JP2008106619A - Composite magnus wing - Google Patents

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JP2008106619A JP2006287514A JP2006287514A JP2008106619A JP 2008106619 A JP2008106619 A JP 2008106619A JP 2006287514 A JP2006287514 A JP 2006287514A JP 2006287514 A JP2006287514 A JP 2006287514A JP 2008106619 A JP2008106619 A JP 2008106619A
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賢 小川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To attain improvement of dynamic lift of a wind power generator and an aircraft by developing a wing shape capable of generating the dynamic lift over low to high wind speed areas since in a conventional fixed wing, the dynamic lift is large at the high wind speed area but the dynamic force at the low/middle wind speed area is small and the dynamic lift by magnus effect is large at the low/middle wind speed area but a magnus cylinder becomes air resistance at the high wind speed area. <P>SOLUTION: The composite magnus type wing generates the dynamic lift of the fixed wing and the magnus force by mounting the rotation magnus cylinder to a middle of the fixed wing. The composite wing can generate the dynamic lift in a wide range from the low wind speed area to the high wind speed area by the dynamic lift by the magnus force at the low wind speed area and the dynamic lift by the fixed wing at the high wind speed area. Power generation at the wider wind speed area than conventional becomes possible by adopting it to a rotation wing of the wind power generator and performing control of the rotation number of the magnus wing. If it is adopted for the wing of the aircraft, it becomes a short fixed wing and taking off/landing in a short distance becomes possible. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、自転するマグナス円筒が発生するマグナス力と固定翼が発生する揚力との複合力を、発電機回転用モーメントとして使用する風力発電機や、揚力として利用する航空機に関する。 The present invention relates to a wind power generator that uses a combined force of a Magnus force generated by a rotating Magnus cylinder and a lift generated by a fixed wing as a generator rotation moment, and an aircraft that uses the lift as a lift.

飛行装置に使用されている揚力発生装置としてはジェット機やプロペラ機等に使用されている固定翼によるものが主流である。航空機の固定翼の代わりにマグナス効果の円筒を適用した例として下記の文献がある。
特開昭61-113595 特開昭61-105299
As a lift generating device used for a flying device, a main component is a fixed wing used for a jet or a propeller. The following documents are examples of applying a Magnus cylinder instead of an aircraft fixed wing.
JP 61-113595 JP 61-105299 A

現在、低風速域から高速域までの幅広い風速領域に適した設備としてマグナス効果を利用したマグナス型風力発電機として下記の文献がある。
ロシア連邦特許219494C2 ロシア連邦特許2118699 米国特許4366386 特開2005-256605 特開2005-256606
Currently, there are the following documents as Magnus type wind power generators using the Magnus effect as equipment suitable for a wide range of wind speeds from a low wind speed region to a high speed region.
Russian Federation Patent 219494C2 Russian Federation Patent 2118699 US Patent 4,366,386 JP2005-256605 JP2005-256606

特にメカロ秋田の開発した特開2005-256606に示されている風力発電機では、同径円筒状のマグナス円筒にスパイラル状にフィンを巻きつけ、従来のマグナス円筒型発電機から大幅に効率向上を図れることが実証されている。このスパイラル円筒型マグナス型風力発電機の性能はプロペラ型風力発電機と同等あるいはそれよりも優れたものになっている。
In particular, in the wind power generator developed by Mecharo Akita and disclosed in JP 2005-256606, fins are wound in a spiral shape around a cylindrical Magnus cylinder of the same diameter, which greatly improves efficiency compared to the conventional Magnus cylindrical generator. It has been demonstrated that it can be achieved. The performance of this spiral cylindrical Magnus type wind power generator is equivalent to or better than that of a propeller type wind power generator.

マグナス円筒による揚力発生原理は、円筒の自転数を制御することにより発生揚力を制御できる特徴があり、低・中風速域では揚力発生が大きいが、高速域では大きい断面積を持つためにマグナス円筒の空気抵抗が大きくなる短所がある。一方、固定翼は低・中風速域での発生揚力は小さいが、高速域での発生揚力は大きい特徴がある。本発明は、固定翼とマグナス円筒を複合化することにより、低速域から高速域の広い範囲で大きい揚力を発生できる新しい揚力発生装置を提供するものである。 The principle of lift generation by the Magnus cylinder is that the generated lift can be controlled by controlling the rotation speed of the cylinder. The generation of lift is large at low and medium wind speeds, but it has a large cross-sectional area at high speeds. There is a disadvantage that the air resistance of the. On the other hand, the fixed wing has a small generated lift in the low and medium wind speed range, but has a large generated lift in the high speed range. The present invention provides a new lift generator capable of generating a large lift in a wide range from a low speed region to a high speed region by combining a fixed blade and a Magnus cylinder.

プロペラ型風力発電機では低風速域での発電ができないため、年間の設備利用率や発電電力量の向上ができず、低風速域の時間帯が多い地域では風力発電機を設置できない課題があった。また、強風時にはプロペラ型風力発電機は、過回転によるプロペラの損傷を防止するために、カットアウト風速以上になると発電をしないようにプロペラのピッチを変更して発電を中止している。本発明は、複合マグナス翼を持つ風力発電機を採用することにより、低風速域から強風速域の広い範囲での発電を可能とするものである。 Propeller-type wind power generators cannot generate power at low wind speeds, so it is not possible to improve annual facility utilization and power generation, and wind power generators cannot be installed in areas with many low wind speeds. It was. Further, in order to prevent the propeller from being damaged due to excessive rotation, the propeller type wind power generator stops the power generation by changing the pitch of the propeller so as not to generate power when the wind speed exceeds the cutout wind speed. The present invention enables power generation in a wide range from a low wind speed region to a strong wind speed region by employing a wind power generator having a composite Magnus blade.

従来の航空機の固定翼の発生する揚力は、高風速域では大きい揚力を発生するが、低風速域では発生揚力が小さい課題がある。このため、現在の航空機は大きく長い固定翼と、離着陸のための長い滑走路を必要としている。本発明は複合マグナス翼を採用することにより以上の課題を解決し、航空機の固定翼の小型化と短距離での離着陸を提供するものである。 The lift generated by the fixed wing of a conventional aircraft generates a large lift in the high wind speed range, but there is a problem that the generated lift is small in the low wind speed range. For this reason, modern aircraft require large, long fixed wings and long runways for takeoff and landing. The present invention solves the above-described problems by adopting a composite Magnus wing, and provides downsizing and landing at a short distance and a fixed wing of an aircraft.

風の流れの方向に対して、円筒の自転軸が直交するように置かれたマグナス円筒において、マグナス円筒の前後に固定翼を取り付け、風速中でマグナス円筒が自転する際に発生するマグナス力による揚力と固定翼による揚力との複合化した揚力を得ることを特徴とする複合マグナス翼型揚力発生装置(請求項1) In a Magnus cylinder placed so that the rotation axis of the cylinder is perpendicular to the direction of wind flow, fixed wings are attached before and after the Magnus cylinder, and the Magnus force generated when the Magnus cylinder rotates in the wind speed. A combined Magnus airfoil lift generator characterized by obtaining a combined lift of lift and lift by a fixed wing (Claim 1).

発電機の水平回転軸に、各個独立に自転用の駆動部を設けて自転するマグナス円筒を複数個放射状に軸支して配置したマグナス型風力発電機において、前記の各個独立に自転するマグナス円筒には請求項1の複合マグナス翼を使用していることを特徴とする複合マグナス翼型風力発電機(請求項2) In the Magnus type wind power generator in which a plurality of rotating Magnus cylinders are provided on the horizontal rotating shaft of the generator, and each of the rotating Magnus cylinders is supported in a radial manner, each of the Magnus cylinders rotates independently. The composite Magnus wing type wind power generator using the composite Magnus wing of claim 1 (Claim 2)

複合マグナス翼の円筒の自転数や自転方向を制御することにより風力発電機の回転数を制御する制御機構を持つことを特徴とする請求項2に示す複合マグナス翼型風力発電機(請求項3) 3. A composite Magnus wind turbine generator according to claim 2, further comprising a control mechanism for controlling the number of rotations of the wind power generator by controlling the rotation speed and direction of rotation of the cylinder of the composite Magnus blade. )

航空機の飛行装置の揚力発生において、
飛行に必要な揚力の発生を、各個独立に自転するマグナス円筒を航空機の固定翼に単数あるいは複数個取り付けて、複合マグナス翼の原理により揚力を得ることを特徴とするマグナス翼型航空機(請求項4)
In the lift generation of aircraft flight equipment,
A Magnus wing type aircraft, characterized in that one or more Magnus Cylinders, each of which independently rotates, are attached to the fixed wing of the aircraft to obtain lift necessary for flight to obtain lift based on the principle of a composite Magnus wing. 4)

胴体の前後・左右に各個独立に自転するマグナス翼を持つマグナス型航空機において、離着陸時の揚力の発生左右のマグナス翼の自転数や自転方向を制御することにより行い、前後・左右の揚力に差を生じさせて上昇・下降や旋回を行う制御機構を持つことを特徴とする、請求項4に記載するマグナス翼型航空機(請求項5) In a Magnus aircraft with Magnus wings that rotate independently on the front and rear, left and right of the fuselage, lift is generated during take-off and landing by controlling the rotation speed and rotation direction of the left and right Magnus wings. 5. A Magnus wing type aircraft according to claim 4, further comprising a control mechanism that raises, lowers, and turns by generating a vortex (claim 5).

請求項1に示す複合マグナス翼型揚力発生装置において、マグナス円筒の前・後の固定翼は軸風の方向に対して自由に角度を変更することができる機構を持ち、風速中でマグナス円筒が自転する際に発生するマグナス力による揚力と前・後の固定翼による揚力との合成揚力を最適化して制御できる装置を持つことを特徴とする複合マグナス翼型揚力発生装置(請求項6)   In the composite Magnus wing type lift generating device according to claim 1, the fixed wings at the front and rear of the Magnus cylinder have a mechanism capable of freely changing the angle with respect to the direction of the axial wind. A composite Magnus wing type lift generator characterized by having a device capable of optimizing and controlling the combined lift of the lift by the Magnus force generated during rotation and the lift by the front and rear fixed wings (Claim 6).

請求項2〜5の複合マグナス翼型揚力発生装置を用いた複合マグナス翼型風力発電機やマグナス翼型航空機において、複合マグナス翼を請求項6の複合マグナス翼型揚力発生装置を用いて、マグナス円筒の自転数と前・後の固定翼角度とともに制御することにより複合マグナス翼の揚力を制御することを特徴とする複合マグナス翼型風力発電機およびマグナス翼型航空機(請求項7,8)
A composite Magnus wing type wind power generator or a Magnus wing type aircraft using the composite Magnus wing type lift generator according to claim 2, wherein the composite Magnus wing is used as a magnus by using the composite Magnus wing type lift generator of Claim 6. A composite Magnus airfoil wind generator and a Magnus airfoil aircraft characterized by controlling the lift of the composite Magnus wing by controlling the rotation number of the cylinder and the front and rear fixed wing angles (claims 7 and 8).

請求項1に記載した複合マグナス翼においては、固定翼の発生する揚力とマグナス円筒の発生すマグナス力が生じ、固定翼の揚力とマグナス力による揚力の合計が揚力となる。さらに、固定翼上面で加速された流れは周囲流れよりも速くなり、発生するマグナス力は、固定翼がない場合のマグナス力よりも大きくなる。このため、固定翼やマグナス円筒をそれぞれ単独で使用する場合よりも相乗効果が発生し、揚力全体が増加する効果がある。 In the composite Magnus blade according to the first aspect, the lift generated by the fixed blade and the Magnus force generated by the Magnus cylinder are generated, and the sum of the lift of the fixed blade and the lift by the Magnus force is the lift. Furthermore, the flow accelerated on the upper surface of the fixed blade is faster than the surrounding flow, and the generated Magnus force is larger than the Magnus force when there is no fixed blade. For this reason, a synergistic effect is generated compared to the case where the fixed wing and the Magnus cylinder are used alone, and the entire lift is increased.

請求項2に記載した複合マグナス翼を採用した複合マグナス翼型風力発電機においては、プロペラ翼とマグナス円筒の複合した回転モ―メントが利用可能となり、低風速域から高風速域の広い範囲で風速を有効利用できるために、年間での風力発電機電力量が増加する効果がある。また、同一発電出力ならば複合マグナス翼型風力発電機では回転翼の直径が短くなり、小型化の効果がある。 In the compound Magnus wing type wind power generator adopting the compound Magnus wing described in claim 2, a combined rotary moment of the propeller blade and the Magnus cylinder can be used, and it can be used in a wide range from a low wind speed region to a high wind velocity region. Since the wind speed can be used effectively, there is an effect of increasing the amount of wind power generation in the year. Further, if the power generation output is the same, the composite Magnus wing type wind power generator has the effect of miniaturization because the diameter of the rotor blade is shortened.

請求項3に記載した複合マグナス翼を採用したマグナス翼型風力発電機においては、マグナス円筒の自転により発生するマグナス力を調整することにより風力発電機の回転数制御が可能となる。さらに強風時にはマグナス円筒を逆方向に自転させることにより発生する回転モーメントを少なくして、風力発電機が過回転するのを防止することが可能となり、カットアウト風速を高くすることができる。このため、風力発電機の発電可能な風速域が拡大し、年間での発電電力量が増加する効果がある。 In the Magnus wing type wind power generator employing the composite Magnus wing described in claim 3, the rotational speed of the wind power generator can be controlled by adjusting the Magnus force generated by the rotation of the Magnus cylinder. Further, when the wind is strong, the rotation moment generated by rotating the Magnus cylinder in the reverse direction can be reduced to prevent the wind power generator from over-rotating, and the cut-out wind speed can be increased. For this reason, there is an effect that the wind speed region where the wind power generator can generate power is expanded, and the amount of power generated annually increases.

請求項4に記載した複合マグナス翼を採用した航空機においては、固定翼揚力とマグナス円筒の揚力を複合して得ることにより離着陸の揚力を得ることができ、巡航飛行中はマグナス円筒は停止して固定翼の揚力のみで飛行するために、必要な固定翼の面積や翼長を減少することが可能となる。この結果、複合マグナス翼では翼長の短縮が可能となり、航空機がコンパクトとなる効果がある。 In an aircraft adopting the composite Magnus wing described in claim 4, the lift of take-off and landing can be obtained by combining the fixed wing lift and the lift of the Magnus cylinder, and the Magnus cylinder stops during cruise flight. In order to fly only with the lift of a fixed wing, it becomes possible to reduce the required fixed wing area and wing length. As a result, the composite Magnus wing can shorten the wing length and has the effect of making the aircraft compact.

航空機は離着陸時に非常に大きい揚力を必要とすることから、複合マグナス翼は短距離離着陸に適した航空機の翼となる。例えば、従来の固定翼の航空機は、離陸着陸のために通常飛行時には不必要な大きい翼を持っているが、この大きい固定翼は通常飛行時には抵抗として働くのみであり、経済性改善の課題になっている。大きい翼は着陸後の空港での移動、駐機時にも過大なスペースを要し、航空機の翼小型化は航空機発達上重要な課題である。複合マグナス翼の航空機は小型化できるために、空港の過密化防止、空港サイトの小面積化の効果がある。 Since aircraft require very high lift during take-off and landing, the composite Magnus wing is an aircraft wing suitable for short-range take-off and landing. For example, conventional fixed-wing aircraft have large wings that are unnecessary during normal flight due to takeoff and landing, but these large fixed wings only serve as resistance during normal flight, which is an issue for improving economic efficiency. It has become. Large wings require excessive space when moving and parking at the airport after landing, and miniaturization of aircraft wings is an important issue in aircraft development. Since the aircraft of the composite Magnus wing can be reduced in size, it has the effect of preventing airport overcrowding and reducing the area of the airport site.

従来の航空機では左右への旋回や上昇下降等の姿勢制御は垂直尾翼やフラップの機能によっていたが、請求項5のマグナス翼を採用した航空機においては、マグナス円筒の自転数や自転方向を調整することにより姿勢制御が可能となる効果がある。複合マグナス翼方式による姿勢制御は低速度域でも可能なために、従来の航空機とは異なる飛行特性を持つ航空機の開発の可能性が期待される。   In conventional aircraft, attitude control such as turning to the left and right, ascending and descending was based on the function of the vertical tail and the flap. However, in the aircraft using the Magnus wing of claim 5, the rotation number and rotation direction of the Magnus cylinder are adjusted. This has the effect of enabling posture control. Since attitude control by the composite Magnus wing method is possible even in the low speed range, the possibility of developing aircraft with flight characteristics different from those of conventional aircraft is expected.

請求項6は、複合マグナス翼の前・後の固定翼の角度を風速方向により最適な角度に変えることにより、風速に対してマグナス力による揚力と前・後の固定翼の揚力が最大になるように制御し、幅広い風速領域で大きい揚力を得ることが可能となる。   According to the sixth aspect of the present invention, the lift by the Magnus force and the lift of the front and rear fixed blades are maximized with respect to the wind speed by changing the angle of the front and rear fixed blades of the composite Magnus blade to an optimum angle depending on the wind speed direction. Thus, it becomes possible to obtain a large lift in a wide range of wind speeds.

請求項7,8は、請求項6の複合マグナス翼を風力発電機や航空機に利用した場合、固定翼の揚力とマグナス力による揚力を最適化することができるために、最も効率的な制御が可能となる。
In claims 7 and 8, when the composite Magnus wing of claim 6 is used for a wind power generator or an aircraft, the lift of the fixed wing and the lift by the Magnus force can be optimized. It becomes possible.

従来の固定翼とマグナス円筒とでは揚力発生の風速域が異なっており、互いに補完的に使用することにより広い風速域での揚力発生が可能となる。このような従来の固定翼とマグナス円筒を複合化させた複合マグナス翼は風力発電設備や航空機の翼として利用することが可能であり、以下のその原理と具体的な実施例を示す。実施例は、一例であり、この例に限定されるものではない。 The conventional fixed wing and the Magnus cylinder have different wind speed regions for generating lift, and by using them complementarily, it is possible to generate lift in a wide range of wind speeds. Such a conventional Magnus wing obtained by combining a conventional fixed wing and a Magnus cylinder can be used as a wing of a wind power generation facility or an aircraft, and its principle and specific examples will be described below. The embodiment is an example, and the present invention is not limited to this example.

図7(a)に、従来の固定翼での揚力発生機構を図示する。風の流れは固定翼に当たり、翼前縁で流れは上部と下部に分かれる。翼上部では固定翼の曲率に沿って速度を早めて後縁にいたる。一方、下部では流れは遅くなり後縁いたる。揚力発生の原理はベルヌーイの定理で説明されている。
空気密度ρ、上部風速V、上部の静圧をp、下部風速V、下部の静圧をpとするとベルヌーイの定理より式(1)のように現せる。
1/2ρ(V)+p=1/2ρ(V)+p 式(1)
固定翼に発生する単位面積あたりの揚力L
=p−p=1/2ρ(V)−1/2ρ(V) 式(2)
上部風速V、下部風速Vは固定翼の断面形状により決まるために、周囲風速をVとし、翼断面形状毎に揚力係数αを求めて式(3)のようにも現せる。
=1/2ραV 式(3)
FIG. 7 (a) shows a lift generating mechanism in a conventional fixed wing. The wind flow hits the fixed wing, and the flow is divided into an upper part and a lower part at the leading edge of the wing. In the upper part of the wing, the speed is increased along the curvature of the fixed wing to the trailing edge. On the other hand, in the lower part, the flow becomes slower and the trailing edge. The principle of lift generation is explained by Bernoulli's theorem.
Assuming that the air density ρ, the upper wind speed V 1 , the upper static pressure is p 1 , the lower wind speed V 2 , and the lower static pressure is p 2 , the Bernoulli's theorem can be expressed as shown in Equation (1).
1 / 2ρ (V 1 ) 2 + p 1 = 1 / 2ρ (V 2 ) 2 + p 2 formula (1)
Lift L w per unit area generated in the fixed wing L w = p 2 -p 1 = 1 / 2ρ (V 1) 2 -1 / 2ρ (V 2) 2 Equation (2)
Since the upper wind speed V 1 and the lower wind speed V 2 are determined by the cross-sectional shape of the fixed blade, the surrounding wind speed is V, and the lift coefficient α is obtained for each blade cross-sectional shape and can be expressed as shown in Equation (3).
L w = 1 / 2ραV Formula 2 (3)

図7(b)に円筒に発生するマグナス力による揚力Lを示す。
空気密度ρ、風速V、上部の静圧をp1m、下部の静圧をp2m、マグナス円筒の周速度uとするとベルヌーイの定理より下記のように現せる。
1/2ρ(V+u)+p1m=1/2ρ(V−u)+p2m 式(4)
マグナス力L
=p2m−p1m=1/2ρ(V+u)−1/2ρ(V−u) 式(5)
円筒自転角速度ω、円筒直径dとすると
u=ωd/2 式(6)
=1/2ρ[ (V+ω・d/2)−(V−ω・d/2)]=ρVωd 式(7)
となり、風速V、円筒自転角速度ω、円筒直径dに比例する。
Figure 7 (b) shows the lift L m by Magnus force generated in the cylinder.
Assuming that the air density ρ, the wind speed V, the upper static pressure is p 1m , the lower static pressure is p 2m , and the peripheral velocity u of the Magnus cylinder, it can be expressed as follows from Bernoulli's theorem.
1 / 2ρ (V + u) 2 + p 1m = 1 / 2ρ (V−u) 2 + p 2m (4)
Magnus force L m is L m = p 2m -p 1m = 1 / 2ρ (V + u) 2 -1 / 2ρ (V-u) 2 Equation (5)
When the cylindrical rotation angular velocity ω and the cylindrical diameter d are given, u = ωd / 2 (6)
L m = 1 / 2ρ [(V + ω · d / 2) 2 − (V−ω · d / 2) 2 ] = ρVωd Equation (7)
And is proportional to the wind velocity V, the cylindrical rotation angular velocity ω, and the cylindrical diameter d.

図1に固定翼とマグナス翼を複合化させた場合の複合マグナス翼を示す。以下、そのメカニズムについて説明する。風の流れVは前部固定翼に当たり、前縁で流れは上部と下部に分かれる。固定翼上部では翼の曲率に沿って速度を速めてV、上部マグナス円筒の前端にいたる。流れはマグナスの自転でさらに加速されて後縁いたる。一方、下部では流れVと遅くなりマグナス円筒の下部前端にいたる。流速はマグナスの自転でさらに減速されて後部固定翼に、その後、後縁にいたる。
複合マグナス翼のマグナス力LmH
mH=p2H−p1H=1/2ρ(V+u)−1/2ρ(V−u) 式(8)
となり、V>V>Vの関係よりマグナス力LmH>Lとなり、固定翼とマグナス円筒をそれぞれ単独で使用したものを単純に加算した(L+L)よりも大きい揚力(L+LmH)が発生し、複合効果が得られる。
FIG. 1 shows a composite Magnus blade when a fixed blade and a Magnus blade are combined. Hereinafter, the mechanism will be described. The wind flow V hits the front fixed wing, and at the leading edge, the flow is divided into an upper part and a lower part. At the upper part of the fixed wing, the speed is increased along the curvature of the wing to V 1 and reaches the front end of the upper Magnus cylinder. The flow is further accelerated by the rotation of Magnus, leading to the trailing edge. On the other hand, leading to a lower front end of slows down Magnus cylinder with the flow V 2 at the bottom. The flow velocity is further reduced by the rotation of Magnus and reaches the rear fixed wing, and then reaches the trailing edge.
The Magnus force L mH of the composite Magnus wing is L mH = p 2H -p 1H = 1 / 2ρ (V 1 + u) 2 −1 / 2ρ (V 2 −u) 2 formula (8)
From the relationship of V 1 >V> V 2 , the Magnus force L mH > L m is satisfied , and the lift force (L w + L m ) greater than the sum of those using the fixed blade and the Magnus cylinder alone (L w + L m ) w + L mH ) is generated, and a combined effect is obtained.

固定翼による揚力Lとマグナス力Lとは異なった揚力発生特性を持っている。図3に固定翼の揚力Lとマグナス力Lを縦軸、風速Vを横軸とし式(3)と式(7)の関係を示す。揚力Lは風速Vの自乗に比例するために、風速Vが小さいときは揚力Lも小さく、風速が大きくなると揚力Lは非常に大きくなる。一方、マグナス力Lは風速Vに比例するために直線的に増加する。このため、低・中風速域では固定翼による揚力Lよりも大きくすることができる。
風速Vaでの固定翼揚力Lwa,マグナス力Lmaとすると、複合した揚力はLwa+Lmaに相乗効果分を加算した大きさになる。低・中風速域でマグナス円筒の自転の角速度をωから2ωへと2倍にすると、発生するマグナス力Lmaaも原理的には2倍になる。ただし、実用上ではマグナス円筒による空気乱れによる抵抗が増加するために2倍よりは低い値になり、またマグナス円筒の自転数には最適点があることを考慮する必要がある。しかし、一般的には低・中風速域ではマグナス円筒の自転数を早くすることにより、従来の固定翼よりも高い揚力を得ることが可能となる。
It has a different lift force generation characteristics and the lift L w and the Magnus force L m by fixed-wing. The vertical axis lift L w and Magnus force L m of the fixed wings 3, the wind speed V horizontal axis to equation (3) shows the relationship of the formula (7). To lift L w is proportional to the square of the wind speed V, when the wind speed V is small lift L w is small, the lift L w wind speed increases becomes very large. On the other hand, Magnus force L m increases linearly in proportional to the wind speed V. Therefore, in a low-wind speeds can be greater than the lift L w with fixed blades.
Assuming that the fixed blade lift L wa and the Magnus force L ma at the wind speed Va, the combined lift becomes a magnitude obtained by adding a synergistic effect to L wa + L ma . When the angular velocity of rotation of the Magnus cylinder is doubled from ω to 2ω in the low and medium wind speed regions, the generated Magnus force L maa also doubles in principle. However, in practice, the resistance due to air turbulence caused by the Magnus cylinder increases, so the value is lower than twice, and it is necessary to consider that the rotation number of the Magnus cylinder has an optimum point. However, in general, by increasing the rotation speed of the Magnus cylinder in the low and medium wind speed regions, it is possible to obtain higher lift than the conventional fixed blade.

従来のマグナス型風力発電機の構造について図8に基づいて説明する。地上の基礎24に固定された支柱22の上端にナセル20がある。ナセル20は軸50を回転軸として風の方向に自由に向くようになっている。ナセル20の中には発電機30が水平方向に設置されており、発電機の回転軸の延長に軸駆動のため複数のマグナス翼36,38,40が放射状に取り付けられている。マグナス翼の数は3枚に限定されるものではなく、単数でも複数でもよい。
各マグナス円筒の取り付け部44には電動機等の駆動機34があり、風(WIND)の中で、各円筒型マグナス翼36,38,40を矢印イのように自転させることにより、円筒型マグナス翼36,38,40に矢印ロ方向への回転力が発生する。この力はマグナス力による回転力であり、マグナス力と回転軸からの半径の積が回転モーメントとなり風力発電機30を回転させる力となる。従来のマグナス型風力発電機のマグナス円筒は図8に示すような単純な円筒状のもので、マグナス効果も小さく、発電効率も低いものであった。
The structure of a conventional Magnus type wind power generator will be described with reference to FIG. There is a nacelle 20 at the upper end of a column 22 fixed to the foundation 24 on the ground. The nacelle 20 is freely oriented in the wind direction with the shaft 50 as a rotation axis. A generator 30 is installed in the nacelle 20 in a horizontal direction, and a plurality of Magnus blades 36, 38, and 40 are radially attached to the rotating shaft of the generator for driving the shaft. The number of Magnus blades is not limited to three, and may be one or more.
Each Magnus cylinder mounting portion 44 has a drive 34 such as an electric motor. By rotating each of the cylindrical Magnus blades 36, 38, 40 in the wind (WIND) as indicated by arrows A, the cylindrical Magnus. A rotational force in the direction of the arrow B is generated on the blades 36, 38, 40. This force is a rotational force due to the Magnus force, and the product of the Magnus force and the radius from the rotation shaft becomes a rotational moment, which becomes a force for rotating the wind power generator 30. The Magnus cylinder of the conventional Magnus type wind power generator has a simple cylindrical shape as shown in FIG. 8 and has a small Magnus effect and low power generation efficiency.

近年図9に示すような円筒にスパイラル状のフィン46を巻いたマグナス円筒(スパイラルフィン型マグナス翼47と呼ぶ)が開発され、従来の単純円筒のマグナス翼をはるかに凌ぐ効率が得られている。このスパイラルフィン型マグナス翼47を採用した風力発電機は現在試験中であり、マグナス翼単体ではプロペラ型の3.8倍の揚力を発生したとの報告もあり、汎用のプロペラ型風力発電機と同等以上の高い効率を発揮していると発表されている。 In recent years, a Magnus cylinder (referred to as a spiral fin-type Magnus blade 47) in which a spiral fin 46 is wound around a cylinder as shown in FIG. 9 has been developed, and efficiency far exceeding that of a conventional simple cylinder Magnus blade has been obtained. . A wind power generator using the spiral fin type Magnus blade 47 is currently under test, and it has been reported that the Magnus blade itself has generated 3.8 times the lift of the propeller type, which is equivalent to or higher than the general-purpose propeller type wind power generator. It has been announced that it exhibits high efficiency.

図2に今回の複合マグナス翼を風力発電機に適用した場合を示す。この発明は従来のプロペラ型風力発電機と円筒型マグナス翼風力発電機の持つ特徴を併せ持っているので、低風速から高風速の広い風速領域で高効率を発揮できる風力発電機である。地上の基礎24に固定された支柱22の上端にナセル20がある。ナセル20は軸50を回転軸として風の方向に自由に向くようになっている。ナセル20の中には発電機30が水平方向に設置されており、発電機の回転軸の延長に、軸駆動のための複数の複合マグナス翼51,52,53,54が放射状に取り付けられている。複合マグナス翼の数は4枚に限定されるものではなく、単数でも複数でもよい。
各複合マグナス翼51,52,53,54の取り付け部44には電動機等の駆動機34があり、風(WIND)の中で、各マグナス円筒51a,52a,53a,54aを矢印イのように自転させることにより、複合マグナス翼51,52,53,54に矢印ロ方向への回転力が発生する。また、固定翼も風を受けて矢印ロ方向への回転力が発生する。この複合した回転力と回転軸からの半径の積が回転モーメントとなり風力発電機30を回転させる。
FIG. 2 shows a case where the present composite Magnus blade is applied to a wind power generator. Since the present invention has the characteristics of the conventional propeller type wind power generator and the cylindrical Magnus blade wind power generator, it is a wind power generator that can exhibit high efficiency in a wide wind speed range from low wind speed to high wind speed. There is a nacelle 20 at the upper end of a column 22 fixed to the foundation 24 on the ground. The nacelle 20 is freely oriented in the wind direction with the shaft 50 as a rotation axis. A generator 30 is installed in the nacelle 20 in the horizontal direction, and a plurality of composite Magnus blades 51, 52, 53, 54 for driving the shaft are radially attached to the extension shaft of the generator. Yes. The number of composite Magnus blades is not limited to four, and may be one or more.
A drive unit 34 such as an electric motor is provided at the attachment portion 44 of each composite Magnus blade 51, 52, 53, 54. In the wind (WIND), each Magnus cylinder 51a, 52a, 53a, 54a is indicated by an arrow i. By rotating, the composite Magnus blades 51, 52, 53, and 54 generate a rotational force in the direction indicated by the arrow B. The fixed wing also receives wind and generates a rotational force in the direction of arrow B. The product of the combined rotational force and the radius from the rotation shaft becomes a rotation moment, and the wind power generator 30 is rotated.

図4に複合マグナス翼の平面図と断面図を示す。平面図は発電機回転軸31に複合マグナス翼51を取り付けた構造を示す。翼51cは固定式でも可変ピッチ制御を行ってもよい。マグナス円筒51aは自転軸51bを軸として駆動機34により自転し、軸受51d,51eで固定翼51cに固定されている。マグナス円筒51aと固定翼51cとは接触しないような隙間を設けているが、この隙間は空気の損失の原因となるので接触しない程度までに狭くする必要がある。断面図はイ矢指からの断面を示す。図5に複合マグナス翼の投影図を示す。 FIG. 4 shows a plan view and a cross-sectional view of the composite Magnus wing. The plan view shows a structure in which a composite Magnus blade 51 is attached to the generator rotating shaft 31. The wings 51c may be fixed or may perform variable pitch control. The Magnus cylinder 51a is rotated by the drive unit 34 about the rotation shaft 51b, and is fixed to the fixed blade 51c by bearings 51d and 51e. A gap is provided so that the Magnus cylinder 51a and the fixed wing 51c do not come into contact with each other. However, since this gap causes a loss of air, the gap needs to be narrowed so as not to come into contact. The cross-sectional view shows a cross section from the arrow finger. FIG. 5 shows a projection view of the composite Magnus wing.

本発明の複合マグナス翼を採用した風力発電機は、より広い風速領域において風の有効利用が可能となる。これは、プロペラ型は式3に示すように風速Vの自乗に比例するために、風速が早くなると回転力も大きくなる。一方、マグナス翼は風速Vとマグナス翼の自転角速度ωの積に比例するために、低風速領域でも自転角速度ωを早くすることによりマグナス力により必要な回転力を得ることが可能となる。この結果、複合マグナス翼を採用した風力発電機は、プロペラ型風力発電機よりも低・中風速域でも効率が良い発電機となる。また、マグナス翼の回転直径を短くできるので小型化も可能となる。 The wind power generator employing the composite Magnus blade of the present invention can effectively use wind in a wider wind speed region. This is because the propeller type is proportional to the square of the wind speed V as shown in Equation 3, so that the rotational force increases as the wind speed increases. On the other hand, since the Magnus blade is proportional to the product of the wind speed V and the rotation angular velocity ω of the Magnus blade, it is possible to obtain the necessary rotational force by the Magnus force by increasing the rotation angular velocity ω even in the low wind velocity region. As a result, the wind power generator that employs the composite Magnus blade is a more efficient power generator than the propeller type wind power generator even at low and medium wind speeds. Further, since the rotating diameter of the Magnus wing can be shortened, the size can be reduced.

風力発電機は、発電機で発生する電力周波数を一定値に維持するために発電機の回転数を一定回転数に制御する方式がある。複合マグナス翼を採用した場合、マグナス円筒の自転数制御を行うことにより複合マグナス翼発電機の回転数が一定になるように制御できる。図6(a)に発電機の回転数制御の方法を示す。制御値回転数に対して実測値回転数が大きい場合は、回転力を少なくさせるためにマグナス円筒の自転数を減少させる。反対に、制御値回転数よりも実測値回転数が少ない場合には、回転力を増加させるためにマグナス円筒の自転数を増加させる。 The wind power generator has a method of controlling the rotational speed of the generator to a constant rotational speed in order to maintain the power frequency generated by the power generator at a constant value. When the composite Magnus blade is employed, the rotational speed of the composite Magnus blade generator can be controlled to be constant by controlling the rotation speed of the Magnus cylinder. FIG. 6 (a) shows a method for controlling the rotational speed of the generator. When the actually measured rotational speed is larger than the control rotational speed, the rotational speed of the Magnus cylinder is decreased to reduce the rotational force. On the other hand, when the actually measured rotational speed is smaller than the control rotational speed, the rotational speed of the Magnus cylinder is increased to increase the rotational force.

複合マグナス翼を採用した風力発電機は強風や台風に強い設備となる。これは、マグナス自転軸がプロペラ翼を支持し、構造的強度が増加するのみでなく、プロペラ翼の長さを短くできる面からも言える。さらに、強風により発電機回転数が制限値を超えそうになればマグナス円筒を逆方向に自転させることにより複合マグナス翼の合計の回転力を減じて、発電機回転数を抑制することによっても可能となる。図6(b)にその制御方法を示す。 A wind power generator that uses a composite Magnus wing is a strong facility against strong winds and typhoons. This can be said from the aspect that the Magnus rotation shaft supports the propeller blade and not only increases the structural strength but also shortens the length of the propeller blade. Furthermore, if the generator speed is likely to exceed the limit value due to strong winds, it is possible to reduce the total rotational force of the composite Magnus wing by rotating the Magnus cylinder in the reverse direction and to suppress the generator speed. It becomes. FIG. 6B shows the control method.

図3に基づきその制御方法の説明をする。プロペラ翼のカット・アウト風速領域をVS1とする。この速度を超えると風力発電機のプロペラ翼はストール角度(仕事をしない角度)にして風速を利用せずに逃がしてプロペラ翼の過回転を防止する。複合マグナス翼の場合は、マグナス円筒を逆方向に自転させることによりプロペラの翼の揚力を実線から一点鎖線のように減少させることが可能となる。これに伴い、プロペラ翼のカット・アウト風速VC1がVC2に移動するために、広い風速域での発電が可能となる。具体的な制御方法は図6(b)の強風時発電機回転数制御に示す。この方法はプロペラ型風力発電機のピッチ角制御と併用することも可能であり、その結果、従来以上の幅広い柔軟な制御が可能となる。 The control method will be described with reference to FIG. Let V S1 be the cut-out wind speed region of the propeller blade. When this speed is exceeded, the propeller blades of the wind power generator are set to a stall angle (an angle at which work is not performed) and escaped without using the wind speed to prevent over-rotation of the propeller blades. In the case of a composite Magnus wing, the lift of the propeller wing can be reduced from a solid line to a one-dot chain line by rotating the Magnus cylinder in the opposite direction. Accordingly, the cut-out wind speed V C1 of the propeller blades moves to V C2 , so that power generation in a wide wind speed range is possible. A specific control method is shown in the generator speed control at the time of strong wind in FIG. This method can be used in combination with the pitch angle control of the propeller type wind power generator, and as a result, a wider range of flexible control than before can be achieved.

図10は複合マグナス翼を航空機の主翼に組み込んだ場合の一例である。胴体100の両側に主翼101があり、主翼101の中にマグナス円筒102が組み込まれている。エンジン104の先端にはプロペラ105が装着されて駆動される。エンジン104から回転軸を延長し、回転数調速装置106によりマグナス円筒を自転させる。左右のマグナス円筒の自転数調整装置103は左右のマグナス円筒の自転数を一致させたり、自転数に差を発生させたりして飛行機の姿勢制御を行う装置である。図10の飛行機の場合、左右への旋回はマグナス円筒の自転の差を利用したり、垂直尾翼108により行う。右旋回の場合は右翼のマグナス円筒の自転数を低くし、左翼のマグナス円筒の自転数を高くするとともに垂直尾翼108により行う。上昇・下降は左右のマグナス円筒の自転数の増減と従来の水平尾翼107により行う。上昇時は左・右のマグナス円筒の自転数を速くし、下降時にはマグナス円筒の自転数を遅くするか、自転方向を反対向きにしてもよい。 FIG. 10 shows an example in which the composite Magnus wing is incorporated in the main wing of an aircraft. A main wing 101 is provided on both sides of the fuselage 100, and a Magnus cylinder 102 is incorporated in the main wing 101. A propeller 105 is mounted on the tip of the engine 104 and driven. The rotating shaft is extended from the engine 104, and the Magnus cylinder is rotated by the rotation speed governor 106. The left and right Magnus cylinder rotation number adjusting device 103 is a device that controls the attitude of the airplane by matching the rotation numbers of the left and right Magnus cylinders or by generating a difference in the rotation number. In the case of the airplane shown in FIG. 10, the left / right turn is performed by using the difference in rotation of the Magnus cylinder or by the vertical tail 108. In the case of right turn, the rotation speed of the right-wing Magnus cylinder is decreased, the rotation speed of the left-wing Magnus cylinder is increased, and the vertical tail 108 is used. The ascending / descending is performed by increasing / decreasing the rotation number of the left and right Magnus cylinders and the conventional horizontal tail 107. The rotation speed of the left and right Magnus cylinders may be increased when ascending, and the rotation speed of the Magnus cylinder may be decreased when descending, or the rotation direction may be reversed.

図11は従来の垂直尾翼、水平尾翼をなくして、複合マグナス翼垂直尾翼111と複合マグナス翼水平尾翼110により左・右旋回と上昇・下降の姿勢制御を行う航空機を示す。左・右への旋回は垂直に立てた複合マグナス翼垂直尾翼111の円筒の自転方向を制御することにより旋回する。例えば、矢印(イ)の方向に自転することにより⇒(ロ)の方向へ航空機の尾翼を押す力が発生するので航空機としては左旋回をすることになる。右旋回には逆方向に自転させればよい。
上昇・下降については水平尾翼110のマグナス円筒の自転を矢印(ハ)の方向に自転すると尾翼に上向きの揚力が発生するので航空機としては機首が下がり降下姿勢になる。反対の方向に自転すると尾翼に下向きの揚力が発生するので航空機としては機首が上がり、上昇姿勢になる。
FIG. 11 shows an aircraft in which the conventional vertical tail and horizontal tail are eliminated, and the composite Magnus wing vertical tail 111 and the composite Magnus wing horizontal tail 110 perform left / right turn and up / down attitude control. The turning to the left and right is made by controlling the direction of rotation of the cylinder of the vertical vertical composite magnus blade 111. For example, by rotating in the direction of the arrow (b), a force is generated to push the tail of the aircraft in the direction of (b), so the aircraft turns left. It is only necessary to rotate in the opposite direction for a right turn.
Ascending and descending, when the rotation of the Magnus cylinder of the horizontal tail 110 is rotated in the direction of the arrow (c), an upward lift is generated in the tail, so that the nose of the aircraft falls and assumes a descending posture. If the aircraft rotates in the opposite direction, a downward lift is generated on the tail, so the nose of the aircraft rises and moves up.

図12は複数のマグナス円筒を使用するマグナス翼を示したものである。マグナス効果による揚力は式(7)に示すように円筒直径に比例する。このため、円筒直径を大きくすればよいが、単純に直径を大型化させると空気抵抗も大きくなり、航空機では通常飛行中の空気抵抗を減少させるためには不必要に円筒直径を大きくすることはできない。このため、マグナス円筒を数段にして設置することにより、円筒直径を増加したのと同じ揚力を得ることが可能である。複数段のマグナス円筒を設けた場合、前段のマグナス円筒での風速度の増減効果を次段のマグナス円筒でさらに利用することが可能となる。マグナス円筒部での微小な抵抗損失を無視すれば、一段のマグナス円筒上面の風速はV+u、二段マグナス円筒上面の風速はV+u+uとなり、一方、一段のマグナス円筒下面の風速はV−u、二段マグナス円筒下面の風速はV−u−uとなり、発生するマグナス力Fm1<Fm2は段々と大きくなる。このように、小口径の複数のマグナス円筒により揚力を発生させることが可能である。 FIG. 12 shows a Magnus wing using a plurality of Magnus cylinders. The lift due to the Magnus effect is proportional to the cylinder diameter as shown in equation (7). For this reason, it is only necessary to increase the cylinder diameter, but if the diameter is simply increased, the air resistance increases, and in an aircraft, it is not necessary to increase the cylinder diameter unnecessarily to reduce the air resistance during normal flight. Can not. For this reason, by installing Magnus cylinders in several stages, it is possible to obtain the same lift as increasing the cylinder diameter. When a plurality of Magnus cylinders are provided, the effect of increasing or decreasing the wind speed in the preceding Magnus cylinder can be further utilized in the next Magnus cylinder. If neglecting the minute resistance loss in the Magnus cylinder, the wind speed on the upper surface of the first Magnus cylinder is V + u, the wind speed on the upper surface of the second Magnus cylinder is V + u + u, while the wind speed on the lower surface of the Magnus cylinder is V-u, the wind speed of the lower surface of the two-stage Magnus cylinder is V-u-u, and the generated Magnus force Fm1 <Fm2 increases gradually. Thus, lift can be generated by a plurality of small-diameter Magnus cylinders.

小口径の複数のマグナス円筒は通常飛行中は翼内に収納可能とし、離・着陸時の必要とするときに、翼上面や翼下面に出して揚力発生装置として機能させることができる。これは、航空機は離・着陸時にのみ大きい揚力を必要とし、通常飛行中に必要な翼は小さくてよので、離・着陸時のみマグナス円筒を引き出して揚力を発生させ、不要なときは収納することにより、通常飛行中の空気抵抗を減少できる効果がある。 A plurality of small-diameter Magnus cylinders can be stored in a wing during normal flight, and can be put out on the wing upper surface or the lower wing surface to function as a lift generating device when needed during takeoff and landing. This is because the aircraft needs high lift only during take-off and landing, and the wings required during normal flight are small, so pull out the Magnus cylinder only during take-off and landing and generate lift and store it when it is not needed Thus, there is an effect that air resistance during normal flight can be reduced.

図13に複合マグナス翼により制御可能な航空機の一例を示す。この機体は固定翼に取り付けられたエンジンを固定翼と共に角度を変えて垂直離着陸や短距離離着陸を行う航空機で、ティルト・ロータ方式と呼ばれている。垂直離陸時には固定翼とエンジンを垂直にしてヘリコプターのように垂直に離陸し、その後、固定翼とエンジンを水平に変更して水平飛行に移る垂直離着陸機(VTOL機)として運用する。また、固定翼とエンジンを一定の迎角にして短距離の滑走により離着陸を行う短距離離着陸機(STOL機)とて使用すると人員や貨物の積載量をVTOL機より大幅に増加することができる。   FIG. 13 shows an example of an aircraft that can be controlled by the composite Magnus wing. This aircraft is an aircraft that performs vertical take-off and landing and short take-off and landing by changing the angle of the engine attached to the fixed wing together with the fixed wing, and is called a tilt rotor system. At the time of vertical take-off, the fixed wing and the engine are made vertical and take off vertically like a helicopter, and then the fixed wing and the engine are changed to a horizontal position to operate as a vertical take-off and landing aircraft (VTOL aircraft). Also, when used as a short-range take-off and landing aircraft (STOL aircraft) that takes fixed landing wings and engines at a constant angle of attack and takes off and landing by short-distance running, the load capacity of personnel and cargo can be significantly increased compared to VTOL aircraft. .

ティルト・ロータ方式の航空機に複合マグナス翼を採用することにより航空機の離着陸性能を向上させるとともに、従来とは異なった飛行特性を得ることができる。図13(a)に示す垂直離陸時には、マグナス円筒はイ方向の自転により後方向のマグナス力が発生し、ロ方向の自転により前方向のマグナス力が発生する。これを利用すると、固定翼とエンジンを垂直状態のままにして垂直離陸しながら、同時に前・後の水平方向への移動が可能となる。
図13(b)に示すように、固定翼とエンジンを一定の迎角を持たせた状態でマグナス円筒をイ方向に自転させることにより、航空機にはプロペラによる推力Lとマグナス円筒による揚力Lの合成揚力Lwmが発生する。この揚力は固定翼のエンジンを垂直にしたときの揚力Lよりも大きくなり、短距離離着陸機(STOL機)として使用すると、人員や貨物の積載量が増加する。前進や後退は固定翼のエンジンの角度を変えたり、マグナス円筒の自転数を変えることにより合成揚力Lwmの向きを変化させて、水平方向の推力を調整することにより可能である。
このように、複合マグナス翼を採用した航空機は垂直離着陸機(VTOL機)あるいは短距離離着陸機(STOL機)として最適である。離陸時にはプロペラの作る風速と複合マグナス翼により、飛行機はあまり滑走することなく大きい揚力が発生し、離陸することができる。
By adopting the composite Magnus wing in a tilt-rotor type aircraft, the take-off and landing performance of the aircraft can be improved, and flight characteristics different from the conventional one can be obtained. At the time of vertical take-off shown in FIG. 13 (a), the Magnus cylinder generates a backward Magnus force due to rotation in the direction B, and generates a forward Magnus force due to rotation in the direction B. If this is used, the fixed wing and the engine remain in the vertical state, and at the same time, it is possible to move forward and backward in the horizontal direction while taking off vertically.
As shown in FIG. 13 (b), by rotating the fixed wing and engine Magnus cylinder in Lee direction in a state in which have a constant angle of attack, lift L is the aircraft by thrust L w and Magnus cylinder by a propeller A composite lift L wm of m is generated. The lift is larger than the lift L w when the vertically engine fixed wing, when used as a short take-off and landing aircraft (STOL machine), load of the personnel and cargo increases. Advancing and retreating are possible by adjusting the thrust in the horizontal direction by changing the angle of the engine of the fixed wing or changing the direction of the combined lift Lwm by changing the rotation speed of the Magnus cylinder.
As described above, an aircraft adopting a composite Magnus wing is optimal as a vertical take-off and landing aircraft (VTOL aircraft) or a short-range take-off and landing aircraft (STOL aircraft). During takeoff, the wind speed and the composite Magnus wing produced by the propeller allow the aircraft to take off without taking off too much and take off.

図14にスペースシャトルのような地球・宇宙往還機の飛行装置の揚力発生装置として適用した例を示す。宇宙往還機においては、揚力の発生をリフディング・ボディー(揚力発生胴体)に依存し、グライダーのように滑空して帰還している。しかし、リフディング・ボディーは揚力が小さく、グライダーのように自由には飛行できないために着陸時の制約条件が大きく、着陸地点を自由に選定できない面がある。しかし、複合マグナス翼を採用し、離着陸時の揚力を複合マグナス円筒により発生させ、通常飛行中の揚力は揚力発生胴体により発生させて飛行可能とする無翼型航空機とすることにより、幅広い着陸地点が選定可能となる。打ち上げや地球への再突入時には空気との摩擦により機体表面は非常に高温度にさらされるために、マグナス円筒は胴体の中に収納して熱の影響を受けないようにしておくとよい。また、マグナス円筒内部は燃料や搭乗員の空気等の格納容器等に使用すれば、マグナス円筒のスペースを有効に活用することができる。 FIG. 14 shows an example in which the present invention is applied as a lift generating device for a flying device of an earth / space return aircraft such as a space shuttle. The spacecraft depends on the refining body (lifting fuselage) for generating lift, and glides like a glider and returns. However, since the lifting body has a small lift and cannot fly freely like a glider, the restrictions on landing are large, and the landing point cannot be freely selected. However, by adopting composite Magnus wing, lift force during take-off and landing is generated by composite Magnus cylinder, and lift during normal flight is generated by the lift generation fuselage, making it a non-winged aircraft that can fly, so a wide landing point Can be selected. When launching or re-entering the earth, the surface of the fuselage is exposed to extremely high temperatures due to friction with air. Therefore, it is recommended to store the Magnus cylinder in the fuselage so that it is not affected by heat. Further, if the inside of the Magnus cylinder is used as a containment container for fuel, crew air, etc., the space of the Magnus cylinder can be effectively utilized.

複合マグナス翼の制御形態としては、下記の3方式がある。
1.固定翼にマグナス円筒を組み込み、マグナス円筒の自転数や自転方向を制御する方式
2.固定翼にマグナス円筒を組み込み、マグナス円筒の自転数や自転方向を制御するとともに、風速に応じて固定翼のピッチ角を制御する方式
3.マグナス円筒の前後に固定翼を設け、マグナス円筒の前・後翼は風速に対して角度を調整できる機構を持ち、マグナス円筒の自転数や自転方向を制御するとともに、風速に応じて前・後翼の風速方向に対する角度を調整する方式
There are the following three methods for controlling the composite Magnus blade.
1. 1. A system that incorporates a Magnus cylinder in the fixed wing and controls the rotation speed and direction of the Magnus cylinder. 2. A system that incorporates a Magnus cylinder into the fixed wing, controls the rotation speed and direction of the Magnus cylinder, and controls the pitch angle of the fixed wing according to the wind speed. Fixed blades are provided on the front and rear of the Magnus cylinder, and the front and rear blades of the Magnus cylinder have a mechanism that can adjust the angle with respect to the wind speed, and control the rotation speed and rotation direction of the Magnus cylinder, and the front and rear according to the wind speed. Adjusting the angle of the blade against the wind speed direction

図15に複合マグナス翼の前・後の固定翼の角度を風の方向により変える例を示す。マグナス円筒51aの前に前翼200、後ろに後翼201を取り付け、前翼回転軸200a,後翼回転軸201aを軸として固定翼の角度を変更することが可能である。低風速時には図15(b)に示すように、前・後の固定翼の角度α,βを大きくすることにより翼としての揚力を大きくする。高風速時には図15(a)に示すように前・後の固定翼の角度α,βを小さくすることにより空気抵抗を小さくし、固定翼とマグナス力による合計揚力が風速に対して最適になるように制御するものである。前・後の固定翼の角度の変更の軸は夫々別に持っても良いし、マグナス円筒の自転軸から取っても良い。 FIG. 15 shows an example in which the angle of the fixed wing before and after the composite Magnus wing is changed depending on the direction of the wind. It is possible to attach the front wing 200 in front of the Magnus cylinder 51a and the rear wing 201 in the rear, and change the angle of the fixed wing with the front wing rotation shaft 200a and the rear wing rotation shaft 201a as axes. When the wind speed is low, as shown in FIG. 15B, the lift force as the blade is increased by increasing the angles α and β of the front and rear stationary blades. At high wind speeds, as shown in FIG. 15 (a), the air resistance is reduced by reducing the angles α and β of the front and rear fixed blades, and the total lift by the fixed blades and the Magnus force is optimized for the wind speed. Is to control. The axis for changing the angle of the front and rear fixed blades may be provided separately, or may be taken from the rotation axis of the Magnus cylinder.

図16に、上記の方式を風力発電機の複合マグナス翼に適応した場合の例を示す。マグナス円筒51aは軸受51d,51eを介し、自転しない固定軸51bの周囲を自転する。自転力は駆動機34から歯車31a,51fを介して伝えられる。前翼200、後翼202は固定軸51bを支点として、支持軸200b,201bにより風に対する角度を制御する。制御器や制御の駆動機は内側固定翼202や外側固定翼203の内部に取り付ける。このような方式では風速に対してマグナス力による揚力と前・後の固定翼の揚力が最大になるように制御し、広い風速領域で大きい揚力を得ることが可能となる。
FIG. 16 shows an example in which the above method is applied to a composite Magnus blade of a wind power generator. The Magnus cylinder 51a rotates around the fixed shaft 51b that does not rotate via the bearings 51d and 51e. The rotation force is transmitted from the drive unit 34 through the gears 31a and 51f. The front wing 200 and the rear wing 202 control the angle with respect to the wind by the support shafts 200b and 201b with the fixed shaft 51b as a fulcrum. The controller and the control driving machine are installed inside the inner fixed wing 202 and the outer fixed wing 203. In such a system, it is possible to obtain a large lift in a wide wind speed region by controlling the lift by the Magnus force and the lift of the front and rear fixed blades to the maximum with respect to the wind speed.

本発明の複合マグナス翼(その1)である。It is the composite Magnus wing of the present invention (part 1). 本発明の複合マグナス翼を使用した風力発電設備の正面図、側面図である。It is the front view and side view of a wind power generation facility which use the composite Magnus wing of the present invention. 固定翼とマグナス効果の揚力と風速の関係図である。It is a related figure of the lift of a fixed wing and a Magnus effect, and a wind speed. 本発明の風力発電設備用の複合マグナス翼の平面図、断面図である。It is a top view and a sectional view of a compound Magnus blade for wind power generation equipment of the present invention. 本発明の風力発電機用複合マグナス翼の模式図(その1)である。It is a schematic diagram (the 1) of the compound Magnus wing for wind power generators of the present invention. 本発明の風力発電設備のマグナス翼制御方式である。It is a Magnus blade control system of the wind power generation equipment of the present invention. 固定翼とマグナス効果の揚力原理である。It is the lift principle of fixed wing and Magnus effect. 従来のマグナス型風力発電設備(米国特許4366386から引用)である。This is a conventional Magnus type wind power generation facility (cited from US Pat. No. 4,366,386). 風力発電設備用のスパイラルフィン円筒型マグナス翼(メカロ秋田の開発。特開2005-256605、2005-256606)である。This is a spiral fin cylindrical Magnus wing for wind power generation (development of Mekaro Akita, JP 2005-256605, 2005-256606). 本発明の複合マグナス翼を採用した航空機(その1)である。It is an aircraft (part 1) that employs the composite Magnus wing of the present invention. 本発明の複合マグナス翼を採用した航空機(その2)である。This is an aircraft (part 2) employing the composite Magnus wing of the present invention. 本発明の複合マグナス翼(その2)である。It is the composite Magnus wing | blade (the 2) of this invention. 本発明の複合マグナス翼を採用した航空機(その3)である。This is an aircraft (part 3) employing the composite Magnus wing of the present invention. 本発明の複合マグナス翼を採用した航空機(その4)である。This is an aircraft (part 4) employing the composite Magnus wing of the present invention. 本発明の複合マグナス翼(その3)である。It is the composite Magnus wing of the present invention (part 3). 本発明の風力発電機用複合マグナス翼の模式図(その2)である。It is a schematic diagram (the 2) of the compound Magnus wing for wind power generators of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

20 ナセル
22 支柱
24 基礎
28 カバー
30 発電機
31 発電機回転軸
32 スピンナー
34 マグナス翼自転用駆動機
36 円筒型マグナス翼1
38 円筒型マグナス翼2
40 円筒型マグナス翼3
44 マグナス翼摺動部(a〜d)
46 スパイラルフィン
47 スパイラルフィン型マグナス翼
20 Nacelle 22 Post 24 Base 28 Cover 30 Generator 31 Generator Rotating Shaft 32 Spinner 34 Magnus Blade Spinning Drive 36 Cylindrical Magnus Blade 1
38 Cylindrical Magnus Wings 2
40 Cylindrical Magnus Wings 3
44 Magnus blade sliding part (ad)
46 Spiral Fin 47 Spiral Fin Magnus Wing

51 複合マグナス翼1
51a マグナス円筒
51b マグナス円筒自転軸
51c 固定翼
51d マグナス円筒軸受1
51e マグナス円筒軸受2
52 複合マグナス翼2
52a〜52e 51と同様
53 複合マグナス翼3
53a〜53e 51と同様
54 複合マグナス翼4
54a〜54e 51と同様
51 Compound Magnus Wing 1
51a Magnus cylinder 51b Magnus cylinder rotation shaft 51c Fixed blade 51d Magnus cylinder bearing 1
51e Magnus cylindrical bearing 2
52 Compound Magnus Wings 2
52a-52e 53 Same as 51 53 Composite Magnus Wing 3
Same as 53a-53e 51 54 Composite Magnus Wing 4
Same as 54a-54e 51

100 胴体
101 主翼
102 マグナス円筒
102a マグナス円筒自転軸
102b マグナス円筒支持軸受
103 マグナス円筒
104 エンジン
105 プロペラ
106 自転用回転数調速装置
107 水平尾翼
108 垂直尾翼
109 駆動軸
110 複合マグナス翼水平尾翼
111 複合マグナス翼垂直尾翼
100 fuselage 101 main wing 102 Magnus cylinder 102a Magnus cylinder rotation shaft 102b Magnus cylinder support bearing 103 Magnus cylinder 104 engine 105 propeller 106 rotation speed control device 107 horizontal tail 108 vertical tail 109 drive shaft 110 compound Magnus blade horizontal tail 111 compound Magnus Wing vertical tail

200 前翼
200a 前翼回転軸
200b 前翼支持軸
201 後翼
201a 後翼回転軸
201b 後翼支持軸
202 内側固定翼
203 外側固定翼
200 Front wing 200a Front wing rotation shaft 200b Front wing support shaft 201 Rear wing 201a Rear wing rotation shaft 201b Rear wing support shaft 202 Inner fixed wing 203 Outer fixed wing

Claims (8)

風の流れの方向に対して、回転(以下自転と呼ぶ)する円筒軸が直交するように置かれたマグナス円筒において、
マグナス円筒の前・後に固定翼を取り付け、風速中でマグナス円筒が自転する際に発生するマグナス力による揚力と、風速による固定翼の揚力との複合化した揚力を得ることを特徴とする複合マグナス翼型揚力発生装置
In a Magnus cylinder placed so that the axis of rotation (hereinafter referred to as rotation) is orthogonal to the direction of wind flow,
Fixed magnus characterized in that fixed wings are attached before and after the Magnus cylinder to obtain a combined lift of the magnus force generated when the Magnus cylinder rotates in the wind speed and the lift of the fixed wing due to the wind speed. Airfoil lift generator
発電機の水平回転軸に、各個独立に自転用の駆動部を設けて自転するマグナス円筒を複数個放射状に軸支して配置したマグナス型風力発電機において、
各個独立に自転するマグナス円筒には請求項1の複合マグナス翼を使用していることを特徴とする複合マグナス翼型風力発電機
In the Magnus type wind power generator in which a plurality of Magnus cylinders that rotate by providing a rotation driving unit independently for each horizontal rotation shaft of the generator are arranged in a radial manner,
A compound Magnus wing-type wind power generator using the compound Magnus wing of claim 1 for each independently rotating Magnus cylinder
前記複合マグナス翼型風力発電機において、
複合マグナス翼円筒の自転数や自転方向を制御することにより、風力発電機の回転数制御をする制御機構を持つことを特徴とする請求項2に示す複合マグナス翼型風力発電機
In the composite Magnus wing type wind power generator,
3. A compound Magnus wing type wind power generator according to claim 2, further comprising a control mechanism for controlling the number of rotations of the wind power generator by controlling the number of rotations and direction of rotation of the compound Magnus wing cylinder.
航空機の揚力発生装置において、
飛行に必要な揚力の発生を各個自転するマグナス円筒を、航空機の固定翼に単数あるいは複数個取り付けた複合マグナス翼により、マグナス力と固定翼の複合化した揚力を得て飛行することを特徴とするマグナス翼型航空機
In an aircraft lift generator,
Featuring a combined Magnus wing in which one or more Magnus cylinders that rotate the generation of the lift necessary for flight are attached to the fixed wing of the aircraft to obtain a combined lift of the Magnus force and fixed wing. Magnus wing aircraft
胴体の前後・左右に各個独立に自転するマグナス翼を持つマグナス型航空機において、
離着陸時の揚力の発生を左右のマグナス翼の自転数や自転方向を制御することにより行い、前後・左右の揚力に差を生じさせて上昇・下降や旋回ができるようにする制御機構を持つことを特徴とする、請求項4に記載するマグナス翼型航空機
In Magnus type aircraft with Magnus wings that rotate independently on the front and rear, left and right of the fuselage,
It has a control mechanism that generates lift during take-off and landing by controlling the rotation number and rotation direction of the left and right Magnus wings, and makes it possible to raise, lower, and turn by making a difference in the lift between the front and rear and left and right Magnus wing type aircraft according to claim 4, characterized in that
請求項1に示す複合マグナス翼型揚力発生装置において、
マグナス円筒の前・後の固定翼は風の方向に対して自由に仰角を変更することができる機構を持ち、風速中でマグナス円筒が自転する際に発生するマグナス力による揚力と前・後の固定翼による揚力との合成揚力を最適化して制御できる制御装置を持つことを特徴とする複合マグナス翼型揚力発生装置
In the composite Magnus airfoil generator shown in claim 1,
The front and rear fixed wings of the Magnus cylinder have a mechanism that can freely change the elevation angle with respect to the direction of the wind, and the lift by the Magnus force generated when the Magnus cylinder rotates in the wind speed and the front and rear Combined Magnus Airfoil Lift Generator with Control Device that Optimizes and Controls Combined Lift with Fixed Wing Lift
複合マグナス翼型揚力発生装置を用いた複合マグナス翼型風力発電機において、
複合マグナス翼には請求項6の複合マグナス翼型揚力発生装置を用い、マグナス円筒の自転数と前・後の固定翼仰角をともに制御することにより複合マグナス翼の合成揚力を最適制御する制御装置を持つことを特徴とする請求項2,3の複合マグナス翼型風力発電機
In the composite Magnus wing type wind power generator using the composite Magnus wing type lift generator,
The composite Magnus wing uses the composite Magnus wing lift generator of claim 6 and controls the combined lift of the composite Magnus wing by controlling both the rotation speed of the Magnus cylinder and the front and rear fixed blade elevation angles. A composite Magnus wing-type wind power generator according to claims 2 and 3
複合マグナス翼型揚力発生装置を用いたマグナス翼型航空機において、
複合マグナス翼には請求項6の複合マグナス翼型揚力発生装置を用い、マグナス円筒の自転数と前・後の固定翼仰角をともに制御することにより複合マグナス翼の合成揚力を最適制御する制御装置を持つことを特徴とする請求項4,5のマグナス翼型航空機
In a Magnus wing aircraft using a composite Magnus wing lift generator,
The composite Magnus wing uses the composite Magnus wing lift generator of claim 6 and controls the combined lift of the composite Magnus wing by controlling both the rotation speed of the Magnus cylinder and the front and rear fixed blade elevation angles. The Magnus wing type aircraft according to claim 4, wherein
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011058664A1 (en) * 2009-11-10 2011-05-19 青木 雄治 Compound-type wind-driven electric power generator
CN101672245B (en) * 2009-10-14 2012-07-04 上海大学 Horizontal-shaft wind turbine with rotating cylinder at front edge of paddle
ES2393332A1 (en) * 2012-10-22 2012-12-20 Universidad De La Rioja Aerodynamic profile with hybrid lift for a wind turbine blade (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)
CN103016260A (en) * 2012-11-26 2013-04-03 西安理工大学 Front edge wing and cylindrical wing combined wind turbine blade
CN103062138A (en) * 2013-01-15 2013-04-24 上海大学 Flow separation control device
CN105799186A (en) * 2016-03-17 2016-07-27 中国直升机设计研究所 Blade fiber filament winding machine
US10443564B2 (en) 2015-07-01 2019-10-15 Challenergy Inc. Magnus type thrust generating device
CN114030644A (en) * 2021-07-19 2022-02-11 中南大学 Novel fixed wing aircraft lift-increasing device suitable for Mars atmosphere and aircraft
CN116274609A (en) * 2023-03-31 2023-06-23 杭州跃东金属科技有限公司 Full-automatic numerical control 2D flat steel forming machine and control system thereof

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101672245B (en) * 2009-10-14 2012-07-04 上海大学 Horizontal-shaft wind turbine with rotating cylinder at front edge of paddle
US8836159B2 (en) 2009-11-10 2014-09-16 N-Tech Ltd. Compound-type wind power generator
JP2011102546A (en) * 2009-11-10 2011-05-26 Yoshio Aoki Combination type wind power generator
WO2011058664A1 (en) * 2009-11-10 2011-05-19 青木 雄治 Compound-type wind-driven electric power generator
ES2393332A1 (en) * 2012-10-22 2012-12-20 Universidad De La Rioja Aerodynamic profile with hybrid lift for a wind turbine blade (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)
CN103016260A (en) * 2012-11-26 2013-04-03 西安理工大学 Front edge wing and cylindrical wing combined wind turbine blade
CN103062138A (en) * 2013-01-15 2013-04-24 上海大学 Flow separation control device
US10443564B2 (en) 2015-07-01 2019-10-15 Challenergy Inc. Magnus type thrust generating device
CN105799186A (en) * 2016-03-17 2016-07-27 中国直升机设计研究所 Blade fiber filament winding machine
CN105799186B (en) * 2016-03-17 2019-05-07 中国直升机设计研究所 A kind of blade fiber filament wrapping machine
CN114030644A (en) * 2021-07-19 2022-02-11 中南大学 Novel fixed wing aircraft lift-increasing device suitable for Mars atmosphere and aircraft
CN114030644B (en) * 2021-07-19 2024-02-09 中南大学 Fixed wing aircraft lift-increasing device suitable for Mars atmosphere and aircraft
CN116274609A (en) * 2023-03-31 2023-06-23 杭州跃东金属科技有限公司 Full-automatic numerical control 2D flat steel forming machine and control system thereof
CN116274609B (en) * 2023-03-31 2023-09-29 杭州跃东金属科技有限公司 Full-automatic numerical control 2D flat steel forming machine and control system thereof

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