JP2003503643A - 分岐型ロータブレードを備えたロータ - Google Patents
分岐型ロータブレードを備えたロータInfo
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Abstract
Description
ロータは、ロータ軸周りに回転できるように配置された少なくとも一つのロータ
ブレードを有し、前記ロータブレードは、旋回軸から少なくとも部分的に離れて
流体中に伸び、前記ロータブレードは、推進力、または流れの為に、旋回軸周り
に、ロータの回転の際、旋回軸周りに角運動量が生じ、もって、後引き渦が発生
し、前記ロータブレードは、旋回軸から所定の距離で少なくとも2つのパーシャ
ルブレードへと分岐され、前記パーシャルブレードの一つは、ロータブレードに
関し、回転方向に伸び、他のパーシャルブレードは、ロータブレードに関し、回
転方向とは反対に連続している。
生させるロータが知られている。1番目の場合として、プロペラ、船舶用プロペ
ラ、ブロワー、扇風機、ベンチレータ等が含まれ、2番目の場合として、流体駆
動式リペラーやタービン、ウインドミルがある。船舶あるいは航空用プロペラの
場合、ハブ上に取り付けられたロータブレードは、旋回軸周りを回転し、そのプ
ロファイル形状の為または旋回軸周りを回転する間、その発生の為、推進力を発
生させる。1回の旋回にわたり平均すると、推進力は旋回軸と本質的に平行に伸
び、船や飛行機を推進させる。ヘリコプタのロータの場合、旋回軸の周りの回転
中、ロータブレードをシフトさせることが、推進力を発生させ、それは旋回軸に
関し傾斜している。この状況では、主流方向は、ロータが遠視界における平面で
減じられる場合、ロータを流体が通過する方向として理解される。
ーションという形で、流体損失によって減じられる。しばしば、音響放出が問題
となる。船舶用または航空用プロペラやヘリコプタのロータ、ウインドミル、例
えば、エアコンディションシステムにおける様々なファンやブロワーにより発生
されるノイズは、今日のアコースティックな環境負荷に著しく影響する。
、効率の改善、音の放出、音の発生の減少につながる。
ある。このロータは、ロータブレードを有し、このロータブレードは2つの平行
ブレードに分岐されている。このロータは、作動中の振動を減少させる。
ロータは、反動圧力の増加につながる。
ら一定距離で2つのパーシャルブレードに分岐されるロータブレードにも特徴が
あり、パーシャルブレードは、ロータブレードに関し回転方向に沿って/反して
伸びている。US1418991のロータは、流体抵抗を減少させることができ
る。
における改良点が今日の応用に対して最早、十分でない点である。
改善し、それらの効率を向上させることである。
特に環境にとって利点があることが意図されている。
ーシャルブレードが連結されているという点、更に、渦が起こる循環流が、ロー
タの作動中、本質的に一様に分布可能である方法を、パーシャルブレードを構成
するという点で、上記一般的なタイプのロータにより解決される。
シャルブレードから他のパーシャルブレードへと、ブレード輪郭に沿って、連続
的に上記循環流が変化する。ブレード輪郭に沿って一地点で循環流はゼロになら
なければならないが、ここで、2つのパーシャルブレード間で循環流の符号が変
わる。そのため、そのループは、そのループの全周にわたり、よって、後流域で
生じた後引き渦内でのロータの循環流が一様に分布される手段を形成する。それ
によって、循環流の分布ですら、従来技術で既知のものより、ロータブレードに
沿って、更に、ループ形成パーシャルブレードに沿って到達することが可能であ
る。渦巻き運動は、全ブレード周囲またはループ周辺にわたり、空間的に分布さ
れ、渦発生による損失の減少、更に、流れノイズ発生の減少につながる。パーシ
ャルブレードのループ状リングクロージャも同様に、ロータの高度な機械的安定
性が生じる。これにより、構造的な重量を減らすことができ、より細線細工設計
につながる可能性がある。さらに、プロファイルの深さやコードは、パーシャル
ブレードにより形成されたループの部品にて減少されるが、これらの部品は、ス
ラストに対して、あまり貢献しない。
ど)に対して、ロータブレード及びパーシャルブレードは、例えば、傾斜された
平らな面として形成されてもよいが、より複雑な適用例(飛行機のプロペラや船
のプロペラなど)に対して、ロータブレード及びパーシャルブレードは、特定の
厚さ分布及びそりを備えたウイング状プロファイルにより形成されてもよい。地
域的流れの条件によるが、ロータブレードに沿って、更に、パーシャルブレード
に沿って変更するプロファイルは、特に有利な流れ特性、更に、効率の改善につ
ながる。この状況において、ブレード深さ及び迎えの地域的角度の変更は、地域
的流れ条件に適合されてもよい。
明にとって本質的なものである。この原理により、本発明のロータは、DD−P
S61438のロータと異なる。このロータはループを形成するが、ここで開示
されたロータは、旋回軸から離れて流れの中に伸び、スラストを発生させるロー
タブレードを持たない。むしろ、ループ状リボンが支持アームにより保持され、
それは、流体の流れに相互作用するか妨害することを可能な限り小さくするに違
いない。DD−PS61438のロータは、周辺リボンにより単に推進力を発生
させる。作動中、リボンは、魚の尾や鳥の羽の波運動に似た動きを行なう。この
推進方法は、効率が低い。本発明によるロータも、上述した原理により、US5
890875のブレード装置のような他の既知のループ設計とは異なる。この設
計では、ロータブレードが備えられていないので、小さな推進力や角運動量が発
生するにすぎない。
, 急変のない方式で、緩やかにロータブレードから離れて曲げられてもよい。こ
のようなパーシャルブレードの連続的形状の遷移は、ロータの強く変動する作動
条件中、よれやしわが存在する可能性があり、損失を導く可能性がある角部の流
れを避けることができる。
ャルブレードの前にあってもよく、両方とも、回転方向と主流方向に関し、少な
くともロータブレードに近い領域内にある。この場合、一つのパーシャルブレー
ドの前縁が、他のパーシャルブレードの、前縁の主流方向に関して上流に置かれ
るか、或いは、一つのパーシャルブレードが全体的に他のパーシャルブレードの
上流に置かれるか、である。パーシャルブレードの当該配置において、前部の圧
力側からの流れ、すなわち、上流側パーシャルブレードは、後部の吸引側、すな
わち、少なくともロータブレードに近い領域の下流側ロータに導かれてもよい。
そのため、運動エネルギーは、低圧あるいは上流側パーシャルブレードの吸引側
からの速い流れにより、下流側パーシャルブレード周りの流れに付加される。こ
れにより、リアパーシャルブレード周りの、より安定した流れになる。
に一体的に連結されてもよい点である。パーシャルブレードの機械的連結のため
、この設計は特に安定しており、耐負荷性があり、そのため、ロータにより発生
される振動を減少させることができる。さらに、パーシャルブレードの先端に起
因する損傷の危険性は、最小限になる。
互いに併合していることが好ましい。これは、両方のパーシャルブレードが連結
点において本質的に同一プロファイル形状を有していること、更に、それらの輪
郭が互いに本質的に円滑な方法で連結されていることを意味する。これは、例え
ば、2つのパーシャルブレードの一体的形成により達成できる。
続方式で、下流側リアパーシャルブレードのように連続する点で、流体損失は独
立して最小限にされる可能性がある。同様に、ロータブレードの前縁が、上流側
フロントロータブレードの前縁のように連続してもよい。これによって、前縁に
おける不規則性により流れが不利に影響されることが避けられる。同様に、対応
するロータブレードまたはパーシャルブレードの、それぞれの後縁で、単に小さ
な不規則性が存在する場合、循環流の分布は、相当に変わる。単一のロータブレ
ードだけを有する本発明によるロータの場合に特に有利な、他の実施例において
、旋回軸は、ループ領域を通過する。
するとき、ロータ回転中の平衡誤差は、この簡単な設計手段により、避けられる
。
いが、これらのロータブレードは、回転方向において等間隔に配置され、ロータ
ブレードの上流側フロントパーシャルブレードを有し、これは、円周方向におい
て先方に置かれるロータブレードの下流側リアパーシャルブレードにそれぞれ連
結されているのが好ましい。これらの実施例が確実にすることは、低い材料消費
とループに沿った逆循環流である。多数のロータブレードが可能にすることは、
小さな容積で、総体的に大きな推進力を得ることである。この実施例の利点は、
ロータの後流域における循環流の有利な一様分布と、高推進または高角運動量と
の結合にある。高出力または高パワーに拘わらず、この実施例では、ロータは静
かである。円周方向で隣接するロータブレードのパーシャルブレードは、ループ
を形成する為に連結されているのが好ましい。
な流れ状態を得るためには、少なくとも一つのパーシャルブレードとロータブレ
ードは、地域的流れ条件における変化、すなわち、それぞれのロータブレード及
び/又はパーシャルブレードの配置に限定される流れ条件に適合可能であるべき
である。このため、少なくとも一つのロータブレードとパーシャルブレードは、
少なくとも断面的に弾性外部スキンを備えてもよい。適切な回転または材料の適
合さらに外部スキンの対応するプレストレスを用いることにより、ロータブレー
ド及び/又はパーシャルブレードのプロファイル幾何学的形状の地域的変更が単
独で受動的あるいは能動的に可能になる。受動的に可能になるのは、プロファイ
ルに作用する流体機械的な力の為であり、能動的に可能になるのは、輪郭適合手
段を用いることによるものであり、流れに不利に影響する可能性がある、外部ス
キンでのしわやよれの発生は生じない。更に、適切に選択された弾性を備えた弾
性外部スキンは、より少ない損失を有するパーシャルブレード及び/又はロータ
ブレードの周りの流れを導くことができる。弾性外部スキンは、地域的に限定さ
れた変形により地位的圧力障害に作用し、そのため、これらの地域的圧力障害を
吸収することができ、これにより、ロータブレード及び/又はパーシャルブレー
ドの周りの放出流は、より静かに、かつ、ノイズが少なくなる。
れてもよい。プロファイル調整手段は、外部スキンに作用し、ロータブレード及
び/又はパーシャルブレードのプロファイル幾何学的形状の地域的変化とグロー
バル変化に対し、少なくとも断面的にシフト可能であってもよい。この状況にお
いて、地域的変化は、プロファイル幾何学的形状における変化、或いは、ロータ
ブレード及び/又はパーシャルブレードのそれぞれの輪郭における変化として理
解されるが、それは、ロータブレード及び/又はパーシャルブレードの、かなり
限定領域だけで生じ、ロータブレード及び/又はパーシャルブレードの他の領域
では本質的に流れは影響されないままになっている。プロファイル幾何学的形状
のグローバルな変化は、比較すると、ロータブレード及び/又はパーシャルブレ
ードのプロファイル幾何学的形状の大部分を変え、ロータブレード及び/又はパ
ーシャルブレード周辺の流れ特性の実質的変化を導く。
が支持されている。ロータブレードは、そのハブで、迎え角変更手段により、回
転自在または旋回自在に支持されてもよい。迎え角を変更することにより、ロー
タにより発生される推進力は、ロータの回転速度の広範囲にわたって一定に保た
れてもよく、非常に簡単な方法で瞬間的な作動状態に適合されてもよい。ロータ
の弾性的設計において、ループ線に沿ってブレード構造の有利なねじりやねじり
上げを更に得ることは可能である。同様に、迎え角変更手段が備えられ、それに
より、パーシャルブレードが回転自在にロータブレードで支持され、迎え角を変
更してもよい。流体機械において、一般的に、迎え角とは、ロータブレード及び
/又はパーシャルブレードの地域的奔流に対する、ロータブレード及び/又はパ
ーシャルブレードのプロファイルコードの傾斜を指す。プロファイルコードは、
前縁(すなわち、ロータブレード及び/又はパーシャルブレードの上流側淀み地
点の接続ライン)を後縁(すなわち、ロータブレード及び/又はパーシャルブレ
ードの下流側淀み地点の接続)に連結する。
より、推進方向においてハブに対し旋回自在にロータブレードが保持されてもよ
い。そのような作動手段により、ロータブレードの掃引角、すなわち、主流方向
に対する前縁の角度が変更され、ロータにより発生される循環流は、後流域にお
いて良好に分布される。同様の手段が、ロータブレードとパーシャルブレード間
に備えられ、パーシャルブレードの掃引を変更してもよい。掃引角が変更される
とき、ロータブレード及び/又はパーシャルブレードの奔流の渦巻部品を考慮に
入れるため、掃引角変更手段は、旋回軸に対し平行な流れ付近で、ロータブレー
ド及び/又はパーシャルブレードの少なくとも一つを旋回させてもよい。
ルブレードとの間に備えられており、ロータブレードの、少なくとも2つのパー
シャルブレード間の開口角がロータの作動状態により適合され前記開口角が本質
的に回転方向に向けられるような方法で、少なくとも一つのパーシャルブレード
が連結されている。
を改善させるが、これは、ロータブレードとパーシャルブレード間に備えられ、
もって、ロータブレードのスパン方向に関し拡張自在に支持される拡張手段によ
って達成できる。パーシャルブレード及び/又はロータブレードを拡張すること
により、推進力を発生させる表面領域が拡大され、ロータブレード及び/又はパ
ーシャルブレードの表面領域当りの循環流を一定に保つ間、より多くの推進力が
発生可能になる。
反対方向に回転する場合、これらのロータの後流域において、対応する渦巻き運
動強度は加重され、互いに部分的に相殺される。適切な調節を用いることにより
、旋回軸の方向において、少なくとも一つのロータの、渦巻、渦巻き運動強度の
完全な相殺でさえ、達成可能である。渦巻の排除により、一連に連結されたプロ
ペラの後流域において損失が最小限になる可能性がある。渦巻き運動強度の最適
加重は、ロータがほぼ同一径を有する場合に達成できる。上流側ロータは、ステ
ータとして構成されてもよく、それにより、設計努力は減少する。
えたロータの設計と機能を、例示的実施例を参考に説明する。
説明する。
周辺で、ロータは回転自在に支持されている。図示の実施例において、ロータ1
は、ブロワー又はファン、プロペラ、ロータの為に、或いは、タービンや風車と
して、使用可能である。旋回軸の周囲には、ハブ3が配置され、そこで、2つの
ロータブレード4が取り付けられている。各ロータブレード4は、放射方向にお
いて、ハブ又は旋回軸から離れて、ロータ1を囲む流体へと、本質的に伸びてい
る。
円周方向において、2つの継続的または連続的ロータブレードのパーシャルブレ
ード5,6は、それぞれ、ループを形成するように組み合わされている。
タ1は、風車を例にとると、流れと共に受動的に回転する。この場合、ロータ1
に反する流れは、軸2に沿って、本質的に向けられる。パーシャルブレードと同
様、ロータブレード4の迎え角及び/又はプロペラプロファイルの為、角運動量
は旋回軸2の周りに発生される。角運動量は、ロータと共に回転するロータシャ
フト(図示せず)に連結されているジェネレータ(図示せず)の援助をもって、
エネルギ発生に使われる。逆に、ロータ1は、駆動用モータ(図示せず)により
積極的に駆動される。ロータブレード4及び/又はパーシャルブレード5,6の
適切な傾斜及び/又はプロファイルのため、ロータの回転により、流れすなわち
推進力が発生し、ロータブレード4とパーシャルブレード5,6が動く面積を通
じて、更に、ループを通じて、流れが向けられる。
ーシャルブレードの幾何学的形状を説明するために示されている。ロータブレー
ドにより形成されたループは、簡略化のため、図2A及び図2Bに示されていな
い。
おいて上流側に配置)とリアパーシャルブレード6(主流方向において下流側に
配置)に分岐されている。ロータブレード4は、横断面において、いかなる急変
もなく、それぞれのパーシャルブレード5,6と円滑に併合している。
5の前縁7aとして、継ぎ目なく連続している。ロータブレード4の後縁8は、
リアパーシャルブレード6の後縁8bとして、継ぎ目なく連続している。フロン
トパーシャルブレード5は、ロータブレード4が2つのパーシャルブレード5,
6に分岐した後、自らの後縁8aを発達させている。後縁8aは、ロータブレード
4付近の領域にて、少なくとも部分的に前縁7bと重複しており、前縁7aは、
リアパーシャルブレード6により発達されている。
向において、離れるように曲げられており、フロントパーシャルブレード5は、
リアパーシャルブレード6から拡散する。
ド4と2つのパーシャルブレード5,6の表面9は、圧力側、プロペラやロータ
等で吸引側を形成する。吸引側と圧力側は、そこに優勢する圧力条件によって互
いに異なる。吸引側の平均的圧力は、圧力側の平均的圧力より低い。この圧力差
により、ロータの推進力、旋回軸2の方向を指す推進力、又は、ウインドミルの
場合、角運動量が発生する。吸引側と圧力側は、前縁7,7a、7bにより、ま
た、後縁8、8a、8bにより、互いに分離されている。
ードの淀み地点の接続ラインであり、奔流方向、すなわち、これらの地点の方向
において対面し、そこでは、それぞれのロータ構造に関して平均速度はゼロであ
る。後縁は、後ろの淀み地点の接続ラインから対応した結果になっている。
シャルブレード6より広く構成され、ロータブレードはプロファイル深さやコー
ドで分割されている。
ば、平均または中心線に沿って、吸引側ブレード11と圧力側パーシャルブレー
ド10内で、分岐されてもよい。厚さ方向に分岐されたロータブレードを有する
本発明によるロータは、図3、また詳細IIとして、示されている。プロファイル
の平均または中心線は、プロファイルに刻まれた場合、当該プロファイルの上側
と下側に接触する円周の中心により形成された線である。
、それぞれ、ロータブレードの吸引側または圧力側に併合し得る、本発明による
ロータブレード遷移の様々な可能な形がある。
パーシャルブレード5の吸引側の急速流は、リアパーシャルブレード6に向けら
れる。これにより、加速され、そのため、より安定した流れがリアパーシャルブ
レード付近に導かれる。
)を発達させる。同様に、圧力側パーシャルブレード10は、その独自の吸引側
9aを発達させる。吸引側パーシャルブレード11は、主ロータに対し回転方向
Dに伸び、圧力側パーシャルブレード10は、ロータブレード4に対し回転方向
とは反対に伸びる。パーシャルブレード11の吸引側は、ロータブレード4の吸
引側と併合し、パーシャルブレード11の圧力側は、ロータブレード4の吸引側
と併合する。図1の実施例では、2つのパーシャルブレード10、11は、ほぼ
同一の大きさである。しかし、図2Aに示された変形例と同様に、異なる大きさ
を有するパーシャルブレード10,11の構成は可能である。2つのパーシャル
ブレード10,11の前縁は、ロータブレード4の前縁と円滑に併合し、2つの
パーシャルブレード10,11の後縁は、ロータブレード4の後縁と円滑に併合
する。
タブレードのそれぞれの曲率により、ロータブレード4が分岐される距離Aによ
り、互いにパーシャルブレード5,6の大きさにより、更に、ロータブレード4
に関するパーシャルブレード5,6の大きさにより、異なる。
,6が開き、半開きを支持する角度である。
ルブレードの前縁との間、または、2つのパーシャルブレードの、中心線間の空
間で測定することができる。中心線は、放射断面において、コードを半分に切断
する、これらの地点を接続する。
ブレード5より広く構成されている。これにより、プロペラの場合には、より多
くの推進力、リペラーの場合には、より大きな角運動量が、フロントパーシャル
ブレード5よりリアパーシャルブレード6により発生され、リアパーシャルブレ
ード6の後流域において、対応して、渦巻き運動の高濃度が導かれる。ブレード
先端をループに拡張することにより、後流域においてでさえ、好都合の渦巻き運
動分布を発生させることができ、例えば、大きなプロファイル深さを備えたパー
シャルブレードを有することにより、小さなプロファイル深さを備えたパーシャ
ルブレードよりも、ループの円周に大きな貢献を有することができる。
構成された、本発明によるロータの更なる例示的実施例を示す。図1のロータに
おいて、フロントパーシャルブレード5は、ループ様式でリアパーシャルブレー
ド6に連結されており、そのため、ループ領域12を形成する。このループ領域
は、回転方向Dに回転し、流体により横断される。2つのパーシャルブレード5
,6は、旋回軸2がループ領域12に配置されるような方法で湾曲している。そ
のため、パーシャルブレード5,6の接続は、通常、旋回軸2に関し、ロータブ
レード4と反対側に配置される。しかし、図4の実施例において、フロントパー
シャルブレード5は、比較的に長く、螺旋状に湾曲し、一方、リアパーシャルブ
レード6は、短く、旋回軸2から離れ本質的に放射方向に伸びている。フロント
パーシャルブレード5とリアパーシャルブレード6は、領域Bで互いに連結され
、この特定実施例では、主ブレードの拡張方向に、ほぼ配置されている。領域B
において、循環流は符号が変わる。
害がループプロペラ周りの流れに発生する。図4の実施例において、主ロータは
、回転方向Dで強く湾曲し、旋回軸から離れた相対的に短い距離Aで、2つのパ
ーシャルブレード5,6へと分岐される。
、ほぼ同一のプロファイル深さとコード長を有する。しかし、この場合、同一サ
イズのパーシャルブレードも同様に使用され、パーシャルブレードのプロファイ
ル深さは変化する。
ードの縁に沿って、循環流の回転方向は変わらなければならない。循環流の特定
回転方向に対し正の符号を任意に選び、ロータブレード4が2つのパーシャルブ
レード5,6または10,11に分岐される領域において循環流量をΓ0と指定
する場合、循環流は、2つの等しい大きさのパーシャルブレードの場合、+Γ0
/2から−Γ0/2までループに沿って変化しなければならない。
内に誘発された渦の強度は境界渦の強度の地域的変化に依存することから、後流
域において連続的渦巻き運動層が総体的に生じ、それは、プロペラジェットを包
み、至るところで、ほぼ同一の強度を有する。
シャルブレードに沿って、推進力(被駆動モータの場合)またはエネルギ産出(
受動的に作動されるロータの場合)の最適分布を得るために使用されてもよい。
例えば、外部要素の負荷は、外方向に更に伸びたブレード要素により、或いは、
一層の環状構成により、変更されてもよい。次に、船舶用プロペラの場合、これ
は、キャビテーションの危険性を減少させる為に使用されてもよい。パーシャル
ブレード5,6のループ状リングクロジャーのため、ループ型プロペラは、高度
の機械的安定性を達成し、ループ型プロペラを一層軽い様式で設計することを可
能ならしめる。循環流が小さいにすぎないループ型プロペラの断面において、特
に、循環流が符号を変更する領域において、プロファイル深さは減少してもよい
。
ブレード4の湾曲の強さは小さくなっている。ロータブレード4が分岐される距
離Aは、大きく、パーシャルブレードは、ほぼ同一の長さになっている。全体と
して、図5のループ型プロペラのループ領域12は、より丸く構成されており、
ロータのバランスが容易になっている。
示す。図1のループ型プロペラと比べると、図6のループ型プロペラは、より細
長いループ領域12を具備し、2つのパーシャルブレード6への、ロータブレー
ド4の分岐間の広い断面積Aにより、本質的に達成されている。図6では、一つ
のロータブレード4のフロントパーシャルブレードが他のロータブレードのリア
パーシャルブレードと連結する領域Bが示されている。領域Bにおいて、循環流
は、その符号を変え、ゼロに近い値を有する。領域Bは、小さなプロファイル深
さを有する。更に、領域Bがループ型プロペラ1の推進力やエネルギ発生に対し
非常に僅かしか貢献しないので、この領域においてプロファイルは、非常に細く
、対称に維持することが可能である。そのため、プロファイルまたは形状の抗力
と摩擦の両方は、この領域で最小限にできる。
タにも転用可能である。複数ブレードループ型ロータの例示的実施例は、図7に
示されている。ここでは、ロータ1から回転方向Dに等間隔に間隔を置いて配置
された、3つのロータブレード4が示されている。ロータ4は、旋回軸2から等
間隔Aで、それぞれがフロントパーシャルブレード5とリアパーシャルブレード
6に分岐されている。ロータブレード4のフロントパーシャルブレード5は、回
転方向において次のロータブレード4のパーシャルブレード6に連結されている
。実際の適用例により、パーシャルブレードが回転方向に関し、互いに連結され
る方向は、逆であってもよい。
2は、それぞれ、共通の前縁7を有し、それは、ロータブレードの上流側の縁部
から、同一のロータブレード4のフロントパーシャルブレード5から、更に、他
のロータブレード4のリアパーシャルブレード6から、連続的に形成されている
。同様に、パーシャルブレード5,6により、更に、パーシャルブレード6に接
合するロータブレードにより構成されたループの各後縁8は、連続的に形成され
ている。
型ロータが実現し得る。そのため、例えば、一つのロータブレードのフロントパ
ーシャルブレード5を、隣接するロータブレード4のリアパーシャルブレード6
ではなく、より遠くのロータブレード4のリアパーシャルブレードと連結するこ
とにより、ループが挟まれた、より複雑な幾何学的形状でも可能である。
能であり、本発明に従い、多くの空間的ロータ構造に連結し得る。
な流体条件に適合させる手段がロータ1に提供される。
一つが弾性材料で形成されるか、弾性外部スキンを有するかにより、達成される
。これにより、ロータブレードとパーシャルブレードの流体幾何学的形状の、特
にループ構造に沿った緩やかな調整が可能になるという重要な利点が生じる。
幾何学的形状は、弾性外部スキンを持って変えることができる。これは、図8A
から図8Cに概略的に示されている。
2から半径方向の伸長に対して直交する方向に引かれている。プロファイル13
は、弾性の柔軟な外部スキンで覆われている。ロータブレード4或いはパーシャ
ルブレード5,6の一つのプロファイル13は、柔軟な外部スキン14で装備さ
れている。柔軟な外部スキン14は、プロファイル13を完全に覆うか、プロフ
ァイルの輪郭が調整される場所で部分的に覆うことができる。
は、例示的に図8Aに示され、プロファイルの鼻部を形成する、中心を外れて支
持されたカム16を備え、圧力側18にプロファイル13の吸引側を連結する連
結要素17を備えている。輪郭調整手段は、プロファイル13の奔流に依存して
、プロファイルの形状を変更することができる。例えば、鼻部の傾斜角度は、図
8B、図8Cに示されるように、中心を外れて支持カム16が旋回軸19の周り
を回転する場合、そのカムを用いて変更可能である。そのため、矢印により表示
されたようなプロファイル13の奔流と、前縁を後縁に連結するコード Sとの
間の迎え角 Nは、図8Bから図8Cにいくにつれて増加している。図8Cの大
きな迎え角 Nで吸引側の前縁で剥がれを避けるため、図8Cではプロファイル
13のそりが、輪郭調整手段により増加され、鼻部は、奔流方向で低くなってい
る。
互いにシフトすることにより、達成可能である。連結要素17のシフトは、プロ
ファイルの区分的変形になり、いかなる問題もなく、輪郭の円滑さに影響を与え
ることなく、弾性外部スキンが続くことができる。同様な方法で、リアプロファ
イル領域の変更が、例えばS形変形を作る為に、なされる。複数の輪郭調整手段
の協力により、プロファイルの幾何学的形状は、非常に複雑な方法で影響を受け
得る。輪郭調整手段の他の原理も同様に可能であり、例えば、プロファイルに沿
って配分された複数の偏心カム、外側方向または内側方向に外部スキンの一部を
曲げるカム、又は、圧縮空気により膨らむか、回転力により広がるプロファイル
13がある。
なプロファイルであっても可能である。そのようなプロファイルを備えると、流
れは、受動的に(すなわち、外部から入力されるエネルギを有することなく、単
に流れ自身からのエネルギだけを用いて)影響を受けることが可能である。
イル調整の両方を組み合せる実施例は、認識可能である。
ブ3に円弧で連結することにより、ロータブレード4の上流側淀みの傾斜は、掃
引角調整手段を用いて、矢印PRに沿ってロータ1の回転面に関し、調整可能で
ある。掃引角は、前縁に沿った放射方向で二次流による後流域における渦巻き運
動濃度に影響を与える。パーシャルブレードも、推進方向または主流の方向で矢
印PTに沿って、それらの独自の掃引角調整手段により、円弧状の接合と調整可
能である場合、パーシャルブレード5,6に対し、同様の効果が達成可能である
。同様に、迎え角調整手段(図示せず)が備えられてもよく、ロータブレード4
は、矢印ARに沿って、旋回軸2に関し、放射方向に本質的に伸びる回転軸の周
りを旋回可能である。迎え角の調整により、推進力または、受動的に作動される
ロータの場合には角運動量が、様々な回転速度と奔流速度に対し、最適化し得る
。パーシャルブレード5,6は、迎え角調整手段を用いてロータブレード4に配
列可能であり、パーシャルブレード5,6の迎え角は、矢印ATの方向で、ロー
タブレード4に関し、変更可能である。
れている。図10Aにおいて、2つのブレードを備えた既知のプロペラ20が示
されている。先端渦巻きは、ロータ20の各ロータブレードの先端で形成され、
互いの内部で螺旋状に捻じられる、2つの後引き渦21,22が生じる。このよ
うな既知のロータにおいて、渦巻き運動は、渦巻き運動フィラメント21,22
に集中し、大きなノイズが生じる。高度の渦巻き運動の集中は、高損失と大きな
ノイズが発生する。渦巻き運動フィラメント21,22は、本体に衝突し、流れ
ノイズが発生する。
型プロペラの後流域における循環流は、包み込み様式で一様に分布される。これ
により、損失の減少、流れノイズの減少になる。本発明によるロータの後流域に
おいて、渦巻き運動の、一様な包み込み様式の分布は、シュラウド型プロペラの
シュラウドに類似した方法で機能する。そのロータの後流域において、渦巻き運
動の分布でさえ、対応する渦巻き運動を備えた2つの後流域の加重により、旋回
軸の方向で、渦巻き運動の構成要素を相殺することが可能になる。この原理の実
施は、以下の実施例で検討する。
1またはロータ1の配置を示し、この配置は、流体機械損失の追加的な減少にな
る。本発明による二つのロータ1a、1bは、一方が他方の後方に連続的に連結
されている。2つのロータ1a、1bの回転速度は、異なる。ロータ1a、1bの
相対的回転速度の適切な調整は、上流側ロータ1aのの後流域からの渦巻の除去
になり、ロータ1bの後流域は、渦巻がなくなる。流れの渦巻は、図11に示さ
れると同時に上述されたように、ロータの後流域において、渦巻形フィラメント
の螺旋状のねじれに貢献する。渦巻のため、能動的または受動的作動ロータの推
進力発生のため、或いはエネルギ発生のために使うことができない後流域内の流
れ域の回転に、追加のエネルギが投入される。下流側ロータ1bの適切な逆回転
を用いることにより、渦巻は、除去され、スラストに変換される可能性があり、
ロータ1bの後流域における渦巻域の螺旋状のねじれは最早、存在しない。
ブレードや同一のブレード幾何学的形状は提供されていない。適切な構成を使用
することにより、上流側ロータ1aは、例えば、推進力より大きな渦巻を発生さ
せるし、下流側ロータ1bは、渦巻より大きな推進力を発生させる可能性がある
。極端な場合、上流側ロータは、ステータとして構成されてもよい。
ロータの第1実施例を示す。
2変形例の詳細IIを示す。
ァイル幾何学的形状における変更例を示す。
調整可能性を示す。
動域と、本発明によるプロペラの後流域における渦巻き運動域を示す。
す。
ブレード、7…前縁、8…後縁、9…表面、10…圧力側パーシャルブレード、
11…吸引側パーシャルブレード、12…ループ領域、13…プロファイル、1
4…外部スキン、16…カム、18…圧力側、19…旋回軸
Claims (14)
- 【請求項1】 動作中、流体が主流方向に通過するロータにおいて、ロータ
軸の周りに少なくとも一つのロータブレードを有し、前記ロータブレードは、旋
回軸から離れて、少なくとも一部が上記流体中に伸び、推進力、または、流れの
ため、旋回軸周りにロータが回転する際、旋回軸周りに角運動量を発生させ、そ
れにより、伴流渦が発生し、また、前記ロータブレードは、旋回軸から所定の距
離で少なくとも2つのパーシャルブレードに分岐され、前記パーシャルブレード
の一つは、ロータブレードに関して上記回転方向に伸び、他のパーシャルブレー
ドは、ロータブレードに関して上記回転方向と反対に続く、前記ロータであって
、前記パーシャルブレード(5,6)は、少なくとも一つのループ(12)を形
成するように連結され、そのループを通って、上記流体が流れ、伴流渦における
循環流が、上記ロータの動作中、本質的に一様に分布可能になっていることを特
徴とする、ロータ。 - 【請求項2】 一つのパーシャルブレード(5)の前縁(7a)は、他のパ
ーシャルブレードの前縁(7b)上流側で、少なくとも前記ロータブレード(4
)に近い領域に置かれていることを特徴とする、請求項1記載のロータ。 - 【請求項3】 ロータブレード(4)の後縁(8)は、下流側に置かれたリ
アパーシャルブレード(6)の後縁(8b)として、連続していることを特徴と
する、請求項1または2記載のロータ。 - 【請求項4】 前記ロータブレード(4)の前縁(7)は、上流側に置かれ
たフロントパーシャルブレード(5)の前縁(7a)として、連続していること
を特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のロータ。 - 【請求項5】 ループ(5,6)を形成する為に連結される前記2つのパー
シャルブレード(5,6)は、互いに円滑に併合することを特徴とする、請求項
1乃至4のいずれか一項に記載のロータ。 - 【請求項6】 前記ロータの前記旋回軸(2)は、前記ループ領域(12)
を通過することを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載のロータ。 - 【請求項7】 複数のロータブレード(4)が備えられ、前記複数のロータ
ブレードは、好ましくは回転方向(D)に等間隔に配置され、一つのロータブレ
ード(4)の上流側にある前記フロントパーシャルブレード(5)は、回転方向
(D)に沿って或いは反して連続したロータブレード(4)の下流側にあるリア
パーシャルブレード(6)に連結されていることを特徴とする、請求項1乃至6
のいずれか一項に記載のロータ。 - 【請求項8】 前記ロータブレード(4)および前記パーシャルブレード(
5,6,10,11)の少なくとも一つは、少なくとも部分的に弾性外部スキン
(14)が備えられている、請求項1乃至7のいずれか一項に記載のロータ。 - 【請求項9】 プロファイル調整手段が備えられ、それにより、前記ロータ
ブレード(4)及び前記パーシャルブレード(5,6,10,11)の少なくと
も一つの輪郭(13)が、少なくとも部分的に調整されることを特徴とする、請
求項1乃至8のいずれか一項に記載のロータ。 - 【請求項10】 迎え角調整手段が備えられ、前記迎え角調整手段は、前記
ロータブレード(4)及び前記パーシャルブレード(5,6)の少なくとも一つ
を、迎え角の調整の為に、前記ロータブレード(4)で回転自在に支持すること
を特徴とする、請求項1乃至9のいずれか一項に記載のロータ。 - 【請求項11】 掃引角調整手段が備えられ、前記掃引角調整手段は、前記
ロータブレード(4)及び前記パーシャルブレード(5,6)の少なくとも一つ
を、本質的に推進方向で、前記ロータブレード(4)上で旋回自在に支持するこ
とを特徴とする、請求項1乃至10のいずれか一項に記載のロータ。 - 【請求項12】 開口角調整手段が前記ロータブレード(4)と前記パーシ
ャルブレード(5,6)間に備えられ、前記開口角調整手段は、ロータブレード
(4)上のパーシャルブレード(5,6)の少なくとも一つを、ロータブレード
(4)の2つのパーシャルブレード(5,6)間の開口角(W)が調整可能であ
り、かつ、前記開口角が前記回転方向(D)を指すように、旋回自在に支持する
ことを特徴とする、請求項1乃至11のいずれか一項に記載のロータ。 - 【請求項13】 拡張手段が前記ロータブレード(4)と前記パーシャルブ
レード(5,6)間に備えられ、前記拡張手段は、前記ロータブレード(4)の
、流体中への拡張方向に関し前記パーシャルブレード(5,6)を支持すること
を特徴とする、請求項1乃至12のいずれか一項に記載のロータ。 - 【請求項14】 少なくとも二つのロータから成る設定において、前記ロー
タは、それらの旋回軸に沿って、前後に配置され、それぞれが反対の回転方向を
有する前記設定であって、前記ロータ(1)の少なくとも一つは、請求項1乃至
13のいずれか一項に従って構成されることを特徴とする、ロータ。
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