JP2016000991A - 流体抵抗のない羽 - Google Patents
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Abstract
Description
概略すると、流れ込む流体は、ラフリングの角度の抵抗分だけ中心軸を基に回転を始め、渦の定理及びベルヌーイの定理分だけ加速度を増して回転し、質量の増大した流体と本来の流体の力が合わさって後ろ又は外側へ流れ出る。そこで羽に入った流体は出口で力が大きくなる。この設計は羽の入口で流体が流れ込み、羽の出口で流体の力を大きくし推進力や回転の安定性を確保するという方法である。
特に風力の流体では、その振動や振動波によって羽にヒビが入る、さらに折れる等の状況や中心軸や支柱が折れる等の被害があり、対応して羽の回転速度を低速化し、設置場所や高さを設定して対策している。また、この設定を前提とする羽の大きさが流体の速度に比例して回転しないという現象が起こる。
しかし、全く停止状態となる場合は、流体が羽へ当たる抵抗が羽の損傷や支柱への負担を歪めない為、超低速回転で対応している。
また、羽の材質については、強度の高い材質や炭素繊維を利用する等の技術投入がなされている。
特開2009−281160号公報
特表2011−518287号公報
特表2007−529662号公報
特開2005−61233号公報
さらに、ラフリングの角度により得られる流体の流れを確実に安定的に利用するため羽の先を歪曲させて流体移動を安定させると同時に羽の回転の安定性に利用する。この歪曲度は流体の質量に対して比較的関係しており、流体の質量が大きい場合は中心軸に向って広く歪曲させ、流体の質量が小さい場合は小さく歪曲させる。また、羽の回転によって流体の流れの速度や質量が殆ど変化せず、羽の回転が流体の力を殆ど利用出来る様にするため、羽の先に歪曲させた部分はラフリングの角度に応じた角度を傾け、基本的にはラフリングの角度と同じ角度を設定して設計する。また、ラフリングの角度によるジャイロ効果による流れの変化と軸に対して直進方向へ流れる流体の速度変化は、羽の回転によって起こる流体の速さと質量の変化のそれぞれが重なった瞬間に僅かながら流れの速度の差に巻戻しによる渦を発生させるため、その発生をなくすためにバルバスバウ理論によるバルバスバウを装備する。さらに、羽の回転と流体の流れを円滑に流すために回転円のπの理論と流れの理論であるねじの理論を整合して4枚のシンメトリー配置の羽とすることで、ベルヌーイの定理による流体力学に依存しない設計とすることで流体は常に巻き戻しの抵抗なく羽の出入口の流体の流速や質量を殆ど同じとすることが出来、無駄のない高効率な羽の高い回転を生み出すという目的を、流体の流れを妨げる部分や巻戻しによる渦の発生や澱みの様相を無くした形態で、流体の流れを損なわずに実現した。
図6は、歪曲した凹み又は、流体の流れの抵抗となる曲がりの部分の無い平たい羽であるが、流体が羽を通り過ぎた瞬間に(e)の巻戻しが起こり渦の発生と澱みの様相で流体の質量が増加し羽への影響を及ぼす図である。
図7は実用に供されている代表的な風力の羽の図であり、(a)の入る流体は、歪曲した凹み又は流体の流れの抵抗となる曲がりの部分を羽の外側に広げながら羽の先端に向って流れ(b)で出る様子である。(a)の入る流体は殆ど羽の先端に向って流され(d)の澱みの渦や歪曲面の抵抗による(e)の巻戻しも混ざり合いながら(b)へ出て行く。さらに羽の後ろ側を流れた流体は、羽を通り過ぎた瞬間に羽の方へ引き戻される力として(e)の巻戻しが起こり、羽の中にある流体と混ざり合いながら羽の先端から(b)へ出て行く。
図1は、本発明の羽の図であって、(g)は歪曲した凹み又は流体の流れの抵抗となる曲がりの部分を無くした様子であり、(h)は本来の流体の流れと羽の回転によって起こる流れのそれぞれが重なった瞬間に僅かながら流れの速度の差による巻戻しの渦を発生させるため、その発生をなくすためのバルバスバウである。(i)は(a)の入る流体が(b)で出る迄の間に抵抗無く流れる様子である。
図2は、羽の歪曲させる前の形状を示した図である。形状は一辺が曲線となる三角形状である。(m)は、(k)回転軸側の辺であり(n)は流体が入る側の辺である。(k)回転軸に対して設けた(l)の歪曲させる場合に(f)のラフリングの角度と同じ角度を基本として(m)の辺から対応した角度に傾けて歪曲させる。
b 流体の出て行く流れの方向
c 速度や質量が殆ど変化せず流れる方向
d 流体が抵抗となり澱みとなり質量増加する場所
e 流体の流れの抵抗となって巻戻しする部分
f ラフリングの角度
g 歪曲した凹み又は、流体の流れの抵抗となる曲がりの部分を無くした部分
h バルバスバウ
i 質量増加とならず流体の流れに即して流れる流体
j ジャイロ効果の流れ
k 回転軸
l 歪曲する方向
m 回転軸側の辺
n 流体が入る側の辺
Claims (1)
- 流体の流れの抵抗となる部分をなくした一辺を曲線とする三角形状に、中心軸に対する辺に対してラフリングの角度に応じた角度で傾けて羽の先を歪曲させて流体の流れの差による渦の発生をなくすためのバルバスバウを装備し、4枚の羽をシンメトリー配置して流体の力を回転の力に転換する羽
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