TWI776468B - 空氣動力裝置 - Google Patents

Abstract

一種空氣動力裝置，由若干個風洞裝置組成。各個風洞裝置包括導風體和風洞本體。導風體為具有第一進風口和第一出風口的弧形管體。風洞本體具有第二進風口、第二出風口與流道，流道連通第二進風口與第二出風口並用作風道。導風體的第一出風口與風洞本體連通，並對流道進行引風。其中，導風體之第一進風口與風洞本體之第二進風口為平行佈設，由第一進風口與第二進風口吸入的氣體流經流道後於第二出風口的外端部形成風動而產生驅動力。藉此，可提升風洞裝置的風動效能進而增大其產生的驅動力。

Description

空氣動力裝置

本發明係關於一種動力裝置，特別關於一種利用風洞效應之強勁氣流的空氣動力裝置。

風洞(wind tunnel)，是以人工的方式產生並且控制氣流，用來模擬飛行器或實體周圍氣體的流動情況，並可量度氣流對實體的作用效果以及觀察物理現象的一種管道狀實驗設備，其主要由洞體、驅動系統和測量控制系統組成，它是進行空氣動力實驗最常用、最有效的工具之一。風洞除了應用於汽車、飛行器、導彈(尤其是巡航導彈、空對空導彈等)設計領域，也適用於建築物、高速列車、船艦的空氣阻力、耐熱與抗壓試驗等。

文丘裡效應(又稱文氏效應，Venturi effect)，表現為在受限流動在通過縮小的過流斷面時，流體出現流速增大的現象，其流速與過流斷面成反比。通俗地講，文丘裡效應是指在高速流動的流體附近會產生低壓，從而產生吸附作用。

常見的風洞裝置中，風洞扇(用於引風)的入風口與洞體的吸風口(或進風口)一般呈垂直設置，並於風洞扇的外周設有鐵網以吸入氣流，而後，洞體內借助文丘裡效應於洞體的出口部產生強力氣流。此 強勁氣流能量經合理、有效的轉化運用後可作為其他類型的清潔能源，如電能、船舶行駛的動力源等。此種情形下，風洞扇吸入的氣流通過洞體朝向風洞出口部流出時會有一定的損耗，進而影響風洞裝置所形成的風動效能。

因此，在風動之動力裝置領域中，如何改進風洞裝置的結構並在風洞之風道中採用可形成文丘裡效應的設置以增強風洞裝置整體的風動效能以提升由此產生的動力，已成為本領域技術人員欲積極解決的問題之一。

本發明之目的在於提供一種空氣動力裝置，由若干個風洞裝置組成，各個風洞裝置內可產生文丘裡效應進而在各個風洞裝置的出口部彙集的氣流具有更加強勁的動能而提升其動力效能。

為達所述優點至少其中之一或其他優點，本發明的一實施例提出一種空氣動力裝置，由若干個風洞裝置組成，可產生更加強勁的氣流而提升風動動力。各個風洞裝置至少包括導風體和風洞本體。

導風體具有第一進風口和第一出風口，可為整體呈弧形的管體。風洞本體具有第二進風口、第二出風口與流道，流道連通第二進風口與第二出風口並可作為風道之用。導風體的第一出風口與風洞本體連通，藉由導風體對風洞本體的流道進行引風。其中，導風體之第一進風口與風洞本體之第二進風口平行佈設，由第一進風口與第二進風口吸入的氣體流經流道後流向第二出風口並於第二出風口的外端部形成風動而產生動力。

換句話說，風洞裝置中導風體的第一進風口與風洞本體的 第二進風口在同一個方向進行引風、吸風，並與風洞本體的第二出風口(風洞裝置的總出風口)平行連通，使得風洞裝置的入風和出風方向具有一致性，而於風洞裝置的出風部帶動強力的風場。

在一實施例中，空氣動力裝置由至少二個所述的風洞裝置組成，且二個所述的風洞裝置於同一水平面為平行佈設。如此設置，各個風洞裝置產生的氣流可在其出風口部進行彙集而形成更加強力的風場，增強風力動能。

空氣動力裝置還可包括一個支座機構。支座機構與風洞本體相連裝接，用於支撐、固定風洞裝置，防止風洞裝置在使用中產生晃動而影響風洞裝置出口部的風場穩定性。

在一實施例中，風洞裝置整體大致呈L型，並風洞本體與導風體的連接部為弧形連接。其中，導風體整體可為呈弧形的管體，風洞本體整體可為圓柱狀的管體。導風體與風洞本體可為一體成型，以加強二者連接部的密封性。不過不限於此，導風體與風洞本體可各自加工成型後通過焊接實現固定、連接，同時確保二者連接部的密封性。

風洞本體具有一外壁及一翼型內壁，外壁包圍翼型內壁而形成一環狀結構，且外壁與翼型內壁間具有一噴氣開口。由導風體的第一進風口吸入的氣體由導風體的第一出風口進入環狀結構，並於環狀結構內形成環狀氣流後由噴氣開口噴出進入風洞本體的流道內，而後自風洞本體的第二出風口噴出。

空氣動力裝置進一步可包括動力機構，連接於導風體，並驅動導風體進行引風。導風體內配設有風機，動力機構與所述風機連接並 驅動風機運轉而使導風體進行引風。根據需求不同，動力機構可為不同類型的動力源，如太陽能型蓄電池、柴油發電機或其他發電形式。

空氣動力裝置由至少二個所述的風洞裝置組成，且二個所述的風洞裝置於同一水平面為平行佈設。各個風洞裝置中的導風體內分別設有風機，各風機的轉速可不相同。通過調整不同風洞裝置中導風體內的風機轉速，可控制空氣動力裝置的行進方向及速度。

風洞本體的長度大於155mm。由導風體的風機引入的氣流和風動本體的第二進風口吸入及帶動的氣流彙集後，需要在流道內運行一段距離後才會從紊流狀態變成穩流狀態。在紊流狀態時氣體流動的方向是不規則的，在穩流狀態時才可確保不同的氣流向同一個方向流動，使得從不同方向吸入的氣流可向同一方向彙集。如此，可進一步確保、提升各個風洞裝置所產生的氣流風力動能強度，從而保證空氣動力裝置所產生的風動動力的強度和穩定性。

因此，利用本發明所提供一種空氣動力裝置，由若干個風洞裝置組成，各個風洞裝置內的文丘裡效應風道之設置，導風體體的第一進風口與風洞本體的第二進風口(或吸風口)採用平行佈設的方式以增強或提升風洞裝置出口部的風動量，進而產生更加穩定、強力的風動動力。

上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚瞭解本創作的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本創作的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明如下。

10:空氣動力裝置

20:風洞裝置

22:導風體

220:第一進風口

222:第一出風口

24:風洞本體

240:第二進風口

241:外壁

242:第二出風口

244:流道

243:翼型內壁

245:環狀結構

246:縮徑段

247:噴氣開口

248:擴張段

30:支座機構

Q1-Q3:氣流

所包括的圖式用來提供對本申請實施例的進一步的理解，其構成了說明書的一部分，用於例示本申請的實施方式，並與文字描述一起來闡釋本申請的原理。顯而易見地，下面描述中的圖式僅僅是本申請的一些實施例，並非用於限定本申請的實施方式僅限於此，對於本領域具有通常知識者來講，當然可以根據這些圖式衍生而獲得其他的圖式。所述圖式包括：

〔圖1〕係本發明中空氣動力裝置之立體示意圖。

〔圖2〕係圖1所示空氣動力裝置之側視圖。

〔圖3〕係本發明中風洞裝置之立體示意圖。

〔圖4〕係圖3所示風洞裝置之後視圖。

〔圖5〕係圖3所示風洞裝置之側視圖。

〔圖6〕係圖3所示風洞裝置之剖視圖。

這裡所公開的具體結構和功能細節僅僅是代表性的，並且是用於描述本發明的示例性實施例的目的。但是本發明可以通過許多替換形式來具體實現，並且不應當被解釋成僅僅受限於這裡所闡述的實施例。在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“橫向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關係為基於圖式所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或組件必須具有特定的方位、或以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用於描述目的，而不能理解 為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。另外，術語“包括”及其任何變形皆為“至少包含”的意思。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸的連接，或一體成型的連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個組件內部的連通。對於本領域具有通常知識者而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

這裡所使用的術語僅僅是為了描述具體實施例而不意圖限制示例性實施例。除非上下文明確地另有所指，否則這裡所使用的單數形式“一個”、“一項”還意圖包括複數。還應當理解的是，這裡所使用的術語“包括”和/或“包含”規定所陳述的特徵、整數、步驟、操作、單元和/或組件的存在，而不排除存在或添加一個或更多其他特徵、整數、步驟、操作、單元、組件和/或其組合。

請參見圖1和圖2，圖1是本發明中空氣動力裝置之立體示意圖，圖2是圖1所示空氣動力裝置之側視圖。為達所述優點至少其中之一或其他優點，本發明的一實施例提出一種空氣動力裝置10，由若干個風洞裝置20組成，可產生更加強勁的氣流而提升風動動力。各個風洞裝置20至少包括導風體22和風洞本體24。

參見圖3至圖6，圖3是本發明中風洞裝置之立體示意圖，圖 4是圖3所示風洞裝置之後視圖，圖5是圖3所示風洞裝置之側視圖，圖6是圖3所示風洞裝置之剖視圖。圖示之示例中，導風體22具有第一進風口220和第一出風口222，且其為整體呈弧形的管體。風洞本體24具有第二進風口240、第二出風口242與流道244，流道244連通第二進風口240與第二出風口242，用以提供流體。此風洞裝置20中流道244內流過的流體為風、空氣，此時流道244作為風道使用。導風體22的第一出風口222與風洞本體24連通，藉由導風體22對風洞本體24中的流道244進行引風。其中，導風體22之第一進風口220與風洞本體24之第二進風口240為平行佈設，藉此，由第一進風口220與第二進風口240吸入的氣體流經流道244後流向第二出風口242並於第二出風口242的外端部形成風動而產生驅動力。

進一步說明，風洞裝置20中導風體22的第一進風口220與風洞本體24的第二進風口240在同一個方向分別進行引風、吸風，同時，第一進風口220和第二進風口240與風洞本體24的第二出風口242(風洞裝置20的總出風口)為平行連通，此中設置可使得風洞裝置20的入風方向和出風方向保持一致性，從而在風洞裝置20位於風洞本體24之第二出風口242的出風部帶動強力的風場形成增強型的風動以產生驅動力。

空氣動力裝置10還可包括一個支座機構30。支座機構30與風洞本體24相裝接，用於支撐、固定風洞裝置20，防止風洞裝置20在使用中產生晃動而影響風洞裝置20出口部的風場穩定性。如圖，在一示例中，支座機構30為一方型架，設於風洞裝置20之風洞本體24的下方或底部，與風洞本體24相固定以支撐風洞裝置20，加強風洞裝置20的穩定性。

如圖所示，其中一實施例中，風洞裝置20整體大致呈L型， 並風洞本體24與導風體22的連接部為弧形連接。其中，導風體22整體可為呈弧形的管體，風洞本體24整體可為圓柱狀的管體。導風體22與風洞本體24可為一體成型，以加強二者連接部的密封性。不過不限於此，導風體22與風洞本體24可各自加工成型後通過焊接(如超聲波焊接)實現固定、連接，同時確保二者連接部的密封性。導風體22與風洞本體24皆可由金屬材質製成，既可保證其各自應有的剛性又可減輕風洞裝置20的整體重量，進一步地，還可減小對支座機構30的壓力，適當地擴大了支座機構30的選材範圍。

風洞本體24具有一外壁241及一翼型內壁243，外壁241包圍翼型內壁243而形成一環狀結構245，且外壁241與翼型內壁243間具有一噴氣開口247。風洞本體24內的流道244沿著第二進風口240至第二出風口242方向依序具有一縮徑段246和一擴張段248。縮徑段246和擴張段248及其連接部形成所述的翼型內壁243。如圖，風洞本體24之外壁241與縮徑段246和擴張段248形成有一環狀結構245，且於環狀結構245的一端有一噴氣開口247。圖示中，所述噴氣開口247位於縮徑段246和擴張段248的相接部。由此，自風洞本體24的第二進風口240吸入的風流過流道244內的縮徑段246和擴張段248後於擴張段248一側產生吸附效應，從而增加第二進風口240處的吸入風量，並且於第二出風口242形成增強型的風動而產生驅動力。

進一步說明，風洞本體24與導風體22的連接部為近於第二出風口242的一端且靠近擴張段248。如此，可藉由所述的縮徑段246和擴張段248所形成的吸附效應於第二進風口240流向第二進風口240時增加第二進風口240吸入的風量，由此，自第二出風口242的出口端形成增強型的風 動而產生更大的動力。

請參閱圖6，風洞本體24具有翼型內壁243與外壁241，外壁241包圍翼型內壁243，外壁241的一端在第二出風口242之處與翼型內壁243的尾端相接，靠近第二進風口240的一端則向內惻彎曲，並與翼型內壁243之間形成一噴氣開口247。自第一進風口220所吸入的氣體Q1，由第一出風口222進入環狀結構245且於環狀結構245內形成環狀氣流，並由噴氣開口247噴出，沿著翼型內壁243的表面向第二出風口242快速流動，而在流道244中形成低壓。此時，環狀結構245的後方，即第二進風口240附近，因文邱裡效應而引入氣流Q2，並且環狀結構245外側也會因夾帶效應形成氣流Q3，因此在風洞本體24之第二出風口242的出口處會形成增強型的氣流並產生風動動力。

為方便說明，圖示中空氣動力裝置10由至少二個所述的風洞裝置20組成，且二個所述的風洞裝置20於同一水平面為平行佈設。可理解為，空氣動力裝置10中的二個所述的風洞裝置20各自的入風方向和出風方向始終保持相同，並相互平行。同時，藉由風洞本體24內流道244的吸附效應，各個風洞裝置20產生的氣流可在其出風部進行彙集而形成增強型的風動，進而提升空氣動力裝置10整體的風動動力。

空氣動力裝置10進一步可具有動力機構(圖中未顯示)，與導風體22連接，並驅動導風體22進行引風。導風體22內設有風機(圖中未顯示)，動力機構與所述風機連接。當動力機構啟動後，動力機構驅動風機運轉進而使導風體22進行引風。據由空氣動力裝置10提供動力場景的不同，其所需的動力大小不同，動力機構可配設不同類型的動力源而使風洞裝置 20產生不同動力的風動。動力機構可為太陽能型蓄電池、柴油發電機或其他發電形式。

圖示例中，空氣動力裝置10由至少二個所述的風洞裝置20組成，且二個所述的風洞裝置20於同一水平面為平行佈設。每個風洞裝置20中的導風體22內分別設有風機，各個風機與不同的動力機構相連接，進而可分別控制各個風機的轉速。即，空氣動力裝置10中各個風機的轉速可不相同。通過調整不同風洞裝置20中導風體22內的風機轉速，可控制空氣動力裝置10的行進方向及速度。

為進一步確保、提升各個風洞裝置20所產生的氣流風力動能強度，在風洞本體24的直徑約為180mm的情況下，其長度可大於155mm。由導風體22的風機引入的氣流Q1和風動本體24的第二進風口240吸入的氣流Q2彙集後，需要在流道244內運行一段距離後才會從紊流狀態變成穩流狀態，所以本發明的風洞本體24之長度/直徑比需比傳統風洞裝置大，在一實施例中可大於5：6，如此才能獲得較佳的推進效果。其原因為，在紊流狀態時氣體流動的方向是不規則的，在穩流狀態時才可確保不同的氣流向同一個方向流動，使得從不同方向吸入的氣流可向同一方向彙集、流動並自風動本體24的第二出風口242處形成穩定、足夠強度的風動動力。藉此，可保證空氣動力裝置10所產生的風動動力的強度和穩定性。空氣動力裝置10的風動動力大小還會受其它因素的影響，如導風體22之第一進風口220與風洞本體24之第二進風口240的大小。導風體22之第一進風口220與風洞本體24之第二進風口240各自的截面皆呈圓形，第一進風口220的直徑與第二進風口240的直徑可根據空氣動力裝置10應用於不同場景時所需的風動動力大 小進行調整。

因此，利用本發明所提供一種空氣動力裝置，由若干個風洞裝置組成，各個風洞裝置內的文丘裡效應風道之設置，藉由導風體體的第一進風口與風洞本體的第二進風口(或吸風口)採用平行佈設的方式以增強或提升風洞裝置出口部的風動量，進而產生更加穩定、強力的風動驅力。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

10:空氣動力裝置

20:風洞裝置

22:導風體

220:第一進風口

24:風洞本體

240:第二進風口

30:支座機構

Claims (8)

1. 一種空氣動力裝置，由若干個風洞裝置組成，該風洞裝置包括：一導風體，具有一第一進風口和一第一出風口；以及一風洞本體，與該第一出風口連通，具有一第二進風口、一第二出風口與一流道，該流道連通該第二進風口與該第二出風口；其中，該第一進風口與該第二進風口為平行佈設，該第一進風口與該第二進風口吸入的氣體流經該流道後自該第二出風口形成風動而產生驅動力；其中該風洞裝置大致呈L型，並該風洞本體與該導風體的連接部呈弧形，該風洞本體具有一外壁及一翼型內壁，該外壁包圍該翼型內壁而形成一環狀結構，且該外壁與該翼型內壁間具有一噴氣開口。
2. 如請求項1所述之空氣動力裝置，其中該空氣動力裝置由至少二個該風洞裝置組成，且該二個風洞裝置於同一水平面為平行佈設。
3. 如請求項1所述之空氣動力裝置，其進一步包括一支座機構，與該風洞本體相裝接，用於支撐、固定該風洞裝置。
4. 如請求項1所述之空氣動力裝置，其中由該第一進風口吸入的氣體由該第一出風口進入該環狀結構，並於該環狀結構內形成環狀氣流後由該噴氣開口噴出。
5. 如請求項1所述之空氣動力裝置，其中該風洞本體的長度大於155mm。
6. 如請求項2所述之空氣動力裝置，其進一步包括一動力機構，連接於該導風體，該動力機構驅動該導風體內設的風機運轉而使該導風體進行引風。
7. 如請求項6所述之空氣動力裝置，其中調整不同導風體內風機的轉速，可控制該空氣動力裝置的行進方向及速度。
8. 如請求項6所述之空氣動力裝置，其中該動力機構為太陽能型蓄電池。

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