden sind und einander mit einem gegensinnigen tangentialen Neigungswinkel durchdringen, wobei der Druckring einen von einer Gitterschale gebildeten Ringtorus aufweist. In a particularly advantageous embodiment of the pressure ring of the Speichrads is formed by a plurality of turning vanes, which are each connected at their end points with each other into endless loops and penetrate each other with an opposing tangential angle of inclination, wherein the pressure ring has a Ringtorus formed by a lattice shell. Dieser Ringtorus besteht aus zwei Halbschalen, die jeweils an den Endpunkten eines Wendeflügels am innen- und außenseitigen Scheitel des Ringtorus untereinander verbunden sind. This Ringtorus consists of two half-shells which at the inner and outer side apex of the Ringtorus are connected to each other respectively at the end points of a turning vane. Die von den Wendeflügeln gebildete Gitterschale wird von der Strömung sowohl umströmt als auch durchströmt. The lattice shell formed by the turning vanes flows around the flow as well as flow through. Während der rotativ wirkende Anströmwinkel in der luvseitigen Hälfte der Gitterschale aus der vektoriellen Addition der Strömungsgeschwindigkeit und der Umlaufgeschwindigkeit sowie aus der Umlenkung der Strömung abgeleitet ist, wird der Anströmwinkel in der leeseitigen Hälfte der Gitterschale ausschließlich aus der Strömungsgeschwindigkeit und der Umlaufgeschwindigkeit abgeleitet. While the rotary acting angle of attack in the windward-side half of the grating shell derived from the vectorial addition of the flow velocity and the velocity of circulation as well as the deflection of the flow, the flow angle in the leeward half the grating shell is derived exclusively from the flow velocity and the velocity of circulation.
  • Strömungskonverter mit getrennter Drehimpuls- und Rotationsachse Flow converter with separate angular momentum and rotational axis
  • Eine zweite Reihe von Ausführungsbeispielen der Erfindung betrifft Strömungskonverter, bei denen die Drehimpulsachse und eine oder mehrere Rotationsachsen jeweils als separate Achsen ausgebildet sind. A second series of embodiments, the invention relates to flow converter, in which the spin axis and one or more axes of rotation are each formed as separate axes. Im Falle eines Strömungskonverters, bei dem drei Wendeflügel auf einer quadratischen Umlaufbahn um eine Rotationsachse laufen, ist ein spezielles Drehlager vorgesehen, bei dem die Wendeflügel jeweils mit den Ecken eines Rollkörpers in Form eines Reuleaux-Dreiecks verbunden sind, das in einer quadratischen Lagerschale mit gerundeten Ecken umläuft, wobei die im Schwerpunkt des Reuleaux-Dreiecks liegende Rotationsachse mit einem Versatz zu der Drehimpulsachse angeordnet ist. In the case of a flow converter, in which three inflection wing running on a square orbit around an axis of rotation, a special pivot bearing is provided, in which the turning vanes are connected to the corners of a rolling body in the form of a Reuleaux triangle rounded in a square bearing shell with rotates corners, the axis of rotation lying in the center of gravity of the Reuleaux triangle is disposed with an offset to the spin axis. Die Verbindung zwischen der Rotationsachse und der Drehimpulsachse kann zB durch zwei Kardangelenke überbrückt werden. The connection between the axis of rotation and the spin axis can for example be bridged by two universal joints.
  • Im Falle eines Rotors, der als gefesselter Kreisel eine selbsttätige oder gesteuerte regelmäßige Nutation durchläuft, ist die Rotationsachse über ein Kardangelenk mit einer vertikalen Drehimpulsachse verbunden. In the case of a rotor passes through a control moment gyroscope an automatic or controlled regular nutation, the rotational axis through a universal joint with a vertical spin axis is connected. Bei diesem als Kreisel bezeichneten Rotor ist das Kardangelenk im Schwerpunkt eines Speichenrads angeordnet, dessen Speichen zum Beispiel von filigranen Zugstäben gebildet werden, wobei der äußere Druckring des Speichenrads als Schwungmasse die Nutation anregt. In this called gyro rotor, the universal joint is arranged in the centroid of a spoked wheel, the spokes are formed, for example by filigree tension rods, wherein the outer compression ring of the spoke excites as a flywheel mass the nutation. Das erste und das zweite Flügelsegment eines Wendeflügels sind jeweils mit dem Druckring verbunden. The first and second wing segment of a turn of the wing are respectively connected to the pressure ring. Die Nutation des Kreisels, die auch als reguläre Präzession bezeichnet werden kann, bewirkt an den Flügelsegmenten jeweils radiale Schubgeschwindigkeiten, die den Anströmwinkel jeweils an einem der beiden Flügelsegmente deutlich verbessern. The nutation of the gyroscope, which may also be referred to as a regular precession caused at the wing segments each radial thrust speeds that significantly improve the angle of attack respectively on one of the two wing segments. Die Bewegung des Kreisels kann durch pneumatische oder hydraulische Steuerelemente unterstützt bzw. angeregt werden. The motion of the gyroscope can be supported by pneumatic or hydraulic controls or stimulated.
  • Für die Trennung von Drehimpuls- und Rotationsachse bietet ein Planetengetriebe besondere Vorteile. For the separation of angular momentum and rotation axis a planetary gear offers special advantages. Besteht das Planetengetriebe aus einem Hohlrad und einem oder mehreren Planetenrädern, kreist ein einem Planetenrad oder einem Planetenträger zugeordneter Rotor gleichzeitig um seine Rotationsachse und um die ortsfeste Drehimpulsachse. If the planetary gear of a ring gear and one or more planet gears, a planet gear, or a planet carrier associated with a rotor revolves at the same time about its rotational axis and around the stationary angular momentum axis. Aus der Überlagerung der beiden Drehbewegungen wird eine Hypozykloide als Umlaufkurve für einen Wendeflügel gebildet, deren periodisch wechselnde Abstände zu der Drehimpulsachse mit einer radialen Schubgeschwindigkeit verbunden sind, die sich positiv auf den Anströmwinkel jeweils eines Flügelsegments auswirkt. From the superposition of the two rotary movements of a hypocycloid is formed as a circular curve of a turning vane, the periodically changing distances are connected to the spin axis with a radial thrust speed, which has a positive effect on the angle of attack of each wing of a segment. Dies ist immer dann der Fall, wenn das erste Flügelsegment auf der Hypozykloide zur Innenseite gezogen wird und wenn das zweite Flügelsegment auf der Hypozykloide nach Außen geschoben wird. This is always the case when the first wing segment is drawn on the inside of the hypocycloid and, when the second wing segment is slid onto the hypocycloid to the outside. Umkreisen dagegen eine Mehrzahl von Planetenrädern ein feststehendes Sonnenrad, ist die Drehachse eines Planetenrads zugleich die Rotationsachse eines Rotors, der mindestens einen Wendeflügel besitzt. Orbiting the other hand, a plurality of planet gears, a stationary sun wheel, the axis of rotation of a planet gear is also the axis of rotation of a rotor which has at least one turning vane. Aus der Überlagerung der Drehbewegung des Wendeflügels um die Rotationsachse und der Drehbewegung der Rotationsachse um die ortsfeste Drehimpulsachse im Zentrum des feststehenden Sonnenrads entsteht eine Epizykloide als Umlaufkurve für den Wendeflügel. From the superposition of the rotational movement of the turning vane to the axis of rotation and the rotational movement of the axis of rotation about the fixed spin axis in the center of the stationary sun gear is formed as an epicycloid curve for circulating the turning wing. Auch hier wird die Anströmung der Flügelsegmente durch eine radiale Schubgeschwindigkeit an mindestens einem Flügelsegment so beeinflusst, dass vergleichsweise große tangentiale Antriebskräfte entstehen. Again, the inflow of the wing segments is affected by a radial shear velocity at at least one blade segment, so that comparatively large tangential drive forces. Diese Umlaufkurven können, je nach dem Verhältnis des Durchmessers eines Planetenrads zu dem Durchmesser des Hohlrads, als Hypozykloide bzw. als Hypotrochoide oder als Verhältnis des Durchmessers eines Planetenrads zu dem Durchmesser des Sonnenrads, als Epizykloide bzw. als Epitrochoide, unterschiedlichste Formen annehmen. This rotary loci may take many forms with the diameter of the ring gear, as a hypocycloid or hypotrochoid as or as a ratio of the diameter of a planetary gear to the diameter of the sun gear, as epicycloid or epitrochoid as, depending on the ratio of the diameter of a planet gear.
  • Steuerung und Drehzahlbegrenzung Control and speed limiter
  • Strömungskonverter, deren Wendeflügel auf einer Hypozykloide oder eine Epizykloide die Drehimpulsachse umrunden, sind von dem Planetengetriebe so gesteuert, dass eine radiale Schubgeschwindigkeit den Anströmwinkel der Flügelsegmente eines Wendeflügels positiv beeinflusst. Flow converter, the turning vane circle on a hypocycloid or an epicycloid the spin axis, are so controlled by the planetary gear in that a radial pushing speed positive influence on the angle of attack of the wing segments of a turn of the wing. Sie benötigen keine zusätzlichen Steuerungselemente. No need for additional controls. Bei einem als Kreisel ausgebildeten Rotor oder bei einem Strömungskonverter, bei dem die Wendeflügel über ein radiales Rotorblatt an eine Nabe angelenkt sind, können pneumatisch oder hydraulisch betriebene Steuerelemente vorgesehen sein, die in bestimmten Positionen der Umlaufbahn eine radiale Schubgeschwindigkeit bewirken, sodass der Anströmwinkel so beeinflusst wird, dass an jeder Stelle der Umlaufbahn tangentiale Antriebkräfte an mindestens einem Flügelsegment entstehen. In a constructed as a gyro rotor, or at a flow converter, in which the turning vanes are articulated on a radial rotor blade to a hub, pneumatically or hydraulically operated control elements may be provided to cause a radial pushing speed in certain positions of the orbit, so that the angle of attack influenced so is that tangential drive forces occur at each point of the orbit at least one wing segment. Für die Steuerung der Rotordrehzahl sind entweder Flügelklappen an den beiden Segmenten eines Wendeflügels oder Getriebe für die Generatoren vorgesehen, die in der Lage sind die Drehzahl der Rotorwelle zu begrenzen. either wing flaps at the two segments of a turn of the wing or gears are provided for the generators to control the rotor speed, which are able to limit the rotational speed of the rotor shaft.
  • Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus den Figuren hervor. Further embodiments of the invention will become apparent from the figures.
  • Es zeigen: Show it:
    • 1 1 einen Strömungskonverter mit zwei Wendeflügeln in der isometrischen Übersicht a flow converter with two turning vanes in the isometric Overview
    • 2 2 den Horizontalschnitt AA durch das erste Flügelsegment und den Horizontalschnitt A'-A' durch das zweite Flügelsegment des Strömungskonverters nach the horizontal section AA according to the first wing segment, and by the horizontal section A'-A 'by the second wing segment of the flow converter 1 1
    • 3 3 einen Strömungskonverter mit drei Wendeflügeln in der isometrischen Übersicht a flow converter with three wings turning in the isometric Overview
    • 4 4 einen Strömungskonverter, bei dem zwei Scharen von jeweils fünf Wendeflügeln mit einem gegensinnigen Steigungswinkel untereinander zu einer Gitterschale in Form eines stehenden Zylinders verbunden sind a flow converter, wherein the two sets are interconnected by five turning wings with an oppositely directed slope angle to a lattice shell in the form of an upright cylinder
    • 5 5 einen Strömungskonverter, bei dem zwei Scharen von jeweils zehn Wendeflügeln mit einem gegensinnigen Steigungswinkel untereinander zu einer Gitterschale in Form eines Kugelschichtkörpers verbunden sind a flow converter, in which two sets of ten turning vanes connected to an opposing helix angle with each other in a lattice shell in the form of a spherical segment body are
    • 6 6 einen Strömungskonverter mit vier Wendeflügeln in der isometrischen Übersicht a flow converter with four turning wings in the isometric Overview
    • 7 7 einen Strömungskonverter, bei dem zwei Scharen von jeweils vier Wendeflügeln mit einem gegensinnigen Neigungswinkel untereinander zu einem Netz verbunden sind a flow converter, in which two groups of four turning wings are connected to an oppositely directed angle of inclination with one another to form a network
    • 8 8th einen Strömungskonverter, bei dem zwölf Scharen von Seilen mit einem in Drehrichtung gegensinnigen Neigungswinkel untereinander zu einem Seilnetz verbunden sind, das dazu ausgebildet ist, die Flügelsegmente einer Mehrzahl von Wendeflügeln zu tragen a flow converter, in which twelve flocks of ropes are connected to an opposing direction of rotation in angle of inclination to one another into a cable network that is configured to carry the blade segments of a plurality of turning vanes
    • 9 9 ein Detail des Strömungskonverters nach a detail of the flow converter according 8 8th mit Darstellung des mittleren Wendepunkts von zwei Wendeflügeln als Knotenpunkt des Seilnetzes with representation of the mean the inflection point of two turning vanes as a nodal point of the cable network
    • 10 10 einen Strömungskonverter als Wasserturbine, bei dem drei Wendeflügel auf einer quadratische Umlaufbahn laufen a flow converter as water turbine run at the three turning wings on a square orbit
    • 11 11 neun exemplarische Positionen des ersten Flügelsegments eines Wendeflügels auf der quadratischen Umlaufbahn des Strömungskonverters nach nine exemplary positions of the first wing segment of a turn of the wing on the square of the flow converter according to orbit 10 10 in einem Querschnitt BB in a cross section BB
    • 12 12 neun exemplarische Positionen des zweiten Flügelsegments eines Wendeflügels auf der quadratischen Umlaufbahn des Strömungskonverters nach nine exemplary positions of the second wing segment of a turn of the wing on the square of the flow converter according to orbit 10 10 in einem Querschnitt B'-B' in a cross section B'-B '
    • 13 13 einen Strömungskonverter als Windturbine mit vier Wendeflügeln, bei dem die ortsfeste Drehimpulsachse und die Rotationsachse des Rotors mit einem Versatz zueinander angeordnet sind, wobei die Rotationsachse mit einem Planetengetriebe um die Drehimpulsachse rotiert a flow converter as a wind turbine with four turning wings, in which the fixed spin axis and the rotation axis of the rotor are arranged with an offset to each other with the axis of rotation with a planetary gear about the spin axis rotates
    • 14 14 den Horizontalschnitt CC durch das erste Flügelsegment eines der vier Wendeflügel des Strömungskonverters nach the horizontal section CC through the first wing segment, one of the four turning wings of the flow converter according to 13 13 mit einem Umlauf des ersten Flügelsegments um die ortsfeste Drehimpulsachse in Form einer Hypozykloide und als Umlauf des ersten Flügelsegments um die Rotationsachse des Rotors mit vektorieller Darstellung von Geschwindigkeiten und Kräften with a circulation of the first wing segment about the fixed spin axis in the form of a hypocycloid and the circulation of the first wing segment about the rotational axis of the rotor with vectorial representation of speeds and forces
    • 15 15 den Horizontalschnitt C'-C' durch das zweite Flügelsegment eines der vier Wendeflügel des Strömungskonverters nach the horizontal section C'-C 'by the second wing segment of one of the four turning wings of the flow converter according to 13 13 mit einem Umlauf des zweiten Flügelsegments um die ortsfeste Drehimpulsachse in Form einer Hypozykloide und als Umlauf des zweiten Flügelsegments um die Rotationsachse des Rotors mit vektorieller Darstellung von Geschwindigkeiten und Kräften with a rotation of the second wing segment about the fixed spin axis in the form of a hypocycloid and the circulation of the second wing segment about the rotational axis of the rotor with vectorial representation of speeds and forces
    • 16 16 den schematischen Querschnitt eines Strömungskonverters mit einem Planetengetriebe, bei dem ein Wendeflügel jeweils eine quadratische Umlaufbahn hat the schematic cross section of a flow converter with a planetary gear in which a turning vanes each having a square orbit
    • 17 17 den schematischen Querschnitt eines Strömungskonverters mit einem Planetengetriebe, bei dem ein Wendeflügel jeweils eine elliptische Umlaufbahn hat the schematic cross section of a flow converter with a planetary gear in which a turning vanes each having an elliptical orbit
    • 18 18 den schematischen Querschnitt eines Strömungskonverters mit einem Planetengetriebe, bei dem drei Rotoren mit jeweils einem Wendeflügel mit einer schlaufenförmigen Hypozykloide um die ortsfeste Drehimpulsachse rotieren the schematic cross section of a flow converter with a planetary gear, wherein the three rotors rotate, each with a turning wing with a loop-shaped hypocycloid about the fixed spin axis
    • 19 19 den schematischen Querschnitt eines Strömungskonverters mit Planetengetriebe, drei Rotoren und drei Wendeflügeln the schematic cross section of a flow converter with planetary gears, three rotors and three inflection wings
    • 20 20 einen Strömungskonverter mit einem Planetengetriebe, bei dem drei jeweils einem Planetenrad eines Planetengetriebes zugeordnete Wendeflügel jeweils um die Rotationsachse der Rotoren und gemeinsam um die Drehimpulsachse des Strömungskonverters kreisen a flow converter with a planetary gear, circuits in which three respectively assigned a planetary gear of a planetary gear turning wings respectively around the axis of rotation of the rotors and together about the spin axis of the flow converter
    • 21 21 einen den Strömungskonverter nach one by the flow converter 20 20 in einem schematischen Horizontalschnitt mit Darstellung der Umlaufbahnen der Wendeflügel jeweils auf einer Epizykloide in a schematic horizontal sectional view showing the orbits of the turning wings on a respective epicycloid
    • 22 22 einen Strömungskonverter mit einer horizontalen Drehimpulsachse, bei dem die Rotationsachse des Rotors mit einem Versatz zu der Drehimpulsachse angeordnet ist als Wasserturbine in einer perspektivischen Darstellung mit vier Turbinenmodulen a flow converter with a horizontal spin axis, wherein the axis of rotation of the rotor is disposed with an offset to the angular momentum axis as a water turbine in a perspective view with four turbine modules
    • 23 23 ein Turbinenmodul des Strömungskonverters nach a turbine module of the flow converter according to 22 22 in der isometrischen Explosionsdarstellung in isometric exploded view
    • 24 24 einen Strömungskonverter als Windturbine, bei dem drei Wendeflügel jeweils mit radialen Rotorblättern verbunden und über ein Nabengelenk verschwenkbar an eine Nabe angelenkt sind, in der isometrischen Übersicht a flow converter as a wind turbine in which three vanes turn connected respectively with radial blades and hinged via a hub pivotable joint to a hub, in the isometric Overview
    • 25 25 den Strömungskonverter nach the flow converter according to 24 24 in einer Seitenansicht mit Darstellung des Schwenkbereichs eines Rotorblatts im Steigflug in a side view showing the pivoting range of a rotor blade in the climb
    • 26 26 den Strömungskonverter nach the flow converter according to 24 24 in einer Seitenansicht mit Darstellung des Schwenkbereichs eines Rotorblatts im Sinkflug in a side view showing the pivoting portion of a rotor blade in the descent
    • 27 27 die strömungsdynamische Wirkung des in the fluid-dynamic effect of the in 25 25 dargestellten Steigflugs eines Wendeflügels und eines Rotorblatts des Strömungskonverters nach Climb a turning blade shown and a rotor blade of the flow converter according to 24 24 in einem Horizontalschnitt DD durch das erste Flügelsegment und in einem Horizontalschnitt D'-D' durch das zweite Flügelsegment, jeweils mit vektorieller Darstellung der Geschwindigkeiten und Kräfte an acht exemplarischen Positionen des Wendeflügels auf seiner Umlaufbahn in a horizontal section DD through the first wing segment and in a horizontal section D-D 'by the second wing segment, each with a vectorial representation of the forces and speeds at eight positions of the exemplary turning vane in its orbit
    • 28 28 die strömungsdynamische Wirkung des in the fluid-dynamic effect of the in 26 26 dargestellten Sinkflugs eines Wendeflügels und eines Rotorblatts des Strömungskonverters nach Descent of a turning blade shown and a rotor blade of the flow converter according to 24 24 in einem Horizontalschnitt EE durch das erste Flügelsegment und in einem Horizontalschnitt E'-E' durch das zweite Flügelsegment, jeweils mit vektorieller Darstellung der Geschwindigkeiten und Kräfte an acht exemplarischen Positionen des Wendeflügels auf seiner Umlaufbahn in a horizontal section EE through the first wing segment and in a horizontal section E'-E 'by the second wing segment, each with a vectorial representation of the forces and speeds at eight positions of the exemplary turning vane in its orbit
    • 29 29 einen Strömungskonverter, bei dem die Rotationsachse des Rotors über ein Kardangelenk mit der ortsfesten Drehimpulsachse verbunden ist, als Windturbine in der isometrischen Übersicht a flow converter, in which the axis of rotation of the rotor is connected via a universal joint to the fixed angular momentum axis as a wind turbine in the isometric Overview
    • 30 30 den Strömungskonverter nach the flow converter according to 29 29 in einer schematischen Schnittansicht in a schematic sectional view
    • 31 31 einen Strömungskonverter mit zwölf Wendeflügeln als Windturbine mit horizontaler Rotationsachse in der perspektivischen Übersicht a flow converter with twelve turning vanes as a wind turbine with a horizontal axis of rotation in the perspective Overview
    • 32 32 die Anströmung eines Wendeflügels des Strömungskonverters nach the inflow of a turning vane of the flow converter according to 31 31 in einem perspektivischen Detailschnitt in a perspective detail section
    • 33 33 den Strömungskonverter nach the flow converter according to 31 31 und and 32 32 in einer luvseitigen Ansicht in a windward view
    • 34 34 eine Windturbine mit horizontaler Rotationsachse, bei der zwölf Wendeflügel von einem Speichenrad getragen werden a wind turbine with a horizontal rotation axis, are supported in the twelve turning wings of a spoked
    • 35 35 die Anströmung eines Wendeflügels des Strömungskonverters nach the inflow of a turning vane of the flow converter according to 34 34 in einem perspektivischen Detailschnitt. in a perspective detail section.
    • 36 36 die Bildung der tangentialen Antriebskräfte an dem ersten und zweiten Flügelsegment eines Wendeflügels der Windturbine nach the formation of the tangential drive forces on the first and second wing segment of a turning of the wind turbine blade according to 34 34 und and 35 35 in einer perspektivischen Schnittdarstellung in a perspective sectional view
    • 37 37 eine Windturbine mit horizontaler Rotationsachse als Speichenradkonstruktion, bei der der äußere Druckring von einer Gitterschale gebildet wird, in der perspektivischen Übersicht a wind turbine with a horizontal axis of rotation as a spoke-wheel, wherein the outer pressure ring is constituted by a lattice shell, in the perspective Overview
    • 38 38 die Windturbine nach The wind turbine according to 37 37 in einem Detailschnitt durch den als Gitterschale ausgebildeten Druckring des Speichenrads und als luvseitige Ansicht in a detail section through the shell formed as a lattice pressure ring of the spoke wheel and, as windward view
    • 39 39 ein Diagramm mit Darstellung der sich wechselseitig kompensierenden Sogkräfte a diagram showing the mutually compensating suction forces
    • 40 40 ein Diagramm mit Darstellung der luv- und leeseitigen tangentialen Antriebskräfte. a diagram showing the windward and leeward tangential drive forces.
  • 1 1 zeigt einen Strömungskonverter shows a flow converter 1 1 als Windturbine as a wind turbine 18 18 mit einer vereinigten Drehimpuls- und Rotationsachse X,Y. with a combined angular momentum and the axis of rotation X, Y. Zwei Wendeflügel Two turning vanes 2 2 weisen jeweils ein erstes Flügelsegment I, dessen Saugseite sich auf der Außenseite der Umlaufbahn U befindet und zwei Flügelsegmente II, deren Saugseite auf der, der Rotationsachse Y zugewandten Innenseite der Umlaufbahn U liegt, auf. each have a first wing segment I, whose suction side is U is on the outer side of the orbit and two wing segments II, whose suction side of the rotation axis Y inside facing the orbit U is on. Ein Wendeflügel A turning vane 2 2 erstreckt sich über eine Höhe h, von einem unteren Endpunkt E1 bis zu einem oberen Endpunkt extends over a height h from a lower end point E1 to an upper end point E2 E2 , entlang einer Druckpunktlinie Along a line pressure point 21 21 . , Etwa auf halber Höhe h ist ein mittlerer Wendepunkt W vorgesehen, an dem die Saugseite der Flügelsegmente I,II von der Außenseite zur Innenseite der Umlaufbahn U wechselt. Approximately half the height h, an average turning point W is provided on the suction side of the wing segments I, II changes from the outside to the inside of the orbit U. Die Wendeflügel The turning wing 2 2 sind über zwei radiale Tragarme are two radial support arms 102 102 mit dem Gehäuse des Generators with the housing of the generator 14 14 verbunden. connected. Die als Kurven The as curves 211 211 ausgebildeten Druckpunktlinien formed print dot lines 21 21 der Wendeflügel I,II liegen auf einer Rotationsfläche the turning vane I, II lying on a rotation surface 13 13 , die als Zylinderfläche That as a cylindrical surface 130 130 ausgebildet ist und weisen jeweils in Drehrichtung R des Rotors is formed and each have in the direction of rotation R of the rotor 10 10 einen tangentialen Neigungswinkel α auf. a tangential inclination angle α on. Jedes der beiden Flügelsegmente I,II hat ein asymmetrisches Flügelprofil Each of the two wing segments I, II has an asymmetric wing profile 20 20 und ist mit seiner Flügelnase and, with its wing leading edge 200 200 in Drehrichtung des Rotors in the direction of rotation of the rotor 10 10 ausgerichtet, wobei die sich, zwischen der Flügelnase aligned with the extending between the wing leading edge 200 200 und der Flügelhinterkante and the trailing edge 201 201 erstreckende Profilsehne q, tangential zu der Umlaufbahn U ausgerichtet ist. extending chord q, is aligned tangentially to the orbit U. Die aerodynamische Wirkung der asymmetrischen Flügelprofile The aerodynamic effect of the asymmetric wing profile 20 20 wird für das Flügelsegment II am Endpunkt E1 und für das Flügelsegment I am Endpunkt is used for the vane segment II at the end point E1 and to the wing segment at the end point I E2 E2 in einem schematischen Grundriss erläutert. illustrated in a schematic plan view. Die vektorielle Darstellung zeigt in der Strömung F eine Strömungsgeschwindigkeit a und eine Umlaufgeschwindigkeit b, die etwa dem vierfachen der Strömungsgeschwindigkeit a entspricht, an den Flügelsegmenten I,II jeweils mit einem resultierenden Anströmwinkel und einer resultierenden Anströmgeschwindigkeit d. The vectorial representation showing the flow F, a flow rate A, and a rotational speed b, which corresponds approximately to four times the flow rate a, to the wing segments I, II, respectively, with a resulting angle of attack and resultant flow velocity d. Die von der Anströmgeschwindigkeit d bewirkte Auftriebskraft L wirkt an dem Flügelsegment I auf der Außenseite und an dem Flügelsegment II auf der Innenseite der Umlaufbahn U. Die Auftriebskräfte L haben jeweils zugehörende Sogkräfte S und tangentiale Antriebskräfte P. Wie sich die Sogkräfte S an jedem Punkt der Umlaufbahn U gegenseitig wenigstens teilweise kompensieren, ist in The d caused by the flow velocity lift force L acts on the leaf segment I on the outer side and on the wing segment II on the inside of the orbit U. The lifting forces L each have been listening suction forces S and tangential driving force P. As the suction forces S at each point of mutually compensate for orbit U at least partially, is in 2 2 in dem Schnitt AA durch das Flügelsegment I und in dem Schnitt A'-A' durch das Flügelsegment II näher dargestellt. shown in more detail in the section AA through the vane segment I and in the cut A'-A 'by the wing segment II.
  • 2 2 zeigt die aerodynamische Wirkung des Wendflügels shows the aerodynamic effect of the wing Wend 2 2 der Windturbine the wind turbine 18 18 nach after 1 1 ,jeweils an acht exemplarischen Schnitten AA durch das Flügelsegment I und durch das Flügelsegment II, als Schnitte A'-A'. Respectively at eight exemplary sections AA through the wing segment I and segment II through the wings, when sections A'-A '. Die schematischen Schnitte zeigen die vektorielle Addition der Strömungsgeschwindigkeit a, der Umlaufgeschwindigkeit b, der Anströmgeschwindigkeit d und den Anströmwinkel δ, jeweils an 8 unterschiedlichen Positionen der Umlaufbahn U. Während das Flügelsegment I auf der leeseitigen Hälfte der Umlaufbahn U antreibend (+) und auf der luvseitigen Hälfte der Umlaufbahn U verzögernd (-) wirkt, sind die Verhältnisse bei dem im Schnitt A'-A' dargestellten Flügelsegment II genau umgekehrt: Hier wirkt die luv-seitige Hälfte der Umlaufbahn U antreibend (+), während die leeseitige Hälfte verzögernd wirkt. The schematic sections showing the vectorial addition of the flow rate a, the peripheral speed b, the flow velocity d and the angle of attack δ, respectively at 8 different positions of the orbit U. While the wing segment I on the leeward half of the circulation path U drivingly (+) and on the upwind half of the circulation path U delaying (-) acts, the ratios in the 'shown in section A'-A wing segment II are reversed: here, the windward-side half of the circulation path U is driving (+), while the leeward half retards , Dabei ist zu beachten, dass die tangentialen Antriebskräfte P der asymmetrischen Flügelprofile It should be noted that the driving tangential forces P asymmetric wing profile 20 20 jeweils wesentlich größer sind, als die verzögernd (-) wirkenden Komponenten in jeweils einer Hälfte der Umlaufbahn U. In are each substantially greater than the retarding (-) active components in each case one half of the orbit In U. 39 39 ist die kompensatorische Wirkung der Sogkräfte S und in is the compensatory effect of the suction forces and S in 40 40 ist die Bilanz der tangentialen Antriebskräfte P für die gesamte Umlaufbahn U dargestellt. the balance of the tangential drive forces P is represented for the entire orbit U.
  • 3 3 zeigt ebenfalls einen Strömungskonverter also shows a flow converter 1 1 als Windturbine as a wind turbine 18 18 , deren Rotor Whose rotor 10 10 eine vertikaler Rotationsachse Y hat, die mit der ortsfesten Drehimpulsachse X zusammenfällt. a vertical rotation axis Y which coincides with the stationary pivot axis X pulse. Hier sind drei Wendeflügel Here are three vertical pivot 2 2 , die in Drehrichtung R jeweils mit einem tangentialen Neigungswinkel α auf der Umlaufbahn U auf einer Rotationsfläche That in the rotational direction R in each case with a tangential angle of inclination α in orbit on a surface of revolution U 13 13 als Zylinderfläche as a cylindrical surface 130 130 jeweils in einem Abstand von 120° zueinander angeordnet sind. are each arranged at a distance of 120 ° from each other. Zwischen den Endpunkten Between the end points E1 E1 , . E2 E2 erstreckt sich eine, als Kurve extending a, as curve 211 211 ausgebildete Druckpunktlinie educated pressure point line 21 21 . , Radiale Tragarme Radial support arms 102 102 verbinden die Segmente I,II der Wendeflügel connect the segments I, II of the turning wings 2 2 mit dem Gehäuse eines Generators with the housing of a generator 14 14 . , Das Tragwerk The structure 15 15 der Windturbine the wind turbine 18 18 wird von einem Mast is of a mast 153 153 gebildet. educated. Jeweils an einem mittleren Wendepunkt W, auf halber Höhe h der Wendeflügel Respectively at an intermediate point of inflection W, at half the height h of the turning wings 2 2 , wechselt die Saugseite von der Außenseite am Flügelsegments I zu der Innenseite am Flügelsegment II der Umlaufbahn U. Flügelklappen , The suction side of the outside changes on the wing segment I and segment II of the inner side on the wing of the orbit U. wing flaps 121 121 an den beiden Flügelsegmenten I,II der Wendeflügel at the two wing segments I, II of the turning wings 2 2 ermöglichen, wie hier exemplarisch an einem Wendeflügel allow such example here at a turning wing 2 2 dargestellt, eine Steuerung der Drehzahl des Rotors shown, a control of the speed of the rotor 10 10 . , Die Schnitte AA und A'-A' entsprechen dem in The sections AA and A'-A 'correspond to the in 2 2 gezeigten Beispiel. example shown.
  • 4 4 zeigt einen Strömungskonverter shows a flow converter 1 1 als Windturbine as a wind turbine 18 18 , bei der sich fünf Wendeflügel , In which five vertical pivot 2 2 in Drehrichtung R mit einem tangentialen Neigungswinkel α und fünf Wendeflügel mit einem gegensinnigen Neigungswinkel α' durchdringen und eine biege-, schub- und torsionssteife Gitterschale α and five turning wing with a oppositely directed angle of inclination α penetrate in the rotational direction R with a tangential angle of inclination 'and a bending, shear and torsion gridshell 151 151 bilden, die auf Fahrgestellen form, which on undercarriages 152 152 und einer Schiene drehbar um eine gemeinsame Drehimpuls- und Rotationsachse X,Y gelagert ist. and a rail is mounted for rotation about a common axis of rotation and angular momentum X, Y. Mindestens eines der Fahrgestelle At least one of the chassis 152 152 ist mit einem Generator is connected to a generator 14 14 , der als Radnabengenerator Which as wheel hub generator 140 140 ausgebildet ist, verbunden. is formed, respectively. In einer Kurve In a curve 211 211 erstreckt sich die Druckpunktlinie extending the print dot line 21 21 eines Wendflügels Wend a wing 2 2 zwischen den Endpunkten between the end points E1 E1 ,E2 auf einer Zylinderfläche , E2 on a cylindrical surface 130 130 , die als Rotationsfläche That as a surface of revolution 13 13 die Umlaufbahn U der Wendeflügel the orbit of the turning wings U 2 2 definiert. Are defined. Jeweils an mittleren Wendepunkten W wechselt die Saugseite des asymmetrischen Flügelprofiles Respectively at intermediate points of inflection W enters the suction side of the asymmetrical wing profile 20 20 der Flügelsegmente I,II von der Außenseite, zu der Innenseite der Gitterschale the wing segments I, II from the outside to the inside of the grating shell 151 151 . , Aussteifende Ringflügel Stiffening ring wing 101 101 , die im Querschnitt ein symmetrisches Flügelprofil aufweisen, verbinden die Wendeflügel , Which have a symmetrical wing profile in cross-section, connect the turning wings 2 2 an den Knotenpunkten N untereinander. at the nodes N with each other. Eine derartige Windturbine Such a wind turbine 18 18 kann aufgrund ihrer strukturellen Stabilität in unterschiedlichen Größen, zB mit einem Durchmesser von 3m und einer Höhe von 15m oder aber einem Durchmesser von 60m und einer Höhe von 180m und auch noch größer hergestellt werden. can be, for example, with a diameter of 3m and a height of 15m or a diameter of 60m and a height of 180m, and also made even greater because of their structural stability in different sizes. Dabei können die Ringflügel Thereby the annular wing 101 101 zur Queraussteifung durch nicht näher dargestellte tangentiale oder radiale Spannseile verspannt werden. are clamped to the cross bracing by not shown tangential or radial tensioning cables.
  • 5 5 zeigt einen Strömungskonverter shows a flow converter 1 1 , als kleine Windturbine When small wind turbine 18 18 , mit einem Durchmesser des Rotors With a diameter of the rotor 10 10 von etwa 1.5m bis 15m. from about 1.5m to 15m. Der mit dem Rotor Of the rotor 10 10 verbundene Läuferring des Generators associated rotor ring of the generator 14 14 , dreht um die vertikale Rotationsache Y, während der Statorring, mit der zu der Rotationsachse Y koaxial angeordneten ortsfesten Drehimpulsachse X und dem Mast Rotates about the vertical rotation matter Y, while the stator, with the rotation axis Y arranged coaxially fixed spin axis X and the mast 153 153 verbundenen ist. is connected. Zehn Wendeflügel Ten turning wings 2 2 , die in Drehrichtung R des Rotors Which in the direction of rotation R of the rotor 10 10 mit einem tangentialen Neigungswinkel α mit ihren Druckpunktlinien with a tangential angle of inclination α with their printing dot lines 21 21 auf einer, als Kugelschichtfläche on one, as a spherical surface layer 132 132 ausgebildeten Rotationsfläche formed surface of revolution 13 13 , angeordnet sind, durchdringen sich jeweils an ihrem mittleren Wendepunkt W und an Knotenpunkten N mit zehn weiteren Wendeflügeln Are arranged to penetrate in each case at its central turning point W and at node points N with ten other turning wings 2 2 mit einem gegensinnigen tangentialen Neigungswinkel α', deren Druckpunktlinien with an opposing tangential inclination angle α ', the print dot lines 21 21 ebenfalls auf der Kugelschichtfläche also on the ball layer surface 132 132 angeordnet sind und bilden eine biege-, schub- und torsionssteife Gitterschale are arranged to form a bending, shear and torsion gridshell 151 151 . , Die kleine Windturbine ist besonders für die Integration in stadträumliche Zusammenhänge und für eine siedlungsnahe Stromerzeugung gedacht. The small wind turbine is designed especially for integration into urban spatial relationships and for a settlement close to power generation. Alternativ zu der dargestellten Kugelschichtfläche Alternatively to the illustrated spherical layer surface 132 132 kann die Rotationfläche , the surface of revolution 13 13 zB auch als Ellipsoid oder Paraboloid hergestellt werden. for example also be made as an ellipsoid or paraboloid.
  • 6 6 zeigt einen Strömungskonverter shows a flow converter 1 1 mit vertikaler Rotationsachse Y, bei dem vier Wendeflügel with vertical rotation axis Y, wherein four turning wings 2 2 , deren zwischen den Endpunkten Which between the end points E1 E1 und and E2 E2 verlaufende Druckpunktlinie extending pressure point line 21 21 als Gerade Just as 210 210 ausgebildet ist, die jeweils mit einem tangentialen Neigungswinkel α in Drehrichtung R auf einer Rotationsfläche is formed, the α respectively with a tangential angle of inclination in the direction of rotation R on a surface of revolution 13 13 , in Form eines Rotationshyperboloides , In the form of a Rotationshyperboloides 131 131 , angeordnet sind. are arranged. Mit einem über die Höhe h wechselnden radialen Abstand zu der Drehimpuls- und Rotationsachse X,Y erstrecken sich die Druckpunktlinien Having a height h on the changing radial distance from the axis of rotation angular momentum and X, Y, the print dot lines extend 21 21 auf dieser Rotationsfläche on this surface of revolution 13 13 . , An dem mittleren Wendpunkt W sind die Wendeflügel At the central turning point W are the turning wings 2 2 jeweils über radiale Tragarme respectively via radial support arms 102 102 mit einem koaxial und konzentrisch zu dem Mast with a coaxially and concentrically with respect to the mast 153 153 und der ortsfesten Drehimpulsachse X angeordneten Generator and the stationary spin axis X arranged Generator 14 14 und an ihren Endpunkten and at their end points E1 E1 und and E2 E2 jeweils mit einen Ringflügel in each case with a ring-wing 101 101 untereinander verbunden. interconnected. Bei der, von der Strömung F evozierten Rotationsbewegung mit Drehrichtung R wird die, sich zwischen den Endpunkten When, evoked by the flow F rotational movement with rotational direction R is the one located between the end points E1 E1 und and E2 E2 erstreckende Flügeloberfläche, an den Flügelsegmenten I,II jeweils entgegen der Saugseite des asymmetrischen Flügelprofils extending wing surface to the wing segments I, II, respectively toward the suction side of the asymmetrical wing profile 20 20 , bei dem Flügelsegment II nach außen und bei dem Flügelsegment I nach innen gedrückt. Pressed in the wing segment II outwardly and the wing segment I inwards. Der Horizontalschnitt AA durch ein Flügelsegment I und der Horizontalschnitt A'-A' durch ein Flügelsegment II entspricht in seiner aerodynamischen Wirkung dem in The horizontal section AA through a wing segment I and the horizontal section A'-A 'by a wing segment II corresponds in its aerodynamic effect in the 2 2 erläuterten Beispiel. Example explained. Die gegenseitige Kompensation, der von den Flügelsegmenten I,II bewirkten Sogkräfte S ermöglicht die Ausbildung eines vergleichsweise schlanken Tragwerks The mutual compensation of the induced by the blade segments I, II suction forces S enables formation of a comparatively slender supporting framework 15 15 , bei dem der Rotor Wherein the rotor 10 10 mit dem Generator with the generator 14 14 von einem Mast of a mast 153 153 getragen wird. will be carried.
  • 7 7 zeigt eine Windturbine shows a wind turbine 18 18 bei der die vertikale Drehimpulsachse X und die Rotationsachse Y des Rotors in which the vertical spin axis X and the rotation axis Y of the rotor 10 10 zusammenfallen. coincide. Eine Schar von jeweils sechs Wendeflügeln A gaggle of six turning wings 2 2 mit einem tangentialen Neigungswinkel α in Drehrichtung R des Rotors α with a tangential angle of inclination in the direction of rotation R of the rotor 10 10 durchdringt jeweils an dem mittleren Wendepunkt W eine weitere Schar von sechs Wendeflügeln mit einem gegensinnigen tangentialen Neigungswinkel α'. penetrates each at the central turning point W, a further group of turning six wings with an opposing tangential inclination angle α '. Radial angeordnete Rotorblätter Radially arranged rotor blades 105 105 unterstützen als druckbeanspruchte Tragarme support the compressive load carrying arms 102 102 einen unteren und einen oberen Ringflügel a lower and an upper ring-wing 101 101 und sind ihrerseits mit den Endpunkten and are in turn connected to the end points E1 E1 ,E2 der Wendeflügel , E2 of the turning wings 2 2 verbunden. connected. Die als Geraden As straight 210 210 ausgebildeten Druckpunktlinien formed print dot lines 21 21 mit dem gegensinnigen Neigungswinkel α, α' erzeugen eine als Rotationshyperboloid α with the oppositely directed angle of inclination α 'generate a hyperboloid of revolution as 131 131 ausgebildete Rotationsfläche trained surface of revolution 13 13 , auf der die Wendeflügel On which the turning wings 2 2 mit wechselnden radialen Abständen zu der Drehimpuls- und Rotationsachse X,Y angeordnet sind. are arranged with varying radial distances from the axis of rotation and angular momentum X, Y. Radial angeordnete Rotorblätter Radially arranged rotor blades 105 105 sind nabenseitig mit dem Generator are the hub side to the generator 14 14 verbunden und unterstützen die Ringflügel connected and support the annular wing 101 101 jeweils an drei gleichmäßig voneinander beabstandeten Punkten. respectively at three equally spaced points. Die Ringflügel The annular wing 101 101 am unteren und oberen Ende der Rotors at the lower and upper end of the rotor 10 10 ermöglichen die Ausbildung zugbeanspruchter und vorgespannter Flügelsegmente I,II der Wendeflügel permit the formation zugbeanspruchter and biased wing segments I, II of the turning wings 2 2 , die zB aus einem profilierten Kohlefaserstreifen oder aus einem profilierten Blechband hergestellt werden können. , For example, can be produced from a profiled strip of carbon fiber or of a profiled sheet metal band. Der Horizontalschnitt AA durch die Umlaufbahn des Flügelsegments I und der Schnitt A'-A' durch die Umlaufbahn eines Flügelsegments II entsprechen im Wesentlichen dem in The horizontal section AA through the orbit of the wing segment I and the cut A'-A 'through the orbit of a wing segment II correspond substantially to the in 2 2 gezeigten Beispiel. example shown.
  • 8 8th zeigt eine Windturbine shows a wind turbine 18 18 , bei der die Druckpunktlinien Where the pressure point lines 21 21 der Wendeflügel the turning vanes 2 2 jeweils an ihren Endpunkten in each case at their end points E1 E1 und and E2 E2 zu einer Flügelkette to a wing chain 22 22 verbunden sind, wobei sich eine Schar von Druckpunktlinien are connected, with a band of pressure-dot lines 21 21 mit einem tangentialen Neigungswinkel α, α' jeweils an den Wendepunkten W überkreuzen. with a tangential inclination angle α, α 'at each of the inflection points W intersect. Dabei entsteht ein Netz This creates a network 213 213 , das ein Rotationshyperboloid That of revolution a 131 131 definiert und als Seilnetz and defined as a cable network 150 150 , wie in , as in 9 9 gezeigt, von paarweise angeordneten Seilen gebildet wird. shown, is formed by pairs of ropes. Die Flügelsegmente I,II sind, wie in The wing segments I, II, as in 9 9 gezeigt, als Profilschalen shown as profiled shells 23 23 ausgebildet und werden von dem Seilnetz are formed and from the cable network 150 150 getragen. carried. Die hier gezeigte Rotorkonstruktion mit einem Tragsystem, das ausschließlich von Zug- und Druckgliedern gebildet wird, eignet sich für sehr große Windturbinen The rotor design shown here with a support system that is constituted solely by tension and compression members, is suitable for very large wind turbines 18 18 , wobei mehrere vertikal gestapelte Rotationshyperboloide Wherein a plurality of vertically stacked rotational hyperboloids 131 131 vorgesehen sind. are provided. Schließlich kann das Seilnetz Finally, the cable network can 150 150 den Mast the mast 153 153 stützen, wobei ein unteres Speichenrad support, a lower spoked 100 100 die Zugkräfte aufnimmt und, wie in and receiving the tensile forces, as in 4 4 gezeigt, mit einem Fahrgestell verbunden ist. is shown connected to a chassis.
  • 9 9 zeigt den mittleren Wendepunkt W von zwei Wendeflügeln shows the average turning point W of two turning wings 2 2 als Seilnetzknoten der Windturbine as a cable hub of the wind turbine 18 18 nach after 8 8th . , Das Seilnetz The cable network 150 150 trägt die als Profilschalen transmits a profile shells 23 23 ausgebildeten Flügelsegmente I,II von jeweils zwei mit einem gegensinnigen Neigungswinkel α, α' angeordneten Wendeflügeln Wing segments formed I, II 'disposed of two α with an oppositely directed angle of inclination α turning wings 2 2 . , Wie in As in 8 8th gezeigt, definiert das Netz shown, defines the network 213 213 einen Rotationshyperboloid one of revolution 131 131 und ist als zweiläufiges Seilnetz and as zweiläufiges rope net 150 150 ausgebildet. educated. Die mittleren Wendepunkte W der zu einer Flügelkette The middle of the turning points W to a wing chain 22 22 untereinander verbundenen Wendeflügel interconnected turning wings 2 2 sind jeweils als Seilklemmen ausgebildet. are each designed as rope clamps.
  • 10 10 zeigt eine Wasserturbine shows a water turbine 17 17 , deren Rotor Whose rotor 10 10 eine horizontale Rotationsachse Y hat, die über zwei Kardangelenke a horizontal rotation axis Y, the two universal joints 108 108 an die ortsfeste Drehimpulsachse X angelenkt ist. is hinged to the fixed spin axis X. Das Reuleaux-Dreieck The Reuleaux triangle 106 106 ist als Rollkörper ausgebildet, der in einem quadratischen Lagerkörper abrollt, sodass drei jeweils in den Eckpunkten des Reuleaux-Dreicks angeordneten Wendeflügel is designed as a rolling body which rolls in a square bearing body, so that in each case three are arranged at the vertices of the Reuleaux Dreicks turning wings 2 2 , wie in den As in the 11 11 und and 12 12 gezeigt, auf einer quadratischen Umlaufbahn U mit gerundeten Ecken laufen. shown, running on a square orbit U with rounded corners. Die quadratischen Lagerkörper für das linke und das rechte Reuleaux-Dreieck sind jeweils mit einem Winkel von 45° zur Strömung F angeordnet und in seitliche Strömungsleitwände The square bearing body for the left and right Reuleaux triangle are arranged at an angle of 45 ° to the flow F and in each lateral flow guide 154 154 eingelassen. admitted. Die drei Wendeflügel The three vertical pivot 2 2 erstrecken sich quer zu der Strömung F zwischen den Endpunkten extending transversely to the flow F between the endpoints E1 E1 , . E2 E2 , wobei an dem mittleren Wendepunkt W die Saugseite des ersten Flügelsegments I von der Außenseite der Umlaufbahn U an dem Flügelsegment II auf die Innenseite der Umlaufbahn U wechselt. Where W is the suction side of the first wing segment I from the outside of the circulation path U of the wing segment II substituted at the middle point of inflection on the inside of the orbit U. Die Wasserturbine The water turbine 17 17 kann zB auch als ein Modul eines Gezeitenkraftwerkes ausgebildet werden, bei dem sich bei gleichbleibender Drehrichtung R des Rotors may also be formed as a module of a tidal power plant, for example, in which with a constant direction of rotation R of the rotor 10 10 die Richtung der Strömung F umkehrt. the direction of flow F reverses.
  • 11 11 zeigt im Horizontalschnitt neun exemplarische Positionen des ersten Flügelsegments I auf seiner quadratischen Umlaufbahn U. Während die leeseitigen Hälfte der Umlaufbahn überwiegend antreibend wirkt (+), wirkt die luvseitige Hälfte der Umlaufbahn U überwiegend verzögernd (-). shows in horizontal section nine exemplary positions of the first wing segment I to its square orbit U. While the leeward half of the orbit mainly acts drivingly (+) affects the windward half of the circulation path U predominantly delaying (-). In der Bilanz überwiegen die antreibend (+) wirkenden Kräfte die verzögernden Kräfte (-) deutlich aufgrund des günstigen Anströmwinkels δ der Anströmgeschwindigkeit d als vektorielle Summe aus der Strömungsgeschwindigkeit a und der Umlaufgeschwindigkeit b. In the balance drivingly (+) outweigh forces the decelerating forces (-) significantly due to the low angle of attack of the flow velocity d δ as a vectorial sum of the flow velocity a and the peripheral speed b. Daraus ergibt sich an jeder Position des ersten Flügelsegments I in der leeseitigen Hälfte der Umlaufbahn U eine tangentiale Antriebskraft P. Geschwindigkeiten und Kräfte sind in einer leeseitigen Position des ersten Flügelsegments I bezeichnet. As a result at each position of the first wing segment I in the leeward half of the circulation path U, a tangential driving force P. speeds and forces are indicated in a leeward-side position of the first wing segment I.
  • 12 12 zeigt im Vertikalschnitt neun exemplarische Positionen des zweiten Flügelsegments II auf seiner quadratischen Umlaufbahn U. Während die luvseitige Hälfte der Umlaufbahn überwiegend antreibend wirkt (+), wirkt die leeseitige Hälfte der Umlaufbahn U überwiegend verzögernd (-). shows, in vertical section nine exemplary positions of the second wing segment II to its square orbit U. While the windward half of the orbit mainly acts drivingly (+) affects the leeward half of the circulation path U predominantly delaying (-). In der Bilanz überwiegen die antreibend (+) wirkenden Kräfte die verzögernden Kräfte (-) deutlich, aufgrund des günstigen Anströmwinkels δ der Anströmgeschwindigkeit d, als vektorielle Summe aus der Strömungsgeschwindigkeit a und der Umlaufgeschwindigkeit b. In the balance drivingly (+) outweigh forces the decelerating forces (-) significantly, because of the favorable angle of attack of the flow velocity δ d, as vectorial sum of the flow velocity a and the peripheral speed b. Daraus ergibt sich an jeder Position des zweiten Flügelsegments II in der luvseitigen Hälfte der Umlaufbahn U eine tangentiale Antriebskraft P. Geschwindigkeiten und Kräfte sind in einer luvseitigen Position des zweiten Flügelsegments II bezeichnet. As a result at each position of the second wing segment II in the windward-side half of the circulation path U, a tangential driving force P. speeds and forces are indicated in a windward-side position of the second wing segment II.
  • 13 13 zeigt einen Strömungskonverter shows a flow converter 1 1 als Windturbine as a wind turbine 18 18 mit einem Planetengetriebe with a planetary gear 11 11 , das in Fig. 14-15 näher erläutert wird. Which is explained in more detail in FIGS. 14-15. Die vertikale Rotationsachse Y des Rotors The vertical rotation axis Y of the rotor 10 10 rotiert im Uhrzeigersinn um die ortsfeste Drehimpulsachse X. Vier radiale Tragarme rotates clockwise about the fixed spin axis X. four radial supporting arms 102 102 greifen jeweils an dem mittleren Wendepunkt W der Wendeflügel each engage on the central turning point W of the turning wings 2 2 an und verbinden den Rotor and connect the rotor 10 10 mit dem Planetengetriebe with the planetary gear 11 11 . , Zwischen den Endpunkten Between the end points E1 E1 und and E2 E2 erstreckt sich eine Gerade extends a line 210 210 als Druckpunktlinie as a pressure point line 21 21 der Wendeflügel the turning vanes 2 2 mit einem Neigungswinkel α in Drehrichtung R. Um die Stabilität des Rotors α with an angle of inclination in the direction of rotation R. For the stability of the rotor 10 10 zu erhöhen und um bei einer kleineren Windturbine and to increase at a smaller wind turbine 18 18 Verletzungen zu vermeiden, sind die Endpunkte To avoid injury, are the end points E1 E1 und and E2 E2 der Wendeflügel the turning vanes 2 2 mit einem oberen und einem unteren Ringflügel with an upper and a lower ring-wing 101 101 verbunden. connected. Die aerodynamische Wirkung des Planetengetriebes The aerodynamic effect of the planetary gear 11 11 wird in Fig. 14 für das erste Flügelsegment I in dem Horizontalschnitt CC und in is shown in Fig. 14 for the first wing segment I in the horizontal section CC and in 15 15 in dem Horizontalschnitt C'-C' für das zweite Flügelsegment II, näher erläutert. , Described in more detail in the horizontal section C'-C 'for the second wing segment II.
  • 14 14 zeigt den Horizontalschnitt CC durch das erste Flügelsegment I der Windturbine shows the horizontal section CC through the first wing segment I of the wind turbine 18 18 nach after 13 13 , oben mit Darstellung der jeweils auf einer Hypozykloide , Above, showing the respective on a hypocycloid 114 114 laufenden Wendeflügel ongoing turnaround wings 2 2 und unten mit Darstellung der Geschwindigkeiten und Kräfte auf der kreisförmigen Umlaufbahn U der Flügelsegmente I des Wendeflügels and showing the speeds and forces on the circular orbit U of the wing segments of the turning vane I below 2 2 . , Der Schnitt CC zeigt jeweils für das erste Flügelsegment I des Wendeflügels The section CC is respectively for the first wing segment I of the turning vane 2 2 acht exemplarische Positionen auf einer kreisförmigen Umlaufbahn U um die Rotationsachse Y, die ihrerseits um die ortsfeste Rotationsachse X des Strömungskonverters I kreist. eight exemplary positions on a circular orbit U about the rotation axis Y, which in turn orbits about the fixed axis of rotation X of the flow converter I. Das Planetengetriebe The planetary gear 11 11 besteht aus einem zentralen Sonnenrad consists of a central sun gear 110 110 , drei durch einen Planetenträger , Three by a planet carrier 113 113 untereinander verbundenen Planetenrädern interconnected planetary gears 111 111 und einem äußeren Hohlrad and an outer ring gear 112 112 . , Innerhalb der Strömung F addieren sich die Strömungsgeschwindigkeit a, die Umlaufgeschwindigkeit b des ersten Flügelsegments I um die ortsfeste Drehimpulsachse X, sowie die Umlaufgeschwindigkeit b' um die Rotationsachse Y, zu einer Anströmgeschwindigkeit d. Within the flow F, the flow velocity add a, the peripheral speed b of the first wing segment I about the fixed spin axis X and the peripheral speed b 'about the rotation axis Y to a face velocity d. Es zeigt sich, dass der Anströmwinkel δ des ersten Flügelsegments I in der leeseitigen Hälfte der Umlaufbahn U antreibend (+) wirkt, wobei sehr große tangentiale Antriebskräfte P entstehen, die die im luvseitigen Teil der Umlaufbahn U zu verzeichnenden, verzögernd (-) wirkenden Kräfte überwiegen. It is found that the angle of attack U drivingly (+) acts δ of the first wing segment I in the leeward half of the orbit, with very large tangential drive forces P are formed, the reductions achieved in the windward part of the circulation path U, delaying (-) forces predominate.
  • 15 15 zeigt den Horizontalschnitt C'-C' durch das zweite Flügelsegment II der Windturbine shows the horizontal section C'-C 'by the second wing segment II of the wind turbine 18 18 nach after 13 13 , oben mit Darstellung der jeweils auf einer Hypozykloide , Above, showing the respective on a hypocycloid 114 114 laufenden Wendeflügel ongoing turnaround wings 2 2 und unten mit Darstellung der Geschwindigkeiten und Kräfte auf der kreisförmigen Umlaufbahn U der Flügelsegmente II des Wendeflügels and showing the speeds and forces on the circular orbit U of the wing segments of the turning vane II below 2 2 . , Im Unterschied zu der in In contrast to the in 14 14 dargestellten strömungsdynamischen Wirkung des ersten Flügelsegments I, wirkt bei dem zweiten Flügelsegment II die luvseitige Hälfte der Umlaufbahn U antreibend (+), während die leeseitige Hälfte der Umlaufbahn U verzögernd (-) wirkt. illustrated flow dynamic action of the first wing segment I, acts at the second wing segment II, the windward half of the circulation path U drivingly (+), while the leeward half of the circulation path U delaying (-) acts. In der Gesamtbilanz führen die Flügelsegmente I und II zu einem vergleichsweise großen Drehmoment an der ortsfesten Drehimpulsachse X des Strömungskonverters In the overall balance of the wing segments I and II result in a relatively large torque on the stationary spin axis X of the flow converter 1 1 . , Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde hier auf die vektorielle Darstellung einer zusätzlichen Schubgeschwindigkeit c, die sich, wie in For the sake of clarity here on the vectorial representation of an extra boost speed c, which, as in 27 27 und and 28 28 gezeigt, aus der Hypozykloide shown from the hypocycloid 114 114 ergibt, verzichtet. shows omitted. Das Enger- und Weiterziehen der Umlaufbahn U im Falle einer Hypozykloiden The Enger- and further pulling the orbit U in case of Hypocycloids 114 114 führt jeweils an einem der Flügelsegmente I,II des Wendeflügels leads in each case to one of the wing segments I, II of the turning vane 2 2 zu einem Schub, der sich positiv auf den Anströmwinkel δ auswirkt. a thrust which has a positive effect on the flow angle δ.
  • 16 16 zeigt einen Querschnitt durch einen Strömungskonverter shows a cross section through a flow converter 1 1 mit einer ortsfesten Drehimpulsachse X, bei dem der Rotor with a fixed spin axis X, wherein the rotor 10 10 eine Rotationsachse Y aufweist, die um die Drehimpulsachse X kreist. having a rotation axis Y, which revolves around the rotational axis X pulse. Das Planetengetriebe The planetary gear 11 11 ist hier als Schubkurbelgetriebe ausgebildet und weist ein feststehendes Hohlrad is formed as a slider-crank mechanism here comprises a fixed ring gear 112 112 , in dem ein Planetenrad In which a planet 111 111 läuft, auf. runs on. Der Planetenträger The planet carrier 113 113 ist als Kurbel an die ortsfeste Drehimpulsachse X angelenkt. a crank is hinged to the stationary spin axis X. Über radiale, gleichmäßig voneinander beabstandete Tragarme Via radial, evenly spaced-apart support arms 102 102 sind drei Wendeflügel Three vertical pivot 2 2 , die jeweils aus einem ersten Flügelsegment I und einem zweiten Flügelsegment II aufgebaut sind, an die Rotationsachse Y des Rotors , Which are each constructed from a first wing segment I and a second wing segment II, to the rotation axis Y of the rotor 10 10 angelenkt und bewegen sich jeweils mit einem konstanten radialen Abstand um die Rotationsachse Y auf einer kreisförmigen Umlaufbahn U. Aus der Überlagerung der Drehbewegungen des Rotors hinged and move respectively with a constant radial distance about the rotational axis Y on a circular orbit U. The superposition of the rotational movements of the rotor 10 10 , um seine Rotationsachse Y und seiner gleichzeitigen Drehbewegung um die ortsfeste Drehimpulsachse X des Strömungskonverters , Around its rotation axis Y, and its simultaneous rotation about the stationary spin axis X of the flow converter 1 1 , ergeben sich für die drei Wendeflügel , Obtained for the three vertical pivot 2 2 Umlaufbahnen U in Form einer verkürzten Hypozykloide U orbits in the form of a truncated hypocycloid 114 114 als Quadrat mit gerundeten Ecken. as a square with rounded corners.
  • 17 17 zeigt einen Querschnitt durch einen Strömungskonverter shows a cross section through a flow converter 1 1 mit einem Planetengetriebe with a planetary gear 11 11 . , Im Unterschied zu dem in In contrast to the in 13 13 bis to 15 15 ausführlich erläuterten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser des feststehenden Hohlrads detail illustrated embodiment, the diameter of the fixed ring gear 112 112 bei dieser Ausführungsform des Planetengetriebes In this embodiment of the planetary gear 11 11 genau doppelt so groß wie der Durchmesser des Planetenrads exactly twice as large as the diameter of the planet 111 111 . , Dabei ist die Länge der radialen Tragarme Here, the length of the radial arms 102 102 so gewählt, dass sich aus der Überlagerung der Drehbewegung des Rotors selected so that it follows from the superposition of the rotational motion of the rotor 10 10 um die Rotationsachse Y und der Drehbewegung des Planetenträgers around the rotation axis Y and the rotational movement of the planet carrier 113 113 um die ortsfeste Drehimpulsachse X für jeden Wendeflügel about the fixed spin axis X for each turn of wing 2 2 eine Umlaufbahn U in Form einer verkürzten Hypozykloide an orbit U in the form of a truncated hypocycloid 114 114 als Ellipse ergibt. gives an ellipse.
  • 18 18 zeigt einen Querschnitt durch einen Strömungskonverter shows a cross section through a flow converter 1 1 , bei dem drei Planetenräder In which three planet gears 111 111 in einem Hohlrad in a ring gear 112 112 laufen, sodass sich die aus der Überlagerung der Drehbewegung eines Wendeflügels run, so that the from the superposition of the rotational movement of a turning vane 2 2 um die Rotationsachse Y mit Drehrichtung R und der gleichzeitigen Drehbewegung der Rotationsachsen Y um die ortsfeste Drehimpulsachse X mit Drehrichtung R geschweifte Hypozykloiden around the rotation axis Y with the direction of rotation R and the simultaneous rotary motion of the rotation axes Y about the fixed spin axis X with the direction of rotation R curly hypocycloids 114 114 als Umlaufkurven der Wendeflügel as current curves of the turning blades 2 2 ergeben. result. Im Falle einer Windturbine In the case of a wind turbine 18 18 mit einer vertikal angeordneten Drehimpulsachse X würde diese Ausführungsform die Ausbildung eines zentralen Mastes with a vertically arranged rotational momentum axis X, this embodiment would be the formation of a central mast 153 153 ermöglichen, da sich die Hypozykloiden allow, as the Hypocycloids 114 114 an der zentralen Drehimpulsachse X nicht tangieren. do not affect on the central spin axis X.
  • 19 19 zeigt einen Querschnitt durch einen Strömungskonverter shows a cross section through a flow converter 1 1 mit einer ortsfesten Drehimpulsachse X, bei dem drei Rotoren with a fixed spin axis X, in which three rotors 10 10 vorgesehen sind, die jeweils mit einer kreisförmigen Umlaufbahn U um eine Rotationsachse Y mit Drehrichtung R drehen. are provided that each rotate with a circular orbit U about a rotation axis Y with the direction of rotation R. Dafür ist ein Planetengetriebe This is a planetary gear 11 11 mit einem feststehenden Hohlrad with a stationary ring gear 112 112 vorgesehen, in dem drei Planetenräder provided in which three planetary gears 111 111 laufen und über einen Planetenträger run and a planet carrier 113 113 in Form einer Kurbel an eine zentral angeordnete, ortsfeste Drehimpulsachse X angelenkt sind. are articulated in the form of a crank on a centrally arranged, stationary spin axis X. Mittels von radialen Tragarmen By means of radial supporting arms 102 102 ist ein Wendeflügel is a turning wing 2 2 , der jeweils aus einem ersten Flügelsegment I und einem zweiten Flügelsegment II aufgebaut ist, an seine Rotationsachse Y im Zentrum eines Planetenrads That is each composed of a first wing segment I and a second wing segment II to its axis of rotation Y in the center of the planet gear 11 11 angelenkt und bewegt sich mit einem gleichbleibenden radialen Abstand um die Rotationsachse Y auf einer kreisförmigen Umlaufbahn U. Aus der Überlagerung der Drehbewegungen des Rotors hinged and moves with a constant radial distance about the rotational axis Y on a circular orbit U. The superposition of the rotational movements of the rotor 10 10 um seine Rotationsachse Y und seiner gleichzeitigen Drehbewegung um die ortsfeste Drehimpulsachse X des Strömungskonverters around its rotation axis Y, and its simultaneous rotation about the stationary spin axis X of the flow converter 1 1 ergeben sich an der ortsfesten Drehimpulsachse X einander tangierende Umlaufkurven der Wendeflügel result on the stationary spin axis X tangential to each other rotary loci of the turning wings 2 2 jeweils als schlaufenförmige Hypozykloiden each as a loop-shaped hypocycloid 114 114 . , Um eine Kollision der Wendeflügel A collision of turning vanes 2 2 zu vermeiden, sind sie jeweils mit einem Versatz zueinander an die Planetenräder to avoid, they are each provided with an offset to one another on the planetary gears 111 111 angelenkt. hinged.
  • 20 20 zeigt eine kleine Windturbine shows a small wind turbine 18 18 , bei der eine Nabe In which a hub 103 103 konzentrisch und koaxial zu der ortsfesten Drehimpulsachse X angeordnet und an einen zentralen Mast arranged concentrically and coaxially to the stationary spin axis X and a central mast 153 153 angelenkt ist. is hinged. Zwei starr mit dem Mast Two rigidly connected to the mast 153 153 verbundene Sonnenräder connected sun gears 110 110 bilden das Zentrum eines oberen und unteren Planetengetriebes form the center of an upper and lower planetary gear 11 11 , bei dem jeweils drei Planetenräder Wherein the three planetary gears 111 111 , über einen oberen und einen unteren, sternförmig ausgebildeten Planetenträger , Via an upper and a lower star-shaped planet carrier 113 113 über die Nabe on the hub 103 103 , an die Drehimpulsachse X angelengt sind. , Are concentrated angel to the spin axis X. Die Drehachsen der Planetenräder The axes of rotation of the planet gears 111 111 bilden die Rotationsachsen Y für jeweils einen Wendeflügel form the axes of rotation Y represents in each case a turning wing 2 2 , der aus einem ersten Flügelsegment I und einem zweiten Flügelsegment II aufgebaut ist und dessen Druckpunktlinie , Which is constructed from a first wing segment I and a second wing segment II and its pressure point line 21 21 sich über eine Höhe h zwischen einem unteren Endpunkt over a height h between a lower end point E1 E1 und einem oberen Endpunkt and an upper end point E2 E2 erstreckt. extends. Die Wendeflügel rotieren jeweils auf einer kreisförmigen Umlaufbahn U um ihre Rotationsachsen Y, an die sie mittels von radialen Tragarmen The turning vanes each rotate on a circular orbit U about their axes of rotation Y, the means of radial support arms they 102 102 angelenkt sind. are hinged. Während dieser ersten Rotationsbewegung mit Drehrichtung R drehen sich die Planetenräder During this initial rotational movement with rotational direction R, the planet gears rotate 111 111 um die Drehimpulsachse X, sodass aus der Überlagerung der Drehbewegungen jeder Wendeflügel the spin axis X so that the superimposition of the rotational movements each turn wings 2 2 auf einer Umlaufkurve in Form einer Epizykloide in an orbital curve in the form of an epicycloid 115 115 läuft. running. Die Überlagerung der beiden Drehbewegungen wird in The superposition of the two rotary movements in 21 21 weiter erläutert. further explained.
  • 21 21 zeigt die Windturbine shows the wind turbine 18 18 nach after 20 20 in einem Horizontalschnitt mit Darstellung der einander überlagernden Umlaufkurven der Wendeflügel in a horizontal section showing the superposed rotary loci of the turning wings 2 2 jeweils als Epizykloiden respectively as epicycloids 115 115 und des Planetengetriebes and the planetary gear 11 11 mit einem zentralen, feststehenden Sonnenrad with a central, stationary sun 110 110 und drei Planetenrädern and three planet gears 111 111 , an deren Rotationachse Y jeweils ein Wendeflügel , At the rotation axis Y in each case a turning wing 2 2 angelenkt ist. is hinged.
  • 22 22 zeigt vier Module eines Gezeitenkraftwerks, das für eine periodisch wechselnde Richtung der Strömung F ausgelegt ist und vier Wasserturbinen shows four modules of a tidal power plant, which is adapted for periodically changing the direction of flow F and four water turbines 17 17 mit einer horizontalen Rotationsachse Y und einer parallel versetzten Drehimpulsachse X aufweist. having a horizontal rotation axis Y and a displaced parallel spin axis X. Jede Wasserturbine Each water turbine 17 17 besteht aus drei Wendeflügeln consists of three wings turning 2 2 , die jeweils an ihren Endpunkten , Each at their end points E1 E1 ,E2 mit einer kreisförmigen Scheibe des Rotors , E2 with a circular disk of the rotor 10 10 verbunden sind. are connected. Diese Rotorscheibe rotiert um die Achse Y und durchläuft dabei durch ihre gleichzeitige Rotation um die ortsfeste Drehimpulsachse X eine periodisch wechselnden Hub- und Senkbewegung. This rotor disk rotates about the axis Y and runs through by its simultaneous rotation about the fixed spin axis X a periodically alternating lifting and lowering movement. Wird das erste Flügelsegment I dabei zur Drehimpulsachse X hingezogen, wird dadurch die Anströmung des ersten Flügelsegments I so beeinflusst, dass große tangentiale Antriebskräfte entstehen. If the first wing segment I in to the spin axis X attracted by the flow of the first wing segment I is influenced so that large tangential drive forces. Entfernt sich dagegen das zweite Flügelsegment II von der Drehimpulsachse X, wird auch hier die Anströmung so beeinflusst, dass große tangentiale Antriebskräfte an dem Flügelsegment II entstehen. Away, however, the second wing segment II of the angular momentum axis X inflow is also influenced so that large tangential driving forces arise on the wing segment II. Die Drehimpulsachse X und die Rotationsachse Y sind untereinander durch ein Planetengetriebe The spin axis X and the axis Y are interconnected by a planetary gear 11 11 verbunden, das in seinem Aufbau dem in den connected, which in its construction to the in 13 13 - - 15 15 beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht. Embodiment described corresponds.
  • 23 23 zeigt ein Modul des Gezeitenkraftwerks nach shows a module of the tidal power plant according to 22 22 in einer Explosionsisometrie mit Darstellung der sich entlang einer Druckpunktlinie in a Exploded isometric view showing the pressure point along a line 21 21 in Form einer Geraden in the form of a straight line 210 210 zwischen den Endpunkten between the end points E1 E1 ,E2 erstreckenden Wendeflügel , E2 extending turning wings 2 2 , deren Saugseite an dem mittleren Wendepunkt W von der Außenseite der Umlaufbahn U an dem zweiten Flügelsegment II auf die Innenseite der Umlaufbahn U wechselt. Whose suction side at the central turning point W U to the second wing segment II changes from the outside of the orbit on the inner side of the orbit U. Die isometrische Explosionsdarstellung zeigt die Drehscheibe des Rotors The isometric exploded view showing the hub of the rotor 10 10 , das Planetengetriebe , The planetary gear 11 11 und den Generator and the generator 14 14 . , Während die Drehscheibe um die Achse Y dreht, sind das Planetengetriebe While the turntable rotates about the axis Y, the planetary gear are 11 11 und der Generator and the generator 14 14 der Drehimpulsachse X zugeordnet. the spin axis X associated. Da sich die aus der Anströmung und der Umlaufgeschwindigkeit resultierenden Sogkräfte an einem Wendeflügel Since the results from the flow and the rotational speed of suction forces at a turning wing 2 2 vollständig kompensieren, minimiert sich der Umlaufwiderstand des Rotors fully compensate for, the circulation resistance of the rotor minimizes 10 10 . , Die Wasserturbine The water turbine 17 17 ist an einem Gehäuse aus Stahlbeton angelenkt. is hinged to a housing made of reinforced concrete.
  • 24 24 zeigt einen Strömungskonverter shows a flow converter 1 1 als Windturbine as a wind turbine 18 18 , deren Rotor Whose rotor 10 10 eine vertikale Rotationsachse Y hat, die mit der ortsfesten Drehimpulsachse X zusammenfällt. has a vertical rotation axis Y which coincides with the stationary pivot axis X pulse. Drei aus einem ersten Flügelsegment I und einem zweiten Flügelsegment II aufgebaute Wendeflügel Three constructed from a first wing segment I and a second wing segment II turning wings 2 2 werden durch radiale, mit einem Winkel von 120° regelmäßig voneinander beabstandete Tragarme are radial, with an angle of 120 ° regularly spaced-apart support arms 102 102 , die als Auftrieb erzeugende Rotorblätter That generating a buoyant rotor blades 105 105 ausgebildet sind, auf ihrer Umlaufbahn U um die Rotationsachse Y gehalten. are formed, held in its orbit around the rotation axis U Y. Die Rotorblätter the rotor blades 105 105 sind jeweils an den Wendepunkten W biegesteif mit den Wendeflügeln are each at the turning points W rigid with the turning wings 2 2 verbunden, während sie über ein Nabengelenk joined while a hub joint 104 104 mit einer tangential ausgerichteten Schwenkachse Z an die Nabe with a tangentially directed pivot axis Z to the hub 103 103 , die auch das Gehäuse des Generators That also the housing of the generator 14 14 bildet, angelenkt sind. forms, are articulated. Wie in Fig. 25 und 26 näher erläutert, sind Steuerelemente As shown in Fig. 25 and 26 described in greater detail, are controls 12 12 zur Einstellung des Schwenkwinkels λ vorgesehen, die aus einem Zylinder λ provided for adjusting the pivot angle, consisting of a cylinder 120 120 oder aus einem oder mehreren von der Firma Festo entwickelten hydraulischen Muskeln bestehen. or of one or more developed by the company Festo hydraulic muscles are made. Ein selbsttätiger oder gesteuerter Steig- und Sinkflug der an der Nabe An automatic or controlled climb and descent of the to the hub 103 103 gefesselten Rotorblätter chained blades 105 105 bewirkt, wie in den causes, as in the 27 27 und and 28 28 näher erläutert, eine aus der Umlaufgeschwindigkeit b und einer radialen Schubgeschwindigkeit c zusammengesetzte Rotationsbewegung mit Drehrichtung R, die den Anströmwinkel δ beeinflusst. explained in more detail, one of the rotational speed B and a radial shear velocity c composite rotational movement with rotational direction R, the δ affects the angle of attack.
  • 25 25 zeigt den Steigflug der gefesselten Rotorblätter shows the ascent of chained blades 105 105 , der an den Flügelsegmenten I,II jeweils mit entgegengesetzter Schubrichtung K wirkt. Acting on the wing segments I, II respectively with opposite thrust direction K. Die Rotorblätter the rotor blades 105 105 sind an dem mittleren Wendepunkt W biegesteif mit dem Wendeflügels are at the central turning point W rigid with the turning vane 2 2 verbunden und an ihrem nabenseitigen Ende über ein Nabengelenk connected at their hub-side end, via a hinge hub 104 104 mit einer tangential ausgerichteten Schwenkachse Z an die Nabe with a tangentially directed pivot axis Z to the hub 103 103 angelenkt. hinged. Der Schwenkbereich der Rotorblätter The swivel range of the rotor blades 105 105 wird durch den Schwenkwinkel λ gegenüber der vereinigten Drehimpuls- und Rotationsachse X,Y definiert. is defined by the pivot angle λ relative to the combined angular momentum and the axis of rotation X, Y. Für den dargestellten Steigflug des Rotorblatts For the illustrated climb of the rotor blade 105 105 ist jeweils die Schubrichtung K für das Flügelsegment I und das Flügelsegment II der Wendeflügel In each case the thrust direction K for the wing segment I and segment II wings of the turning wings 2 2 sowie auch für das Rotorblatt as well as for the rotor blade 105 105 selbst dargestellt. presented itself. Das als Zylinder The cylinder as 120 120 ausgebildete Steuerelement trained control 12 12 unterstützt den Steigflug der Rotorblätter supports the climb of the rotor blades 105 105 . , Dabei beeinflusst die entgegen der Steigrichtung wirkende Schubgeschwindigkeit c mit Schubrichtung K den Anströmwinkel δ der Rotorblätter Here, the pushing speed c opposite to the direction of rise acting influenced by the thrust direction K the angle of attack of the rotor blades δ 105 105 negativ, sodass aus der Auftriebskraft L und der Sogkraft S eine verzögernd (-) wirkende Kraft resultiert. negative, so that a retarding of the lift force L and the suction force S (-) resulting force acting.
  • 26 26 zeigt den Sinkflug der gefesselten Rotorblätter shows the descent of the bound rotor blades 105 105 , der an den Flügelsegmenten I,II jeweils mit entgegengesetzter Schubrichtung K wirkt. Acting on the wing segments I, II respectively with opposite thrust direction K. Der durch den Schwenkwinkel λ begrenzte Sinkflug der Rotorblätter The λ by the swivel angle limited descent of the rotor blades 105 105 beeinflusst den Anströmwinkel δ der Anströmgeschwindigkeit d positiv, sodass aus der von einem Rotorblatt affects the angle of incidence δ of the flow velocity d is positive, so that from that of a rotor blade 105 105 bewirkten Auftriebskraft L und der Sogkraft S eine tangentiale Antriebskraft P resultiert. effected lifting force L and the suction force S results in a tangential driving force P. Der Steig- und Sinkflug der Rotorblätter The climb and descent of the rotor blades 105 105 , die als radiale Tragarme That as a radial support arms 102 102 die Wendeflügel the turn wings 2 2 mit der Nabe with the hub 103 103 verbinden, kann selbsttätig oder gesteuert erfolgen, wobei ein Steuerelement join, may be automatic or controlled, and a control 12 12 zB aus einem Zylinder for example, from a cylinder 120 120 besteht. consists. Flügelklappen wing flaps 121 121 an den Wendeflügeln at the turning wings 2 2 , wie auch in As well as in 25 25 gezeigt, dienen der Drehzahlsteuerung des Rotors shown are the rotational speed control of the rotor 10 10 . ,
  • 27 27 zeigt in den Horizontalschnitten DD und D'-D' die aerodynamische Wirkung des in shows in the horizontal sections DD and D'-D ', the aerodynamic effect of the in 28 28 in dem Schnitt EE für das erste Flügelsegment I und E'-E' für das zweite Flügelsegment II dargestellten Steigfluges der Rotorblätter II in the section EE of the first wing segment I and E'-E 'for the second wing segment climb of the rotor blades illustrated 105 105 , jeweils in acht exemplarischen Positionen auf der Umlaufbahn U um die Rotationsachse Y, die hier mit der ortsfesten Drehimpulsachse X zusammenfällt. , Each in eight exemplary positions on the orbit U about the rotation axis Y, which here coincides with the stationary pivot axis X pulse. In dem Schnitt DD ist das erste Flügelsegmente I und in dem Schnitt D'-D' das zweite Flügelsegment II dargestellt. In the section D-D is the first wing segments I and illustrated in the sectional D'-D ', the second wing segment II. Beide Horizontalschnitte zeigen, wie in Fig. 25 näher erläutert, den Steigflug des hier nicht dargestellten Rotorblattes Both show horizontal sections, as explained in more detail in FIG. 25, the climb of the rotor blade, not shown here 105 105 . , Während des Steigfluges wird der Anströmwinkel δ sowohl in dem luvseitigen Sektor als auch dem leeseitigen Sektor der Umlaufbahn U des ersten und des zweiten Flügelsegments I,II eines Wendeflügels During the climb angle of attack of the II is δ both in the windward-side sector and the sector of the leeward-side circulation path U of the first and second wing segment I, a turning vane 2 2 so günstig beeinflusst, dass beide Flügelsegmente I,II in jedem Umlaufsektor antreibend (+) wirken. as low influenced that both wing segments I, II drivingly each revolution sector (+) act. Dabei ist die tangentiale Antriebskraft P des ersten Flügelsegments I in dem leeseitigen Umlaufsektor besonders groß, während die tangentiale Antriebskraft P des zweiten Flügelsegments II im luvseitigen Sektor der Umlaufbahn U besonders groß ist. The tangential driving force P of the first wing segment I in the leeward-side circulation sector is particularly large while the tangential driving force P of the second wing segment II in the upwind sector orbit U is particularly large. Exemplarisch für die acht dargestellten Positionen des ersten Flügelsegments I und des zweiten Flügelsegments II sind in einer Position jeweils die Strömungsgeschwindigkeiten a, die Umlaufgeschwindigkeit b, die radiale Schubgeschwindigkeit c und die resultierende Anströmgeschwindigkeit d mit Anströmwinkel δ, sowie die Auftriebskraft L, die Sogkraft S und die tangentiale Antriebskraft P, als Vektoren dargestellt. Exemplary of the eight positions shown of the first wing segment I and the second wing segment II are in a position respectively, the flow rates a, the peripheral speed b, the radial thrust speed c and δ the resulting inflow velocity d with angle of attack and the lift force L, the suction force S and the tangential driving force P, represented as vectors.
  • 28 28 zeigt in den Horizontalschnitten EE und E'-E' die aerodynamische Wirkung des in shows in the horizontal sections EE and E 'E', the aerodynamic effect of the in 26 26 dargestellten Sinkflugs der Rotorblätter Descent of the rotor blades illustrated 105 105 . , Der Sinkflug bewirkt an den Flügelsegmenten I,II des Wendeflügels The descent causes the wing segments I, II of the turning vane 2 2 eine Schubrichtung K, die sich mit einer radialen Schubgeschwindigkeit c in jedem Sektor der Umlaufbahn U an den Flügelsegmenten I,II verzögernd (-) auswirkt, wobei die in Drehrichtung R verzögernd (-) wirkenden Kräfte wesentlich geringer sind, als die in a thrust direction K, which with a radial thrust velocity c in each sector of the circulation path U of the vane segments I, II delaying - effect, wherein the delaying in the rotational direction R () (-) forces are significantly lower than those in 27 27 verzeichneten tangentialen Antriebskräfte P. Der in recorded tangential driving forces P. The in 26 26 dargestellte Sinkflug erzeugt jedoch an den Rotorblättern However descent shown generates on the rotor blades 105 105 ebenfalls tangentiale Antriebskräfte P, die die in also tangential drive forces P, which in the 28 28 dargestellten, verzögernd (-) wirkenden Kräfte überwiegen. illustrated, delaying (-) forces predominate.
  • 29 29 zeigt einen Strömungskonverter shows a flow converter 1 1 als Windturbine as a wind turbine 18 18 , bei der die Rotationsachse Y des Rotors In which the rotation axis Y of the rotor 10 10 über ein Kardangelenk via a universal joint 108 108 mit der ortsfesten Drehimpulsachse X des Strömungskonverters with the fixed spin axis X of the flow converter 1 1 verbunden ist. connected is. Das Kardangelenk the universal joint 108 108 ist im Schwerpunkt des Rotors is the center of gravity of the rotor 10 10 , der als Kreisel Which as a centrifugal 107 107 ausgebildet ist, angeordnet. is formed is arranged. Der Kreisel 107 besteht aus einem Speichenrad The gyroscope 107 consists of a spoked 100 100 , dessen äußerer Druckring von einem Ringflügel Whose outer pressure ring of a ring-wing 101 101 als Schwungmasse gebildet wird. is formed as a flywheel. An ihrem mittleren Wendepunkt W sind insgesamt sechs radial gleichmäßig voneinander beabstandete Wendeflügel At its central turning point W are a total of six radially equally spaced turning vanes 2 2 mit dem Speichenrad with the spoked 100 100 verbunden, dessen Speichen von Rotorblättern connected to the spokes of rotor blades 105 105 gebildet werden. are formed. Die Wirkung der Rotorblätter The effect of the rotor blades 105 105 entspricht dem in corresponds to the in 25 25 - - 26 26 erläuterten Ausführungsbeispiel. illustrated embodiment. Druckpunktlinie Pressure point line 21 21 der Wendeflügel the turning vanes 2 2 erstreckt sich jeweils von dem unteren Endpunkt in each case extends from the lower end point E1 E1 bis zu dem oberen Endpunkt to the upper end point E2 E2 über eine Höhe h, wobei die Saugseite in dem ersten Flügelsegment I an dem mittleren Wendepunkt W von der Außenseite an dem zweiten Flügelsegment II auf die Innenseite der Umlaufbahn U wechselt. over a height h, wherein the suction side in the first wing segment I at the central turning point W on the inside of the orbit U changes from the outside of the second wing segment II. An einem kräftefreien, gefesselten Kreisel At a force-free, tethered roundabout 107 107 kommt es zu einer regelmäßigen Kippbewegung, die als Nutation oder auch als reguläre Präzession bezeichnet wird. If there is a regular tilting movement, which is known as nutation or as a regular precession. Das Verkippen des Rotors The tilting of the rotor 10 10 führt an den Flügelsegmenten I,II eines Wendeflügels leads to the wing segments I, II a turning wing 2 2 und an den als Speichen ausgebildeten Rotorblättern and on the rotor blades designed as spokes 105 105 , wie in den As in the 24 24 bis to 28 28 in den Schnitten DD, D'-D' und EE, E'-E' erläutert, zu einem Schub mit Schubrichtung K und einer Schubgeschwindigkeit c, der sich positiv auf den Anströmwinkel δ der Flügelsegmente I,II und der Rotorblätter 'And EE E'-E' described in the sections DD, D'-D, to a thrust with the thrust direction K and a shearing rate c, the positive δ on the angle of attack of the wing segments I, II and of the rotor blades 105 105 auswirkt. effect. Der Generator the generator 14 14 ist der ortsfesten Drehimpulsachse X zugeordnet und sitzt auf einem Mast the stationary spin axis X is associated with and is located on a mast 153 153 , der das Tragwerk That the structure 15 15 des Strömungskonverters bildet. forms of the flow converter. Die Nutation des Kreisels The nutation of gyro 107 107 kann durch nicht näher dargestellte, pneumatische oder hydraulische Steuerelemente angeregt werden. not shown in detail, pneumatic or hydraulic controls are excited by.
  • 30 30 zeigt die Windturbine shows the wind turbine 18 18 nach after 29 29 in einer Schnittansicht mit einem um den Schwenkwinkel λ gegenüber der Drehimpulsachse X verkippten Rotor in a sectional view with a swing angle around the λ with respect to the spin axis X tilted rotor 10 10 mit Angabe der in indicating the in 27 27 - - 28 28 dargestellten Schnitte DD, EE und D'-D', E'-E'. Sections DD, EE and D'-D 'shown, E' E '.
  • 31 31 zeigt eine kleine Windturbine shows a small wind turbine 18 18 mit einer horizontalen Rotationsachse Y als Luv-Läufer, die über ein Azimutlager with a horizontal rotation axis Y than the upwind rotor, via a yaw bearing 16 16 mit Drehachse O an einen Mast with the rotation axis O to a mast 153 153 angelenkt ist und sich selbsttätig zur Strömung F ausrichtet, in einer leeseitigen Perspektive. is hinged and aligns automatically to the flow F, in a downwind perspective. Der Rotor the rotor 10 10 der kleinen Windturbine the small wind turbine 18 18 weist ein Speichenrad has a spoked 100 100 auf, bei dem zwölf, als Zugglieder ausgebildete Speichen, einen Ringflügel on, in which twelve designed as tension members spokes, an annular wing 101 101 , der den äußeren Druckring des Speichenrads , Of the outer pressure ring of the spoked 100 100 bildet, mit einer Nabe forms, with a hub 103 103 , die den Generator That the generator 14 14 aufnimmt, verspannen. receives brace. Die Windturbine The wind turbine 18 18 wird von insgesamt zwölf Wendeflügeln is of twelve turning wings 2 2 angetrieben, die mit einem radialen Abstand auf der Außenseite eines Ringflügels driven with a radial distance on the outside of a ring-wing 101 101 , der den äußeren Druckring eines Speichenrads , Of the outer pressure ring a spoke 100 100 bildet, angeordnet. is arranged. Die Druckpunktlinie The pressure point line 21 21 eines Wendeflügels a turning wing 2 2 erstreckt sich mit einem Neigungswinkel α über eine Höhe h zwischen den Endpunkten extends α with an angle of inclination over a height h between the end points E1 E1 , . E2 E2 von Luv nach Lee und definiert eine Rotationsfläche of windward to leeward and defines a surface of revolution 13 13 als Umlaufbahn U, die als Zylinderfläche as orbit U, as the cylinder surface 130 130 ausgebildet ist. is trained. Jeweils an dem mittleren Wendepunkt W wechselt die Saugseite des ersten Flügelsegments I von der Außenseite der Umlaufbahn U an dem Flügelsegment II auf die Innenseite der Umlaufbahn U. In each case at the central turning point W enters the suction side of the first wing segment I from the outside of the circulation path U of the wing segment II on the inside of the orbit U.
  • 32 32 zeigt einen perspektivischen Detailschnitt durch den Rotor shows a perspective detail section through the rotor 10 10 der Windturbine the wind turbine 18 18 nach after 31 31 mit Darstellung des strömungsdynamischen Zusammenwirkens des Ringflügels showing the fluid dynamic interaction of the ring wing 101 101 und eines Wendeflügels and a turning wing 2 2 . , Der Ringflügel The annular wing 101 101 hat ein asymmetrisches Flügelprofil has an asymmetric wing profile 20 20 , dessen Profilsehne q sich von einer luvseitigen Flügelnase Whose chord q from a windward wing leading edge 200 200 bis zu einer leeseitigen Flügelhinterkante to a leeward trailing edge 201 201 erstreckt und ist dazu ausgebildet, die Strömung F an dem luvseitigen ersten Flügelsegment I nach außen von der Rotationsachse Y des Rotors and being adapted to the flow F to the windward first wing segment I outwardly from the rotation axis Y of the rotor 10 10 weg und an dem leeseitigen zweiten Flügelsegment II nach innen zu der Rotationsachse Y hin zu lenken. to draw off and on the leeward second wing segment II inwardly toward the rotational axis Y back.
  • 33 33 zeigt die kleine Windturbine shows the small wind turbine 18 18 nach after 31 31 und and 32 32 in einer luvseitigen Ansicht mit exemplarischer Darstellung der tangentialen Antriebskräfte P, die jeweils von den Flügelsegmenten I,II eines Wendeflügels in a windward-side view of exemplary representation of the tangential drive forces P, each of the wing segments I, II a turning wing 2 2 bewirkt werden. be effected. Die in In the 32 32 dargestellte Umlenkung der Strömung F erzeugt an dem ersten Flügelsegment I eine nach außen gerichtete Sogkraft S mit einer tangentialen Antriebskraft P und an dem zweiten Flügelsegment II eine nach innen gerichtete Sogkraft S mit einer tangentialen Antriebskraft P, jeweils als Komponenten der Auftriebskräfte L, sodass sich die von den Flügelsegmenten I,II bewirkten Sogkräfte S gegenseitig kompensieren. Diversion of the flow F shown generates an outward suction force S with a tangential driving force P and the second wing segment II an inwardly directed suction force S with a tangential driving force P, respectively as components of the lift forces L to the first wing segment I so that the of the wing segments I, II suction forces caused S compensate each other. Bei diesem Strömungskonverter In this flow converter 1 1 mit einem Durchmesser von 2,5 m fallen die Drehimpulsachse X und die Rotationsachse Y in einer horizontalen Achse zusammen, wobei der Läuferring mit der Nabe with a diameter of 2.5 m drop the spin axis X and the axis Y in a horizontal axis together with the rotor ring with the hub 103 103 und der Statorring des Generators and the stator of the generator 14 14 mit dem Mast with the mast 153 153 verbunden sind. are connected.
  • 34 34 zeigt eine große Windturbine shows a large wind turbine 18 18 mit einem Durchmesser von 250m in einer luvseitigen Perspektive. having a diameter of 250m in a windward perspective. Die Windturbine The wind turbine 18 18 entspricht in ihrer aerodynamischen Wirkung dem in corresponds in its aerodynamic effect in the 30 30 - - 32 32 erläuterten Ausführungsbeispiel, wobei der Rotor illustrated embodiment, the rotor 10 10 nicht nur von den zwölf Wendeflügeln not only of the twelve turning wings 2 2 auf der Außenseite des Speichenrads on the outside of the spoke 100 100 , sondern auch von zwölf, als Rotorblätter But also of twelve when rotor blades 105 105 ausgebildeten Speichen des Speichenrads formed spokes of the spoked 100 100 angetrieben wird. is driven. Die Rotorblätter 105 sind in sich verwunden und weisen ein an die jeweilige Umlaufgeschwindigkeit angepasstes, asymmetrisches Flügelprofil The rotor blades 105 are twisted in themselves and have a customized to the particular rotational speed, asymmetrical wing profile 20 20 auf und verbinden als zugbeanspruchte Speichen den Ringflügel and connect the spokes under tensile stress the ring-wing 101 101 mit der Nabe with the hub 103 103 . , Das Azimutlager The yaw bearing 16 16 mit Drehachse O an der Basis des verzweigten Masts with the rotational axis O at the base of the mast branched 153 153 dient der selbsttätigen Ausrichtung der Windturbine serves the automatic alignment of the wind turbine 18 18 zur Strömung F. to the flow F.
  • 35 35 zeigt einen Detailschnitt durch den Ringflügel shows a detail section through the ring-wing 101 101 der Windturbine the wind turbine 18 18 nach after 34 34 mit Darstellung der laminaren Umströmung des Ringflügels showing the laminar flow around the ring-wing 101 101 . , Der Ringflügel The annular wing 101 101 weist im Querschnitt ein gedrungenes asymmetrisches Flügelprofil in cross section has an asymmetric airfoil permeated 20 20 auf, dessen Profilsehne q sich parallel zu der Rotationsachse Y des Rotors on whose chord q parallel to the rotation axis Y of the rotor 10 10 von der Flügelnase of the wing leading edge 200 200 bis zur Flügelhinterkante up to the trailing edge 201 201 erstreckt. extends. Die laminare Umströmung des Ringflügels The laminar flow around the ring-wing 101 101 bewirkt an den Flügelsegmenten I,II des sich zwischen den Endpunkten causes to the wing segments I, II between the end points E1 E1 ,E2 von Luv nach Lee erstreckenden Wendeflügels , E2 extending from windward to leeward wing turning 2 2 , tangentiale Antriebskräfte P, die in Tangential drive forces P in 36 36 dargestellt sind. are shown.
  • 36 36 zeigt einen vertikalen Detailschnitt durch den Ringflügel shows a vertical sectional detail through the ring-wing 101 101 der Windturbine the wind turbine 18 18 , nach , after 34 34 und and 35 35 , der senkrecht zu der Druckpunktlinie Which perpendicular to the printing dot line 21 21 des Wendeflügels the turning wing 2 2 verläuft. runs. Beträgt die Umlaufgeschwindigkeit das etwa Vierfache der Strömungsgeschwindigkeit, resultiert daraus eine Anströmgeschwindigkeit d, die mit einem Anströmwinkel δ auf das luvseitige Flügelsegment I und auf das leeseitige Flügelsegment II des Wendeflügels Is the rotational speed, the approximately four times the flow rate, this results in a flow velocity d, the δ with a flow angle to the windward wing segment I and on the leeward wing segment II of the turning vane 2 2 trifft und jeweils eine Auftriebskraft L bewirkt, bei der die tangentialen Antriebskräfte P in Drehrichtung R des Rotors scored and each causes a lift force L in which the driving tangential forces P in the rotational direction R of the rotor 10 10 wirken und die resultierenden Sogkräfte S einander gegenseitig kompensieren. act and compensate for the resultant suction forces S mutually. Beim Anlaufen des Rotors The starting of the rotor 10 10 entstehen aus der starken Umlenkung der Strömung F an dem Ringflügel arising from the strong deflection of the flow F to the ring-wing 101 101 große tangentiale Antriebskräfte P, während sich der Anströmwinkel δ mit wachsender Umlaufgeschwindigkeit des Rotors large tangential drive forces P, while the angle of attack of δ with increasing rotational speed of the rotor 10 10 zunehmend abflacht, wobei der Ringflügel progressively flattens, wherein the ring-wing 101 101 senkrecht zu der Druckpunktlinie perpendicular to the printing dot line 21 21 des Wendeflügels the turning wing 2 2 diagonal überströmt wird. diagonal is overflowed.
  • 37 37 zeigt einen Strömungskonverter shows a flow converter 1 1 , der als Windturbine Which as a wind turbine 18 18 eine vereinigte Drehimpuls- und Rotationsachse X,Y hat und sich an dem Azimutlager a combined angular momentum and the axis of rotation X, Y and has at the yaw bearing 16 16 um die vertikale Drehachse O selbsttätig zur Strömung F ausrichtet. about the vertical axis of rotation O aligns automatically to the flow F. Der Rotor the rotor 10 10 ist als Speichenrad is as a spoked 100 100 ausgebildet, das mittels von 12 Speichen mit einer den Generator formed, which by means of spokes 12 with the generator 14 14 aufnehmenden Nabe female hub 103 103 verbunden ist. connected is. Der Druckring des Speichenrads The compression ring of the spoked 100 100 weist eine Gitterschale has a grating shell 151 151 auf, die von einer Mehrzahl von Wendeflügeln on which of a plurality of turning vanes 2 2 gebildet wird, deren Druckpunktlinien is formed, the pressure of dot lines 21 21 auf der Oberfläche einer als Ringtorus on the surface of an as Ringtorus 133 133 ausgebildeten Rotationsfläche formed surface of revolution 13 13 zu einem Netz to a network 213 213 verbunden sind. are connected. Dabei überkreuzen sich die Druckpunktlinien Here, the pressure point lines intersect 21 21 einer ersten Schar von Wendeflügeln a first group of turning vanes 2 2 , die sich mit einem tangentialen Neigungswinkel α von Endpunkten Extending with a tangential angle of inclination α of endpoints E1 E1 auf dem inneren Scheitel des Ringtorus on the inner vertex of the Ringtorus 133 133 über eine Höhe h zu den Endpunkten over a height h on Endpoints E2 E2 auf dem äußeren Scheitel des Ringtorus on the outer apex of the Ringtorus 133 133 erstrecken, mit den Druckpunktlinien extend, with the printing dot lines 21 21 einer zweiten Schar von Wendeflügeln a second group of turning vanes 2 2 , die sich mit einem gegensinnigen tangentialen Neigungswinkel α' ebenfalls von Endpunkten Dealing with a opposing tangential inclination angle α also 'endpoints E1 E1 auf der inneren Scheitellinie des Ringtorus über die Höhe h bis zu den Endpunkten on the inner apex line of Ringtorus over the height h up to the end points E2 E2 auf der äußeren Scheitellinie des Ringtorus on the outer apex line of the Ringtorus 133 133 erstrecken. extend. Eine Mehrzahl von Knotenpunkten A plurality of nodes E1 E1 und eine Mehrzahl von Knotenpunkten and a plurality of nodes E2 E2 verbinden die luvseitige mit der leeseitigen Hälfte des Ringtorus connecting the windward to the leeward half of Ringtorus 133 133 , wobei die Druckpunktlinien Wherein the print dot lines 21 21 der einzelnen Wendeflügel of each turning vane 2 2 jeweils zu Endlosschleifen each infinite loops 212 212 zusammengeschlossen werden. be together. An einer Mehrzahl von mittleren Wendepunkten W, wie in Fig. 38 näher erläutert, wechselt die Saugseite des ersten Flügelsegments I eines Wendflügels At a plurality of central turning points W, as explained in more detail in Fig. 38, enters the suction side of the first wing segment I of a wing Wend 2 2 von der Außenseite an dem zweiten Flügelsegment II auf die Innenseite der Umlaufbahn U, die von dem Ringtorus from the outside of the second wing segment II on the inside of the orbit U, of the Ringtorus 133 133 definiert wird. is defined. Die in der Strömung F rotative Wirkung der untereinander zu einer biege-, schub- und torsionssteifen Gitterschale The rotative in the flow F effect of one another to a bending, shear and torsion gridshell 151 151 verbundenen Wendeflügel related turning wings 2 2 mit einer tangentialen Antriebskraft P an dem ersten Flügelsegment I und an dem zweiten Flügelsegment II jedes einzelnen Wendeflügels with a tangential driving force P to the first wing segment I and segment II the second wing of each turning vane 2 2 beruht in der luvseitigen Hälfte der Gitterschale resides in the windward-side half of the grating shell 151 151 auf einer Umlenkung der Strömung F, für die die Gitterschale on a deflection of the flow F to which the lattice shell 151 151 einen Widerstand darstellt, dem sie sowohl an der Außenseite als auch an der Innenseite der Gitterschale ausweicht. represents a resistance, which it avoids both on the outside and on the inside of the grating dish. Die damit verbundene Richtungsänderung der Strömung F beeinflusst den Anströmwinkel δ der Flügelsegmente I,II in der luvseitigen Hälfte der Gitterschale so, dass daraus an den Flügelsegmenten I,II eine tangentiale Antriebskraft P bewirkt wird. The associated change in direction of the flow F affects the angle of incidence δ of the wing segments I, II in the windward-side half of the grating shell so that it into a tangential driving force P is effected at the wing segments I, II. Da die Gitterschale Since the lattice shell 151 151 von der Strömung F aber auch durchströmt wird, erzeugt die leeseitige Hälfte der Gitterschale but also flows through the flow F, generates the leeward half the grating shell 151 151 ebenfalls an beiden Flügelsegmenten I,II eines Wendeflügels also at both wing segments I, II a turning wing 2 2 eine tangentiale Antriebskraft P. Alternativ zu der hier gezeigten Ausführung, bei der die von den Wendeflügeln a tangential driving force P. As an alternative to the embodiment shown here, in which the wings of the turning 2 2 gebildete Gitterschale Gridshell formed 151 151 selbsttragend ausgebildet ist, kann ein Stahlrohrring innerhalb der Gitterschale is self-supporting, a tubular steel ring within the lattice shell 151 151 angeordnet werden, der mit einem Durchmesser von 2-3 m dem Radius der Gitterschale are arranged, which with a diameter of 2-3 m the radius of the grating shell 151 151 folgt und als Druckring des Speichenrads follows and as a pressure ring of the spoked 100 100 die allseitig umgebende Gitterschale the sides surrounding gridshell 151 151 trägt. wearing. Die Windturbine The wind turbine 18 18 mit einem Durchmesser des Rotors with a diameter of the rotor 10 10 von 250 m lässt eine Leistung von mehr als 15 MW erwarten. 250 meters promises a capacity of over 15 MW.
  • 38 38 zeigt die Windturbine shows the wind turbine 18 18 nach after 37 37 in einer luvseitigen Ansicht und in einem schematischen Querschnitt durch den, als Gitterschale in a windward-side view and in a schematic cross section through the as gridshell 151 151 ausgebildeten Druckring des Speichenrads pressure ring formed of the spoked 100 100 . , Die Gitterschale The gridshell 151 151 ist aus einer luvseitigen und einer leeseitigen Halbschale aufgebaut. is constructed from a windward and leeward of a half-shell. Dabei bilden die Druckpunktlinien Here are the pressure point lines 21 21 einer Mehrzahl von Wendeflügeln a plurality of turning vanes 2 2 ein Netz a net 213 213 auf der Oberfläche der als Ringtorus on the surface of the Ringtorus 133 133 ausgebildeten Rotationsfläche formed surface of revolution 13 13 . , Jeweils an innenseitigen Endpunkten Each of the inside end points E1 E1 und an außenseitigen Endpunkten and outboard endpoints E2 E2 sind die Wendeflügel are the turning wings 2 2 untereinander zu einer Endlosschleife with each other in an infinite loop 212 212 verbunden und erstrecken sich jeweils über eine Höhe h in der luvseitigen Halbschale von Luv nach Lee und in der leeseitigen Halbschale von Lee nach Luv. connected and each extending over a height h in the windward-side half-shell of windward to leeward, and in the leeward half-shell by Lee to windward. An einem mittleren Wendepunkt W wechselt die Saugseite des ersten Flügelsegments I von der Außenseite der Umlaufbahn U in dem zweiten Flügelsegment II auf die Innenseite der Umlaufbahn U. Bei diesem Speichenrad At a central turning point W, the suction side of the first wing segment I from the outside of the orbit change U in the second wing segment II on the inside of the orbit U. In this spoked 100 100 sind die Speichen als reine Zugglieder ausgebildet und verzweigen sich im Inneren des Ringtorus the spokes are designed as pure tension members and branch out inside the Ringtorus 133 133 zu den Knotenpunkten N der Gitterschale the nodes N of the grid shell 151 151 . ,
  • 39 39 zeigt eine Bilanz der Sogkräfte S auf einer von 0° bis 360° unterteilten Umlaufbahn U in einem Diagramm. shows a balance of the suction forces S on a divided from 0 ° to 360 ° orbit U in a diagram. Dabei betrifft die linke Hälfte des Diagramms den leeseitigen Teil der Umlaufbahn U von 0°-180° und die rechte Hälfte den luvseiteigen Teil der Umlaufbahn U von 180°-360°. The left half of the diagram relates to the leeward-side part of the circulation path U of 0 ° -180 °, and the right half of the luvseiteigen part of the circulation path U of 180 ° -360 °. Die obere Hälfte des Diagramms zeigt die von dem ersten Flügelsegment I bewirkten Sogkräfte S, während die untere Hälfte des Diagramms die von dem zweiten Flügelsegment II bewirkten Sogkräfte S zeigt. The upper half of the diagram shows the caused by the first wing segment I S suction forces while the lower half of the diagram shows the effected of the second wing segment II S suction forces. Die als durchgezogene Linie dargestellte Kurve steht für die symmetrischen Flügelprofile eines dem Stand der Technik entsprechenden Darrieus-Rotors. The curve shown as a solid line represents the symmetrical wing profile of a prior art Darrieus rotor. Man erkennt, dass die Sogkräfte S hier ausschließlich auf der Leeseite wirken und zu einem sehr großen Rotorschub führen. It is apparent that the suction forces S act here solely on the leeward side and lead to a very large rotor thrust. Die gestrichelten Kurven stehen für erfindungsgemäße Strömungskonverter, die den in The dashed curves represent inventive flow converters in the 1 1 - - 12 12 dargestellten Ausführungsbeispielen entsprechen, während die aus Dreiecken aufgebauten Kurven für die in correspond to embodiments shown, while the built from triangles curves for the in 13 13 - - 23 23 dargestellten Ausführungsbeispiele stehen und die gepunkteten Kurven dem in Illustrated embodiments are, and the dotted curves in the 24 24 - - 30 30 gezeigten Ausführungsbeispiel entsprechen. Embodiment shown correspond. Das Diagramm zeigt mit den gestrichelten Kurven und mit den aus Dreiecken aufgebauten Kurven eine weitgehende Kompensation der Sogkräfte im luvseitigen und im leeseitigen Teil der Umlaufbahn der jeweiligen Strömungskonverter, während die gepunktete Kurve eine vollständige Kompensation der Sogkräfte zeigt. The diagram shows the dotted curves with the curves constructed from triangles extensive compensation of the suction forces in the windward and leeward in the portion of the orbit of the respective flow converters, while the dotted curve shows a complete compensation of suction forces. In dem Diagramm wird auch deutlich, dass die von einem asymmetrischen Flügelprofil bewirkten Auftriebskräfte und damit auch die Sogkräfte S wesentlich größer sind, als die von dem symmetrischen Flügelprofil eines herkömmlichen Darrieus-Rotors bewirkten Sogkräfte S. In the diagram, it is also clear that caused by an asymmetrical wing profile buoyancy forces and therefore the suction forces S are substantially larger than the effected by the symmetrical airfoil of a conventional Darrieus rotor suction forces S.
  • 40 40 zeigt die tangentialen Antriebskräfte P in einem Diagramm ebenfalls für den luv- und leeseitigen Teil der Umlaufbahn U eines Wendeflügels. shows the tangential drive forces P on a chart also for the windward and leeward of the orbit U a turning vane. Auch hier stehen die durchgezogenen Kurven für einen Darrieus-Rotor mit symmetrischen Flügelprofilen, der jeweils an den luv- und leeseitigen Scheitelpunkten der Umlaufbahn U maximale tangentiale Antriebskräften P hat, während die tangentialen Antriebskräfte P an den Scheitelpunkten der Umlaufbahn U am Übergang von Luv nach Lee auf 0 zurückgehen. Here again, the solid curves for a Darrieus rotor with symmetrical airfoils, the U has respectively on the windward and leeward vertices of the orbit maximum tangential drive forces P, while the driving tangential forces P at the vertices of the orbit U at the transition from windward to leeward go back to 0. Die von den asymmetrischen Flügelprofilen der Strömungskonverter nach After the asymmetric wing profiles of the flow converter 1 1 - - 12 12 bewirkten Antriebskräfte P, die mit einer gestrichelten Kurve dargestellt sind, wirken im luvseitigen Teil der Umlaufbahn U an dem Flügelsegment I antreibend (+) mit maximalen Antriebskräften P am luvseitigen Scheitelpunkt, während sie im leeseitigen Teil der Umlaufbahn U abnehmen und teilweise verzögernd (-) wirken und sich die Kräfteverhältnisse an dem zwei Flügelsegment II umkehren. resulted driving forces P, which are shown with a dotted curve, act in the windward part of the circulation path U of the wing segment I drivingly (+) with maximum driving forces P on the windward-side apex, while they decrease U at the leeward portion of the orbit and partially delaying (-) act and reverse the balance of power on the two wings segment II. Dasselbe gilt auch für die aus Dreiecken aufgebauten Kurven, die den in The same also applies to the built up of triangles curves in the 13 13 - - 23 23 dargestellten Ausführungsbeispielen entsprechen. Embodiments shown correspond. Die gepunkteten Kurven repräsentieren die in The dotted curves represent in 24 24 - - 30 30 dargestellten Ausführungsbeispiele und führen in der Bilanz zu tangentialen Antriebskräften P an jedem Punkt der Umlaufbahn U. Embodiments and illustrated in the balance lead to tangential drive forces P to each point of the orbit U.
  • Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • Strömungskonverter flow converter 1 1 Drehimpulsachse Spin axis X X
    Rotor rotor 10 10 Rotationsachse axis of rotation Y Y
    Speichenrad spoked 100 100 Wendeflügel turning wings 2 2
    Ringflügel ring wings 101 101 Drehrichtung direction of rotation R R
    Tragarm support arm 102 102 Umlaufbahn orbit U U
    Nabe hub 103 103 Schubrichtung thrust direction K K
    Nabengelenk hub joint 104 104 Schwenkachse swivel axis Z Z
    Rotorblatt rotor blade 105 105 Schwenkwinkel swivel angle λ λ
    Reuleaux-Dreieck Reuleaux triangle 106 106 Erstes Flügelsegment First wing segment I I
    Kreisel roundabout 107 107 Zweites Flügelsegment Second wing segment II II
    Kardangelenk universal joint 108 108 Asymmetrisches Flügelprofil Asymmetric wing profile 20 20
    Planetengetriebe planetary gear 11 11 Flügelnase wing leading edge 200 200
    Sonnenrad sun 110 110 Flügelhinterkante Trailing edge 201 201
    Planetenrad planet 111 111 Profilsehne chord q q
    Hohlrad ring gear 112 112 Druckpunktlinie Pressure point line 21 21
    Planetenträger planet carrier 113 113 Höhe height h H
    Hypozykloide Hypozykloide 114 114 Endpunkte endpoints E1, E2 E1, E2
    Epizykloide epicycloid 115 115 Wendepunkt turning point W W
    Steuerelement control 12 12 Knotenpunkt junction N N
    Zylinder cylinder 120 120 Gerade Just 210 210
    Flügelklappe wing flap 121 121 Kurve Curve 211 211
    Rotationsfläche surface of revolution 13 13 Endlosschleife endless loop 212 212
    Zylinderfläche cylindrical surface 130 130 Netz network 213 213
    Rotationshyperboloid of revolution 131 131 Tangentialer Neigungswinkel Tangential angle of inclination α, α' α, α '
    Kugelschichtfläche Spherical layer surface 132 132 Flügelkette wing chain 22 22
    Ringtorus Ringtorus 133 133 Profilschale profile shell 23 23
    Generator generator 14 14 Strömung flow F F
    Radnabengenerator hub generator 140 140 Strömungsgeschwindigkeit flow rate a a
    Ringgenerator ring generator 141 141 Umlaufgeschwindigkeiten peripheral speeds b, b' b, b '
    Tragwerk Structural 15 15 Schubgeschwindigkeit pushing speed c c
    Seilnetz cable network 150 150 Anströmgeschwindigkeit flow velocity d d
    Gitterschale gridshell 151 151 Anströmwinkel angle of attack δ δ
    Fahrgestell chassis 152 152 Auftriebskraft buoyancy L L
    Mast mast 153 153 Sogkraft suction force S S
    Strömungsleitwand flow guide 154 154 Tangentiale Antriebskraft Tangential driving force P P
    Azimutlager yaw bearings 16 16 Drehachse axis of rotation O O
    Wasserturbine water turbine 17 17 Antreibend Driving (+) (+)
    Windturbine wind turbine 18 18 Verzögernd delaying (-) (-)

Claims (12)

  1. Strömungskonverter (1) mit einer vertikal oder horizontal angeordneten ortsfesten Drehimpulsachse (X) und mindestens einem Rotor (10) mit einer Rotationsachse (Y), der dazu ausgebildet ist mittels von mindestens einem Flügel die in einer Strömung (F) enthaltene kinetische Energie in eine Drehbewegung mit Drehrichtung (R) und mittels eines Generators (14) in elektrischen Strom zu wandeln, welcher Flügel mit gleichbleibenden oder wechselnden radialen Abständen zu der Rotationsachse (Y) des Rotors (10) eine Umlaufbahn (U) definiert und im Querschnitt ein mit der Flügelnase (200) in Drehrichtung (R) ausgerichtetes asymmetrisches Flügelprofil (20) mit einer Saug- und einer Druckseite hat und mit seiner Profilsehne (q) tangential zu der Umlaufbahn (U) ausgerichtet ist und sich dabei zwischen zwei Endpunkten (E1,E2) über eine Höhe (h) entlang einer Druckpunktlinie (21) erstreckt, dadurch gekennzeichnet , dass der Flügel als Wendeflügel (2) ausgebildet ist und ein erstes Flügelsegm Flow converter (1) with a vertically or horizontally disposed stationary spin axis (X) and at least one rotor (10) having a rotational axis (Y), which is adapted by means of at least one vane the kinetic energy contained in a flow (F) in a to convert rotational movement with rotational direction (R) and by a generator (14) into electric current, which wing with constant or varying radial distances to the rotation axis (Y) of the rotor (10) orbit (U) and having in cross section a with the wing leading edge (200) in the rotational direction (R) oriented asymmetric airfoil (20) having a suction and a pressure side and with its chord (q) is aligned tangentially to the orbit (U) and thereby between two end points (E1, E2) over a height (h) along a line pressure point (21), characterized in that the vane as a turning wing (2) is formed and a first Flügelsegm ent (I), dessen Saugseite auf der Außenseite der Umlaufbahn (U) liegt, sowie ein zweites Flügelsegment (II), dessen Saugseite auf der der Rotationsachse (Y) zugewandten Innenseite der Umlaufbahn (U) liegt, aufweist, wobei die Druckpunktlinie (21) einen zwischen den Endpunkten (E1,E2) angeordneten mittleren Wendepunkt (W) hat, an dem die Saugseite der Flügelsegmente (I, II) von der Außenseite zu der Innenseite der Umlaufbahn (U) wechselt, sodass die aus den Auftriebskräften (L) der Flügelsegmente (I, II) resultierenden Sogkräfte (S) einander weitgehend gegenseitig kompensieren und sich die tangentialen Antriebskräfte (P) der Flügelsegmente (I, II) addieren. ent (I), whose suction side on the outside of the orbit (U) lies and a second flap segment (II), whose suction side is located (U) on the axis of rotation (Y) facing inside of the orbit, said print dot line (21 ) a (between the end points E1, E2) arranged central turning point (W), U) changes (at the suction side of the blade segments (I, II) from the outside to the inside of the orbit, so that the (from the lifting forces L) the wing segments (I, II) the resultant suction forces (S) to one another largely compensate each other and the driving tangential forces (P) of the blade segments (I, II) add up.
  2. Strömungskonverter (1) nach Flow converter (1) according to Anspruch 1 claim 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Druckpunktlinie (21) eines Wendeflügels (2) einen tangentialen Neigungswinkel (α) aufweist und eine Rotationsfläche (13) um die Rotationsachse (Y) des Rotors (10) definiert und dabei als Gerade (210) ein Rotationshyperboloid (131) und als Kurve (211) zB eine Zylinderfläche (130) oder eine Kugelschichtfläche (132) definiert oder dass die Druckpunktlinien (21) einer Mehrzahl von Wendeflügeln (2) jeweils an ihren Endpunkten (E1,E2) zu einer Flügelkette (22) verkettbar sind, die im Falle einer als Ringtorus (133) ausgebildeten Rotationsfläche (13) eine Endlosschleife (212) bildet oder dass die Druckpunktlinien (21) einer Mehrzahl von Wendeflügeln (2) mit einem gegensinnigen Neigungswinkel (α, α') einander jeweils an den Wendepunkten (W) und an zwischen den Endpunkten (E1,E2) angeordneten Knotenpunkten (N) durchdringen und ein Netz (213) auf einer der Rotationsflächen (13) bilden. Characterized in that the printing dot line (21) has a turning wing (2) a tangential angle of inclination (α) and a surface of revolution (13) about the rotational axis (Y) of the rotor (10) defined thereby as a straight line (210) is a hyperboloid of revolution ( 131) and (a curve 211) for example, a cylindrical surface (130) or a spherical segment surface (132) defined, or that the pressure point lines (21) of a plurality (of turning vanes 2) (at their end points, respectively E1, E2) (to a wing chain 22) are linkable, the surface of revolution configured in the event of a Ringtorus (133) (13) forms an endless loop (212), or that the print dot line (21) a plurality of turning vanes (2) with an oppositely directed angle of inclination (α, α ') to each other respectively at penetrate the turning points (W) and between the end points (E1, E2) arranged nodes (N) and a network (213) on one of the surfaces of revolution (13) form.
  3. Strömungskonverter (1) nach Flow converter (1) according to Anspruch 1 claim 1 , dadurch gekennzeichnet , dass das erste Flügelsegment (I) eines Wendeflügels (2) mit einem tangentialen Neigungswinkel (α) in Drehrichtung (R) vorausläuft, wobei die Druckpunktlinie (21) im Falle einer Geraden (210) die Endpunkte (E1, E2) auf der Oberfläche eines virtuellen Rotationshyperboloids (131) und im Falle einer Kurve (211) auf der Oberfläche eines virtuellen ovalen Zylinders oder auf der Oberfläche eines virtuellen Prismas verbindet, wobei im Falle eines ovalen Zylinders die ovale Grund- und Deckflächen und im Falle eines Prismas mit gewölbten Seitenflächen die polygonalen Grund- und Deckflächen miteinander verbunden werden. Characterized in that the first flap segment (I) runs ahead of a turning wing (2) with a tangential angle of inclination (α) in the direction of rotation (R), the print dot line (21) in the case of a straight line (210), the end points (E1, E2) on the surface of a virtual hyperboloid of revolution (131) and in the case of curve (211) connects to the surface of a virtual oval cylinder or on the surface of a virtual prism, in the case of an oval cylinder, the oval-shaped bottom and top surfaces, and in the case of a prism the polygonal base and top surfaces are connected to each other with curved side surfaces.
  4. Strömungskonverter (1) nach Flow converter (1) according to Anspruch 1 claim 1 , dadurch gekennzeichnet , dass eine Mehrzahl von Wendeflügeln (2), deren Druckpunktlinien (21) eine Gerade (210) aufweisen, an ihren Endpunkten (E1,E2) zu einer Flügelkette (22) verkettbar sind und zB aus einem profilierten Blechband oder aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff hergestellt werden, wobei eine Mehrzahl von Flügelketten (22) mit einem Neigungswinkel (α) sich jeweils an ihren mittleren Wendepunkten (W) mit einer Mehrzahl von Flügelketten (22) mit einem Neigungswinkel (α') überkreuzen und ein Netz (213) mit rautenförmigen Maschen bilden. Characterized in that a plurality of turning vanes (2), the print dot lines (21) have a straight line (210) at their end points (E1, E2) to a wing chain (22) are linkable and example of a profiled sheet metal strip or from a fiber-reinforced composite material to be manufactured, wherein a plurality of wings chains (22) with an inclination angle (α) in each case at their intermediate points of inflection (W) with a plurality of wings chains (22) intersect with an angle of inclination (α ') and a network (213) form diamond-shaped meshes.
  5. Strömungskonverter (1) nach Flow converter (1) according to Anspruch 4 claim 4 , dadurch gekennzeichnet , dass das von den Druckpunktlinien (21) einer Mehrzahl von Wendeflügeln (2) gebildete Netz (213) ein Rotationshyperboloid (131) definiert und als zugbeanspruchtes Seilnetz (150) ausgebildet ist, wobei die Flügelsegmente (I, II) der Wendeflügel (2) Profilschalen (23) aufweisen, die von dem Seilnetz (150) getragen werden und das Seilnetz (150) jeweils über ein oberes und ein unteres Speichenrad (100) mit einer konzentrisch und koaxial zu einem zentralen Mast (153) angeordneten Nabe verspannt ist. Is characterized in that the network formed the of the pressure point lines (21) a plurality of turning vanes (2) (213) defines a hyperboloid of revolution (131) and as zugbeanspruchtes cable network (150), wherein the wing segments (I, II) of the turning wings (2) have profiled shells (23) which are carried by the cable network (150) and the cable network (150) with an upper and a lower spoked wheel (100) having a concentric and coaxial to a central mast which is arranged (153) hub braced is.
  6. Strömungskonverter (1) nach Flow converter (1) according to Anspruch 2 claim 2 , dadurch gekennzeichnet , dass das von den Druckpunktlinien (21) einer Mehrzahl von Wendeflügeln (2) gebildete Netz (213) als biege-, schub- und torsionssteife Gitterschale (151) mit Knotenpunkten (N) ausgebildet ist, welche Gitterschale (151) im Falle eines Rotors (10) mit vertikaler Rotationsachse (Y) an ihrer Basis über ein Fahrgestell (152) mit Radsätzen auf kreisringförmigen Schienen läuft, wobei mindestens ein Generator (14) als Radnabengenerator (140) vorgesehen ist und welche Gitterschale (151) im Falle eines Rotors (10) mit horizontaler Rotationsachse (Y) als Ringtorus (133) ausgebildet ist, der jeweils an den mittleren Wendepunkten (W) der Wendeflügel (2) in eine von den Flügelsegmenten (I) gebildete außenseitige Halbschale und eine von den Flügelsegmenten (II) gebildete, der Rotationsachse (Y) zugewandte Halbschale unterteilt ist und den äußeren Druckring eines Speichenrads (100) bildet. Is formed, characterized in that the network formed the of the pressure point lines (21) a plurality of turning vanes (2) (213) as bending, shear and torsion grating shell (151) having nodes (N), which grating shell (151) in the case of a rotor (10) with a vertical rotation axis (Y) at its base on a chassis (152) runs with wheelsets on circular tracks, at least one generator (14) is provided as a wheel hub generator (140) and which grating shell (151) in the case is formed of a rotor (10) with a horizontal axis of rotation (Y) as Ringtorus (133) respectively at the central points of inflection (W) of the turning leaf (2) formed in one of the wing segments (I) outside the half-shell and a (of the wing segments II) formed, (the axis of rotation Y) facing half-shell is divided, and the outer pressure ring a spoke wheel (100).
  7. Strömungskonverter (1) nach Flow converter (1) according to Anspruch 1 claim 1 , dadurch gekennzeichnet , dass im Falle einer horizontalen Rotationsachse (Y) der Rotor (10) ein Speichenrad (100) aufweist, dessen äußerer Druckring als Ringflügel (101) mit einem asymmetrischen Flügelprofil (20) ausgebildet ist, der die Strömung (F) luvseitig von der Rotationsachse (Y) weg und leeseitig zu der Rotationsachse (Y) hin lenkt, sodass an jedem Punkt der Umlaufbahn (U) das erste Flügelsegment (I) eine nach außen gerichtete Auftriebskraft (L) mit einer tangentialen Antriebskraft (P) und das zweite Flügelsegment (II) eine nach innen gerichtete Auftriebskraft (L) mit einer tangentialen Antriebskraft (P) bewirkt, wobei sich die Sogkräfte (S) der Flügelsegmente (I, II) gegenseitig kompensieren und sich die tangentialen Antriebskräfte (P) addieren. Characterized in that in the case a horizontal axis of rotation (Y) of the rotor (10) a spoke (100) whose external pressure ring as ring-wing (101) with an asymmetrical wing profile (20) is formed, said flow (F) windward from the rotational axis (Y) away and downwind to the rotation axis (Y) towards deflected so that at each point of the orbit (U), the first wing segment (I) has an outwardly directed buoyancy force (L) with a tangential driving force (P) and second wing segment (II) adding an inwardly directed buoyant force (L) with a tangential driving force (P) causes, with the suction forces (S) of the blade segments (I, II) compensate each other and the driving tangential forces (P).
  8. Strömungskonverter (1) nach Flow converter (1) according to Anspruch 1 claim 1 , dadurch gekennzeichnet , dass drei Wendeflügel (2) mit periodisch wechselnden radialen Abständen um die Rotationsachse (Y) rotieren, wobei die Wendeflügel (2) jeweils an ihren Endpunkten (E1, E2) mit einem Rollkörper in Form eines Reuleaux-Dreiecks (106) verbunden sind, der zusammen mit einer Lagerschale in Form eines Quadrats mit gerundeten Ecken ein Lager bildet, sodass die Wendeflügel (2) auf einer quadratischen Umlaufbahn (U) mit gerundeten Ecken laufen und die Rotationsachse (Y) zB über zwei Kardangelenke (108) mit der ortsfesten Drehimpulsachse (X) und mit dem Generator (14) verbunden ist. Characterized in that three turning wing (2) rotate with periodically varying radial distances to the rotation axis (Y), said turning vanes (2) at their end points, respectively (E1, E2) with a roll body in the form of a Reuleaux triangle (106) are connected, which together with a bearing shell in the form of a square with rounded corners, a bearing, so that the turning leaf (2) on a square orbit (U) run with rounded corners and the rotation axis (Y), for example via two universal joints (108) is the fixed spin axis (X) and connected to the generator (14).
  9. Strömungskonverter (1) nach Flow converter (1) according to Anspruch 1 claim 1 , dadurch gekennzeichnet , dass mindestens eine Rotationsachse (Y) eines Rotors (10) mit einem radialen Abstand zu der ortsfesten Drehimpulsachse (X) des Strömungskonverters (1) angeordnet ist und eine Mehrzahl von Wendeflügeln (2) die ortsfeste Drehimpulsachse (X) auf einer Hypozykloide (114) oder auf einer Epizykloide (115) umrunden, wobei im Falle einer Hypozykloide (114) ein, aus einem Sonnenrad (110), mindestens einem Planentenrad (111) und einem Hohlrad (112) bestehendes Planetengetriebe (11) vorgesehen ist und im Falle einer Epizykloide (115) das Planetengetriebe (11) ein feststehendes Sonnenrad (110) aufweist, das von einer Mehrzahl von Planetenrädern (111) umrundet wird um deren Rotationsachsen (Y) jeweils mindestens ein Wendeflügel (2) auf einer Umlaufbahn ( U ) kreist, sodass die Anströmgeschwindigkeit (d) sowie der Anströmwinkel (δ) an jedem Punkt der Umlaufbahn (U) als Vektorsumme aus Richtung und Betrag der Strömungsgeschwindigkeit (a) und der Umlaufgeschwindigkei Characterized in that at least one axis of rotation (Y) of a rotor (10) with a radial distance to the fixed spin axis (X) of the flow converter (1) is arranged and a plurality of turning vanes (2) the fixed spin axis (X) on a hypocycloid (114) or circle on an epicycloid (115), wherein in case of a hypocycloid (114) a, of a sun gear (110), at least one Planentenrad (111) and a ring gear (112) existing planetary gear (11) is provided, and in the case of epicycloids (115), the planetary gear (11) has a fixed sun wheel (110) from a plurality of planet gears (111) is surrounded around their axes of rotation (Y) at least a turning wing (2) on an orbit (U) circles so that the flow velocity (d) and the angle of incidence (δ) at each point of the orbit (U) as a vector sum of direction and magnitude of the flow velocity (a) and the Umlaufgeschwindigkei t (b)der Wendeflügel (2) um die Rotationsachse (Y) sowie aus der Umlaufgeschwindigkeit (b') der Wendeflügel (2) um die Drehimpulsachse (X) resultieren. t (b) of the turning leaf (2) about the rotation axis (Y) and from the peripheral speed (b ') of the turning leaf (2) about the spin axis (X) results.
  10. Strömungskonverter (1) nach Flow converter (1) according to Anspruch 1 claim 1 , dadurch gekennzeichnet , dass ein Wendeflügel (2) an seinem mittleren Wendepunkt (W) biegesteif mit einem Auftrieb erzeugenden Rotorblatt (105) verbunden ist, das als radialer Tragarm (102) an seinem nabenseitigen Ende über ein Nabengelenk (104) mit der tangentialen Schwenkachse (Z) an die Nabe (103) des Rotors (10) angelenkt ist und innerhalb eines durch einen Schwenkwinkel (λ) begrenzten Schwenkbereichs entweder einen selbsttätigen oder aktiv gesteuerten gefesselten Steig- und Sinkflug des Rotorblatts (105) und der Wendeflügel (2) jeweils mit unterschiedlichen Schubrichtungen (K) ermöglicht, sodass die Flügelsegmente (I, II) mit einem Anströmwinkel (δ) und einer Anströmgeschwindigkeit (d) als Vektorsumme aus Richtung und Betrag der Strömungsgeschwindigkeit (a), der Umlaufgeschwindigkeit (b) und einer radialen Schubgeschwindigkeit (c) angeströmt werden. Is characterized in that a turning wing (2) at its central turning point (W) rigidly generating with a buoyant rotor blade (105), which as a radial support arm (102) via a hub joint at its hub-side end (104) with the tangential pivot axis (Z) to the hub (103) of the rotor (10) is articulated and limited within a by a pivot angle (λ) pivoting range of either an automatic or actively controlled bound climb and descent of the rotor blade (105) and the turn leaf (2) respectively with different thrust directions (K) enabling (so that the blade segments (I, II) with an angle of incidence (δ) and a face velocity (d) as a vector sum of direction and magnitude of the flow velocity (a), the peripheral speed (b) and a radial shear velocity c are flowing).
  11. Strömungskonverter (1) nach Flow converter (1) according to Anspruch 1 claim 1 , dadurch gekennzeichnet , dass der Rotor (10) als gefesselter Kreisel (107) ausgebildet ist, der mit seiner Rotationsachse (Y) über ein Kardangelenk (108) im Schwerpunkt des Kreisels (107) an die ortsfeste Drehimpulsachse (X) des Kreisels (107) angelenkt und mit dem Generator (14) verbunden ist, wobei die regelmäßige Präzessionsbewegung des Kreisels (107) mit einem Schwenkwinkel (λ) gegenüber der raumfesten Drehimpulsachse (X) genutzt wird, um an den Flügelsegmenten (I, II) tangentiale Antriebskräfte (P) über den Anströmwinkel (δ) und die Anströmgeschwindigkeit (d) als Vektorsumme aus Richtung und Betrag der Strömungsgeschwindigkeit (a), der Umlaufgeschwindigkeit (b) und der radialen Schubgeschwindigkeit (c) zu erzeugen. Characterized in that the rotor (10) is designed as a control moment gyroscope (107) with its axis of rotation (Y) via a universal joint (108) in the center of gravity of the gyroscope (107) to the fixed spin axis (X) of the gyro (107 wherein the regular precessional motion of the gyroscope (107) is used with a pivot angle (λ) relative to the spatially fixed spin axis (X) to (to the wing segments I, II) tangential drive forces () articulated and (the generator 14), P ) (on the angle of incidence δ) and the inflow velocity (d) as a vector sum of direction and magnitude of the flow velocity (a), the peripheral speed (b) and the radial thrust speed (c) to produce.
  12. Strömungskonverter (1) nach einem der Flow converter (1) according to one of the Ansprüche 1 claims 1 oder or 11 11 , dadurch gekennzeichnet , dass ein Rotor (10) pneumatisch oder hydraulisch betätigte Steuerelemente (12) aufweist, die als Flügelklappen (121) an den Flügelsegmenten (I, II) eines Wendeflügels (2) der Drehzahlbegrenzung des Rotors (10) dienen oder als Zylinder (120) zwischen der ortsfesten Drehimpulsachse (X) und einem Rotor (10) als Kreisel (107) die Nutation des Kreisels (107) steuern und im Falle von Wendeflügeln (2), die über ein Rotorblatt (105) an ein Nabengelenk (104) angelenkt sind, den gefesselten Steig- und Sinkflug der Wendeflügel (2) und des Rotorblatts (105) steuern. Characterized in that a rotor (10) pneumatically or hydraulically operated control elements (12) which are constructed as flaps (121) to the wing segments (I, II) of a turning wing (2) are used for speed limiting the rotor (10) or cylinder (120) between the stationary spin axis (X) and a rotor (10) and gyroscope (107) to control nutation of the gyro (107) and in the case of turning vanes (2), which (via a rotor blade (105) to a hub joint 104 ) are articulated, the bound climb and descent of the turning leaf (2) and control of the rotor blade (105).
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