Вітро (гідро) двигун

Изобретение относится к области ветро(гидро)энергетики и касается двигателей для преобразования энергии ветра или жидкости в другие виды. Известно устройство [Патент США № 3307358, кл. 60-221,1967], которое содержит установленную в туннеле и совершающую колебательное движение крыловую лопасть, ось которой соединена с приводом. Однако такое устройство не имеет определенных углов установки лопасти и поэтому оно не может быть достаточно эффективным. Наиболее близким по своей сути к предлагаемому устройству является гидравлический (ветряной) двигатель по авт.св. СССР № 808687, кл. F 03 D 5/06. В этом устройстве на торцах лопасти жестко закреплены ролики, которые при вертикальных колебаниях лопасти обкатываются по неподвижной внутренней поверхности профилированных рамок и тем самым осуществляют изменение угла установки лопасти во время работы двигателя. Следует отметить, что и такое конструктивное решение не позволяет получить достаточную эффективность, коэффициент использования энергии потока мал. Вызвано это тем, что хотя угол установки и меняется, но он кинематически связан с линейным перемещением крыловой лопасти, т.е. из двух переменных: линейное перемещение лопасти и угол ее поворота, только одна является независимой. Крыловая лопасть как колебательная система имеет Одну степень свободы. Известно, что наиболее эффективно преобразование подводимой энергии осуществляется в том случае, когда обеспечивается резонансный режим колебаний. Применительно к крылу, обтекаемому сплошным потоком, такие колебания известны под названием "флаттер". Из литературы известно [Пановко Я.Г., Губанова И.И. Устойчивость и колебания упругих систем. М., Наука, 1987, 352 с , с. 302], что необходимым условием возникновения классического флаттера является наличие нескольких степеней свободы колебательной системы. Задачей изобретения является повышение коэффициента использования энергии потока ветра или жидкости крыловых ветро(гидро)двигателей, путем создания условий возникновения флаттера, что достигается за счет того, что крыловая лопасть установлена в туннеле на упругих опорах, из которых задняя по направлению потока опора имеет регулируемую жесткость, Поставленная задача достигается тем, что крыловая лопасть, изготовлена из легкого и прочного материала, установлена в туннеле на упругих опорах (пружинных, пневматических), из которых задняя по направлению потока опора имеет регулируемую жесткость. Это позволит изменять величину критической скорости флаттера, а следовательно, обеспечит возникновение флаттера при различных скоростях потока воздуха или жидкости. Для ориентации ветро(гидро)двигателя по направлению потока он установлен на поворотмой раме, приводимой в движение следящим приводом (аэро (гидродинамическим .электрическими т.д.). Чтобы увеличить скоростной напор потока возле крыловой лопасти, входная часть туннеля выполнена в виде диффузора, углы наклона стенок которого регулируются путем поворота их вокруг горизонтальных осей. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый ветро(гидро)двигатель отличается тем, что крыловая лопасть установлена на упругих опорах, из которых задняя по направлению потока опора имеет регулируемую жесткость. Таким образом, заявляемый ветро(гидро)двигагель соответствует критерию изобретения "новизна". Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия". Изложенная сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображено поперечное сечение предлагаемого ветро(гидро)двигателя. Ветро(гидро)двигатель содержит крыловую лопасть 1, установленную в туннеле 2 на упругих опорах: передней 3 и задней 4, которая передачей 5 связана с электрическим преобразователем. Жесткость опоры 4 можно регулировать устройством 6. Ветро(гидро)двигатель смонтирован на поворотной раме 7, которая установлена в подшипниковой опоре 8, что обеспечивает возможность ориентировки его по направлению потока. Вход в туннель 2 выполнен в виде диффузора, верхняя 9 и нижняя 10 стенки которого могут поворачиваться вокруг горизонтальных осей 11, изменяя угол раствора диффузора, а следовательно, скоростной напор на лопасти 1. Принцип действия описанного ветро(гидро)двигателя сводится к следующему. Крыловая лопасть 1, закрепленная на двух упругих опорах 3, 4, имеет две степени свободы и ее положение характеризуется двумя независимыми координатами: углом поворота лопасти 1 и вертикальным перемещением ее середины. "В сечении лопасти 1 можно выделить две характерные точки: центр тяжести (на чертеже обозначен А) и центр жесткости (обозначен +). Центр жесткости - это точка, обладающая тем свойством, что приложенная к ней вертикальная сила вызывает только вертикальное перемещение крыла. Положение центра жесткости зависит от жесткости опор. Если жесткость задней опоры 4 большая, чем жесткость передней 3, то центр жесткости будет сзади центра тяжести и наоборот. Из теории флаттера (см. указанную выше книгу, § 40) известно, что если центр тяжести находится впереди центра жесткости, то положение лопасти будет устойчивым. При уменьшении жесткости задней опоры 4 устройством 6 центр жесткости будет перемещаться к передней опоре 3 и при некотором значении этой жесткости будет находиться уже впереди центра тяжести, что является необходимым условием возникновения флаттера. Одновременно будет уменьшаться критическая скорость флаттера (скорость потока, при которой положение крыловой лопасти 1 становится неустойчивым). Если скорость флаттера станет меньшей, чем скорость потока, что возможно в том случае, когда жесткость задней опоры 4 будет достаточно малой по сравнению с жесткостью передней " то положение крыловой лопасти 1 станет неустойчивом и его движение приобретает характер колебаний с возрастающими амплитудами. Однако в данном случае рост амплитуд не будет неограниченным, в силу того, что часть энергии колебаний будет отбираться приводом 5 и преобразовываться в электроэнергию. Возникнет установившийся колебательный режим крыловой лопасти 1 (рабочий режим ветро(гидро)двигателя) Данное техническое решение, создавая условия для резонансного режима колебаний крыловой лопасти, существенно повысит коэффициент использования энергии потока, т.е. повысит мощность ветродвигателя при той же геометрии.