帶分裂的轉子葉片的轉子的制作方法

專利名稱：帶分裂的轉子葉片的轉子的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種工作時沿主流方向流過流體的轉子，轉子有至少一個可繞轉子軸線旋轉地設置的轉子葉片，它至少部分地從旋轉軸線出發延伸到流體中，以及在工作時當轉子繞旋轉軸線旋轉在尾流中形成尾渦的情況下通過轉子葉片產生一個推進力或由于流動產生一個繞旋轉軸線的扭矩，此轉子葉片在離旋轉軸線的預定距離處分裂成兩個部分葉片，其中一個部分葉片相對于轉子葉片沿旋轉方向延伸，而另一個部分葉片相對于轉子葉片逆旋轉方向延伸。
先有技術中已知用于產生推進力或產生扭矩的轉子，在第一種情況下包括螺旋槳、船的螺旋推進器、鼓風機、通風機、風扇等，在第二種情況下包括流體驅動的導流板、渦輪和風車。在船用螺旋槳或飛機螺旋槳中，固定在槳轂上的轉子葉片繞旋轉軸線旋轉，并基于其斷面形狀或基于其繞旋轉軸線旋轉時的迎角產生推進力。推進力在轉子葉片轉一圈時平均通常平行于旋轉軸線延伸并將船或飛機向前推進。在直升機轉子中，通過在繞旋轉軸線旋轉的過程中調整轉子葉片，可以產生一個相對于旋轉軸線傾斜的推進力。在這里，主流方向指的是這樣一個方向，即，當在遠處觀察將轉子簡化為一個平面時流動通過轉子的那個方向。
轉子的效率由于形式上為形成渦流、扭轉的流動損失以及當轉子在液態流體內工作時由于發生氣蝕而降低。聲輻射也往往成為問題。由船用螺旋槳和飛機螺旋槳、直升機轉子、風力設備、例如在空調設備中的各種風扇和鼓風機引起的噪聲，成為當今環境噪聲負擔的相當大的部分。
由先有技術已知按此類型的轉子，與傳統的轉子相比它們提高了效率和減少了噪聲輻射或形成噪聲。
例如由DE 42 26 637 A1已知一種按此類型的轉子，其中，轉子葉片分裂成兩個部分葉片。采用這種轉子可減少工作時的振動。
由DE-PS 83050已知另一種按此類型的轉子。這種轉子導致提高反壓力。
由US 1 418 991已知另一種轉子。這種轉子也有一個在離旋轉軸線一定距離處分裂成兩個部分葉片的轉子葉片，其中，部分葉片相對于轉子葉片沿轉子旋轉方向和逆轉子旋轉方向延伸。采用US 1 418 991的轉子可以減小流動阻力。
在由先有技術已知的轉子中存在的缺點是，它們在效率方面和噪聲輻射方面達到的改善對于當今的應用而言不再滿足要求。
因此本發明的目的是，采用簡單的設計措施改善前言所述的轉子，提高它們的效率。
尤其期望的是，除了提高效率外此轉子產生更少的噪聲并因而特別有利于環境保護。
對于前言所述類型的轉子，按本發明為達到上述目的采取的措施是，部分葉片銜接為至少一個被流體流過的環并構成一個裝置，借助此裝置在轉子工作時可在尾渦內基本上均勻地分布環流。
此方案簡單并導致顯著減少轉子噪聲。
通過將部分葉片銜接成一環，沿此環的輪廓發生環流從一個部分葉片到另一個部分葉片連續的改變。在兩個部分葉片之間的環流符號變換時，環流沿環的輪廓必須有一個零點。因此，此環構成一個裝置，借助此裝置使轉子的環流沿環的整個周邊并因而在尾流中產生的尾渦內均勻分布。因此達到沿轉子葉片和沿構成環的部分葉片與先有技術相比有更均勻的環流分布。渦流強度在空間上沿整個環的周邊分布，其結果是導致降低由于形成渦流帶來的損失以及產生更小的流動噪聲。
此外，由于部分葉片的環形閉合，使轉子獲得高的機械穩定性。由此可以降低結構重量以及獲得一種總體上絲網式結構。還有，在由部分葉片構成的環上環流很小并因而對推進的貢獻也很小的部分，翼弦也可以減小。以此方式可以降低摩擦阻力。
對于簡單的應用情況，例如簡單的風扇或通風機以及玩具飛機和玩具風車，轉子葉片和部分葉片可例如由傾斜安裝的平面構成，對于技術上復雜的應用情況，如飛機螺旋槳或船用螺旋槳，例如由具有規定的厚度分布和曲面的類似機翼的型面構成。沿轉子葉片和部分葉片根據當地流動條件改變的型面，導致特別有利的流動特性和更高的效率。同理，葉片的深度變化和當地的迎角也可以與當地的流動條件相匹配。
本發明的要點是，推進力或扭矩的產生也借助于轉子葉片本身。通過此原理區別按本發明的轉子與DD-PS 61 438的轉子。盡管該轉子同樣構成一個環，但是在那里所說明的轉子沒有轉子葉片，這種葉片從旋轉軸線出發延伸到流動中并產生推進力確切地說，此設計成環狀的條帶通過支承臂固定，它應當盡可能少地影響或干擾液體流動。在DD-PS 61438的轉子中，推進力只是由環形的條帶產生，它實施一種作功的相對運動，類似于魚尾或鳥翼的擺動。這種推進方式效率很低。通過所提及的原理還使按本發明的轉子區別于其他一些已知的環形結構，例如US 5890 875的葉片裝置。在那里同樣沒有設轉子葉片，所以只能產生小的推進力或扭矩。
在轉子的一種優選的設計中，部分葉片可逐漸基本上無躍變地從轉子葉片出發彎曲。由于部分葉片形狀連續變化，所以可以避免邊角流動，要不然在轉子的工作條件劇烈改變時會在轉折點產生這種邊角流動并能帶來損失。
按一項特別有利的設計，一個部分葉片至少在靠近轉子葉片的區域內不僅沿旋轉方向而且沿主流方向位于其他部分葉片的前面。在這種情況下，或其中一個部分葉片的入流邊沿主流方向可在另一個部分葉片入流邊的上游，或這一個部分葉片完全位于另一個部分葉片的上游。在部分葉片的這種布局中，流動從前部的位于上游的部分葉片的壓力側至少在轉子葉片附近的區域內可朝向后部的位于下游的轉子葉片的吸力側。由于在位于上游的部分葉片的負壓側或吸力側更快速地流動，動能被輸送給繞位于下游的葉片部分的環流，其結果是導致繞后部部分葉片更穩定的環流。
按另一項非常有利的設計，這兩個部分葉片可在其端部互相連接成一體。這種設計由于部分葉片的這種機械連接特別穩固和能承載，所以可以減小由轉子產生的振動。此外，由部分葉片的尖端引起的傷害的危險減到最低程度。
按本發明一項有利的進一步發展，兩個部分葉片優選地無躍變互相過渡。這意味著這兩個部分葉片在其連接點基本上有同一個斷面形狀以及它們的輪廓基本上無躍變地互相連接。這例如可以通過兩個互相連接的部分葉片的整體成形實現。
按另一項有利的設計，轉子葉片的流出邊優選連續地延續到位于下游的后部部分葉片的流出邊內，由此可使流動損失彼此無關地最小化。同樣，按另一項有利的設計，轉子葉片的入流邊延續到位于上游的前部部分葉片的入流邊內。以此方式防止流動由于入流邊的不規則性而受不利的影響。同樣，當相應的轉子葉片或部分葉片的入流邊只有少量不規則性時便已能顯著改變環流分布。按另一項設計，這尤其在按本發明只有一個轉子葉片的轉子的情況下是有利的，此旋轉軸線可以通過環面延伸。
若在只有一個轉子葉片的轉子的情況下旋轉軸線通過環面延伸，則采取這種簡單的結構性措施便可避免在轉子旋轉時的不平衡。
按另一項設計，轉子可設有多個沿旋轉方向優選地等間距的轉子葉片，其中，一個轉子葉片位于上游的前部部分葉片總是與一個沿周向走在前面的轉子葉片位于下游的后部部分葉片連接。這種設計在材料消耗少的同時保證沿此環的環流反向。由于大數量的轉子葉片可在結構體積小的情況下獲得總體上較大的推進力。這種設計的優點在于，大的推進力或扭矩與環流在轉子尾流內均勻地良好分布相結合。按此項設計，盡管功率大但轉子仍保持輕聲。在此設計中，優選地令沿周向相鄰的轉子葉片的部分葉片互相連接以構成一個環。
為了在不同的工作條件下能在轉子的轉子葉片上和在轉子的部分葉片上達到最佳的流動狀況，轉子葉片和/或部分葉片應能適應當地變化的流動條件，亦即適應限于有關的轉子葉片和/或部分葉片當地的流動條件。為此，轉子葉片和/或部分葉片至少部分設有彈性外層。在恰當的材料協調和/或適當預緊外層的情況下，或僅僅基于作用在型面上的流動機械力。亦即被動地，或借助于輪廓形狀調整裝置，亦即主動地，可以局部改變轉子葉片和/或部分葉片的型面幾何尺寸，不會在外層上形成對流動有不利影響的上拋、起皺或彎折。此外，在恰當選擇彈性時，彈性外層導致轉子葉片和/或部分葉片無損失地繞流。彈性外層有能力通過局部很有限的變形對壓力干擾作出反應并吸收這些壓力干擾，其結果是導致轉子葉片和/或部分葉片更安靜和低噪聲的繞流。
按另一項有利的設計，轉子還可以設型面調整裝置，它作用在外層上并可通過外層至少區域性地移動轉子葉片和/或部分葉片型面幾何尺寸局部或全局的改變。在這里，局部改變指的是轉子葉片或部分葉片型面幾何尺寸或輪廓形狀的改變，這種改變只發生在轉子葉片和/或部分葉片的一個極有限的區域內以及基本上不影響在轉子葉片和/或部分葉片的其他一些區域內的繞流。型面幾何尺寸全局的改變則相反，它改變轉子葉片和/或部分葉片大范圍的型面幾何尺寸，并導致顯著改變轉子葉片和/或部分葉片的繞流特性。
按另一項有利的設計，轉子可有一輪轂，在輪轂上固定轉子葉片。轉子葉片可通過用于改變迎角的迎角調整裝置可旋轉地固定在輪轂上。通過改變迎角可以用很簡單的方式將轉子產生的推進力在轉子大的旋轉速度范圍內保持常數或適應當時的工作條件。此外在轉子彈性設計的情況下還可以沿環線獲得有利于繞流的葉片扭曲的結構。同樣，可設一迎角調整裝置，借助它部分葉片可旋轉地固定在轉子葉片上以便調整迎角。在這里，迎角在流動技術中通常指的是轉子葉片和/或部分葉片的翼弦相對于轉子葉片和/或部分葉片當地入流的傾斜角。翼弦連接入流邊與流出邊，前者為轉子葉片和/或部分葉片前部滯止點連線，后者為轉子葉片和/或部分葉片的后部滯止點連線。
按另一項有利的設計，可設一后掠角調整裝置，借助它將轉子葉片基本上沿推進方向可相對于輪轂轉動地固定。通過此調整裝置，轉子葉片的后掠角，亦即入流邊相對于主流方向的角度可以被改變并改善在轉子葉片尾流內產生的環流的分布。還可以在轉子葉片與部分葉片之間設類似的裝置，以便也改變部分葉片的后掠角。為了在調整后掠角時兼顧轉子葉片或部分葉片入流的旋轉分量，后掠角調整裝置還可有利地使轉子葉片或部分葉片繞平行于旋轉軸線延伸的流動回轉。
按另一項有利的設計，在轉子葉片與部分葉片之間設一張角調整裝置，轉子的至少一個部分葉片按這樣的方式與之連接，即，使得能根據轉子的工作狀態調整在轉子葉片的兩個部分葉片之間的一個基本上指向旋轉方向的張角。
按另一項有利的設計，轉子幾何尺寸另一種提高在多種工作狀態下的效率的適應性調整的可能性可借助一個伸出裝置獲得，它設在轉子葉片與部分葉片之間，借助它將部分葉片可相對于轉子葉片的延伸方向伸出地固定。通過伸出部分葉片和/或轉子葉片，增大了產生推進力的面積，所以在轉子葉片和/或部分葉片單位面積的環流保持不變的情況下可以產生更大的推進力。
最后，可串聯兩個或多個按本發明的轉子。當這些轉子彼此沿反向相對旋轉時，在這兩個轉子的尾流內疊加各自的旋渦強度并部分抵消。因此在恰當協調的情況下甚至可做到完全消除至少其中一個轉子沿旋轉軸線方向旋渦強度的分量，亦即扭轉。因此，通過取消在串聯螺旋槳尾流中的扭轉將損失降到最低程度。若轉子有大體相同的直徑，則旋渦強度達到最佳的疊加。位于上游的轉子也可設計為定子，由此降低結構性費用。
下面借助實施例說明按本發明具有一個分裂成部分葉片的轉子葉片的轉子的結構和功能。
附圖中

圖1按本發明具有兩個分別分裂的轉子葉片的轉子第一種實施例；圖2A圖1的轉子第一種方案的局部II詳圖；圖2B圖1的轉子第二種方案的局部II詳圖；圖3按本發明的轉子第二種實施例局部II詳圖；圖4按本發明的轉子第三種實施例；圖5按本發明的轉子第四種實施例；圖6按本發明的轉子第五種實施例；
圖7按本發明的轉子另一種實施例；圖8A-8C按本發明的另一種實施例的適應性轉子葉片其型面幾何尺寸的變化；圖9按另一種實施例的按本發明適應性設計的轉子葉片中調整的可能性；圖10A和10B在傳統的和按本發明的螺旋槳尾流內的旋渦場；圖11本發明的另一種實施例，其中串聯兩個轉子。
首先借助圖1中所示的實施例說明按本發明的轉子的基本結構。
圖1表示轉子1沿旋轉軸線2方向的俯視圖，轉子可繞此旋轉軸線旋轉地支承著。在圖示的形式中，轉子1可用于風扇、螺旋槳，但也可用作渦輪或風力設備。圍繞旋轉軸線設輪轂3，在輪轂上固定兩個轉子葉片4。轉子葉片4分別從輪轂或旋轉軸線出發基本上沿徑向延伸到圍繞轉子1的流體中。
每個轉子葉片4分裂成兩個部分葉片5、6。沿旋轉方向彼此相繼的轉子葉片4的部分葉片5、6銜接成一個環。
工作時轉子1繞旋轉軸線2沿旋轉方向D旋轉。轉子1可被動地通過流動帶轉，例如在風力設備中便是這種情況。在這種情況下轉子1基本上沿軸線2入流。因此在適當地設計轉子葉片4和部分葉片5、6的型面和/或安裝位置時產生繞旋轉軸線2的扭矩，扭矩可借助與一根隨轉子旋轉的轉子軸(未表示)連接的發電機(未表示)應用于發電。反之，轉子1也可以被驅動馬達主動驅動，借此通過轉子的旋轉，基于適當地設計轉子葉片4和/或部分葉片5、6的型面和/或安裝位置，產生通過被轉子葉片4和部分葉片5、6掠過的面積和通過此環的流動及推進力。
圖2A和2B表示圖1中的局部II詳圖用于說明轉子葉片和部分葉片的幾何結構。由轉子葉片構成的環在圖2A和2B中為了簡化起見沒有表示。
轉子葉片4在距離A處分裂成一個在前部的沿主流方向位于上游的部分葉片5以及一個在后部的沿主流方向于下游的部分葉片6。在這里，轉子葉片4流暢地沒有截面突變地過渡為各自的部分葉片5、6。
轉子葉片4沿主流方向設置的入流邊7無接縫地延續到前部部分葉片5的入流邊7a中。轉子葉片4的流出邊8無接縫地延續到后部部分葉片6的流出邊8b中。在轉子葉片4分裂為兩個部分葉片5、6后，前部部分葉片5構成自己的流出邊8a，它至少在靠近轉子葉片4的區域內，亦即在分裂點附近的區域內，部分地與由后部部分葉片6構成的入流邊7b重疊。當然也可以取消這種重疊。
前部部分葉片5相對于后部部分葉片6沿旋轉方向D彎曲，所以前部部分葉片5與后部部分葉片6裂開。
在沿主流方向順著旋轉軸線2觀察的圖2A的視圖中，轉子葉片4以及兩個部分葉片5、6的表面9意味著是加載的壓力側，在螺旋槳、轉子等的情況下構成吸力側。吸力側和壓力側通過在它們那里存在的壓力狀況彼此區別。作用在吸力側上的平均流體壓力低于作用在壓力側上的平均流體壓力。由于此壓力差產生螺旋槳沿旋轉軸線2方向的推進力，或在風力設備的情況下產生扭矩。吸力側和壓力側分別通過入流力7、7a和7b以及通過流出邊8、8a和8b彼此分開。
在這里，入流邊是轉子葉片或部分葉片面朝葉片入流方向的滯止點連線，滯止點指的是那些相對于所涉及的轉子結構平均速度為零的點。流出邊相應地由后方滯止點的連線構成。
在圖2A的實施例中，前部部分葉片5設計得比后部部分葉片6大，以及轉子葉片在翼弦內分開。
作為替換形式，轉子葉片4可以不沿翼弦方向分裂，而是沿厚度方向，例如沿中線分裂為吸力側部分葉片11和壓力側部分葉片10。在圖3中同樣作為局部詳圖11表示按本發明具有沿厚度方向分裂的轉子葉片的轉子。在這里，型面的中線是在型面內的那些與型面的上側及下側接觸的內接圓的中點連線。
也可以設想按本發明的轉子葉片任意的過渡形式，其中，部分葉片可以任意搭接，以及一個部分葉片的入流邊或流出邊可分別與轉子葉片的吸力側或壓力側融合。
通過沿轉子1的旋轉方向彎曲部分葉片5，使在前部部分葉片5的吸力側上快速流動的流體朝后部部分葉片6的方向偏轉。這導致后部部分葉片的一種被加速并因而穩定的繞流。
在這里，吸力側部分葉片11形成一個自己的壓力側(沒有表示)。同樣，壓力側部分葉片10形成一個自己的吸力側9a。吸力側部分葉片11相對于轉子葉片4沿旋轉方向D延伸，壓力側部分葉片10相對于轉子葉片4逆旋轉方向延伸。部分葉片11的吸力側過渡到轉子葉片4的吸力側內，部分葉片10的壓力側過渡到轉子葉片的壓力側內。在圖1的實施例中，兩個部分葉片10、11設計成大體相同的大小。當然也可以類似于圖2A的方案，在這里將部分葉片10、11設計為不同的大小。兩個部分葉片10、11的入流邊流暢地與轉子葉片4的入流邊融合，兩個部分葉片10、11的流出邊流暢地與轉子葉片4的流出邊融合。
圖2B在局部11詳圖中表示圖1的轉子葉片另一種方案。
圖2A和2B的轉子葉片的區別在于轉子葉片各自的彎曲沿旋轉方向或逆旋轉方向、在轉子葉片4發生分裂的距離A處部分葉片5、6彼此的相對尺寸、以及部分葉片5、6相對于轉子葉片4的尺寸。
在圖2B中表示了張角W，它應表征兩個部分葉片5、6彼此張開的角度值。
張角W可以在其中一個(前部)部分葉片的流出邊與另一個(后部)部分葉片入流邊之間的空間內測量，或在兩個部分葉片的中線M之間的空間內測量。中線是在徑向截面內平分弦的那些點的連線。
在圖2B的轉子中，后部部分葉片6設計得比前部部分葉片5大。因此在螺旋槳的情況下后部部分葉片6比前部部分葉片5產生更大的推進力，或在導流板的情況下后部部分葉片6比前部部分葉片5產生更大的扭矩，其結果是導致在后部部分葉片6的尾流內旋渦強度比較高的集中度。但通過將葉尖延長成一環，也可以在這種情況下達到在尾流內有利的旋渦分布，此時例如具有較大翼弦的部分葉片在環的周長中占有比具有較小翼弦的部分葉片更大的份額。沿旋轉方向D旋轉并流過流體。這兩個部分葉片5、6彎曲成使旋轉軸線2位于環面12內部。因此兩個部分葉片5、6的銜接相對于轉子葉片4而言典型地位于旋轉軸線的相反側。但在圖4的實施例中，前部部分葉片5比較長并螺旋形彎曲，相反，后部部分葉片6較短并基本上沿徑向從旋轉軸線2出發延伸。前部部分葉片5和后部部分葉片6在區域B內互相連接，在此特殊的結構中此區域大體處于主葉片的延長線內。在此區域B內環流也改變其符號。
部分葉片5和6互相無躍變地過渡，所以在環形螺旋槳的繞流中產生盡可能小的干擾。在圖4的實施例中，主轉子沿旋轉方向D強烈彎曲，并在離旋轉軸線較小的距離A分裂成兩個部分葉片5、6。
在圖4的實施例中，部分葉片5、6長度不同，但大體上有相同的翼弦。當然在這里也可以采用同樣大小的部分葉片或部分葉片的翼弦可以變化。
沿著從部分葉片5到部分葉片6的過渡區，沿著環邊，環流的轉向必須改變。若對于環流的一個轉向賦予正號以及在轉子葉片4分裂為兩個部分葉片5、6或10、11的區域內環流的量用Γ0表示，則在部分葉片大小相同的情況下環流沿此環從+Γ0/2變換為-Γ0/2。
環流的這種變換沿環構件逐漸進行。因為在尾流內感應的旋渦的強度取決于附體的旋渦的強度當地的變化，所以在此情況下總體上在尾流中造成一個連續的渦流層，它包裹著螺旋槳射流以及處處有基本上相同的厚度。
在圖4的環形螺旋槳中可以利用全部外輪廓，以便對于任何應用場合總是獲得沿轉子葉片和部分葉片有利的推進力分布(在轉子被驅動的情況下)或能量產出率(對于主動工作的轉子)。例如，通過進一步向外延伸環構件或采用一種更似圓環形的設計，可以改變在外面的部分的負荷。這又可被利用于例如在船用螺旋推進器中降低氣蝕的危險。通過部分葉片5、6成環形的閉環，使環形螺旋槳獲得高的機械穩定性，這就有可能設計更輕的環形螺旋槳。在環流很小的環形螺旋槳區段中，亦即尤其在環流的符號發生變換的區域內也可減少翼弦。
圖5和6表示環形螺旋槳的另一些實施例。
圖5的單葉片式環形螺旋槳與圖4的實施例相比有彎度較小的轉子葉片4。轉子葉片4在那里分裂的距離A較大，以及部分葉片大體等長。總體上看在圖5的環形螺旋中環面12設計得更圓一些，這使轉子容易平衡。
圖6的實施例表示另一種雙葉片式環形螺旋槳的實施例。與圖1的環形螺旋槳相比，圖6的環形螺旋槳設有較長的環面12，它們主要通過轉子葉片4分裂成兩個部分葉片6的分裂點之間較大的區段A實現。圖6中還表示了區域B，在該區域內一個轉子葉片4的前部部分葉片5與另一個轉子葉片4的后部部分葉片6連接。在此區域B內環流變換其符號并有近似于零的量。此區域B有小的翼弦。此外在此區域內型面可以很狹窄并保持對稱性，因為此區域B對于環形螺旋槳1的推進力或能量的產出只有很小的貢獻。因此在此區域內形狀阻力和摩擦均可減到最低程度。
按圖1至6的環形螺旋槳原理也可轉用于多葉片式轉子。圖7表示了一種多葉片式環形轉子的實施例。在那里轉子1由三個沿旋轉方向D彼此均勻隔開距離的轉子葉片4構成。轉子葉片4分別在離旋轉軸線2同樣的距離A處分裂為前部部分葉片5和后部部分葉片6。轉子葉片4的前部部分葉片5與沿旋轉方向的下一個轉子葉片4的部分葉片6連接。根據使用情況，部分葉片相對于旋轉方向互相連接的方向也可以相反。
因此，形成了三個有環面12的環。環面12各有一公共的入流邊7，它連續地由轉子葉片的前緣、該轉子葉片4的前部部分葉片5以及另一個轉子葉片4的后部部分葉片6構成。同樣，由部分葉片5和6以及連接在部分葉片6上的轉子葉片構成的各環的流出邊8也是連續形成的。
基于按圖7所示實施例的原理，可以實現有任意數量的轉子葉片4的環形轉子。在這種情況下還可以是更復雜的幾何結構，其中環互相套疊，例如一個轉子葉片的前部部分葉片5不與相鄰轉子葉片4的后部部分葉片6連接，而是與處于更遠的那個轉子葉片4的后部部分葉片相連。
作為此可能的改型的進一步發展，也可以分裂為兩個以上的部分葉片，它們按本發明的方式可連接成一些空間轉子結構。
按本發明還規定，轉子1設一些裝置，它們可以使轉子葉片及部分葉片的幾何尺寸與不同的流動條件相適應。
為了能獲得這種適應性，轉子葉片4和/或至少部分葉片5和6之一用彈性材料制成或有一彈性外層。由此得出一個突出的優點，即也可以尤其沿環的結構逐步改變轉子葉片和部分葉片的流動幾何參數。
采用彈性外層例如可以改變轉子葉片4和/或一個部分葉片5的型面的幾何尺寸。在圖8A至8C中示意表示了這種情況。
圖8A表示沿圖2中的線IIX-IIX的剖面。剖切線IIX-IIX垂直于一條從旋轉軸線2出發的徑向射線延伸。型面13被一彈性和柔性的外層14覆蓋。轉子葉片4或部分葉片5、6之一均設一柔性外層14。柔性外層14可完全或只是局部地在那些應有目的地改變型面13輪廓形狀的地方圍繞此型面13。
在型面13內部設輪廓形狀調整裝置，在圖8A中示范性地借助一個構成型面凸緣15并偏心地安裝的凸輪16以及借助連接型面13吸力側9與壓力側18的連接件17來表示。輪廓形狀調整裝置可根據型面13的入流改變型面的形狀。例如，如圖8B和8C中所示，可借助偏心安裝的凸輪16在其繞旋轉軸線19旋轉時改變凸緣的傾斜角。因此，從圖8B到圖8C，在用箭頭表示的型面13的入流與連接入流邊和流出邊的弦S之間的迎角N增大。為了在圖8C的大迎角N的情況下在吸力側9上避免在前緣分離，在圖8C中通過輪廓形狀調整裝置增大型面13的曲率以及沿入流的方向降低凸緣。
這例如可以通過轉動凸輪16和通過彼此相對移動連接件17達到。通過移動連接件17導致型面局部變形，彈性外層可無困難地跟著變形，不會影響輪廓的光滑性。按類似的方式也可以造成后部型面區改變，例如成S型。因此多個輪廓形狀調整裝置的共同作用可以按非常復雜的方式影響型面幾何尺寸。同樣可設想其他原理的輪廓形狀調整裝置，例如沿型面分布地設置多個偏心凸輪，當它們旋轉時將部分外層向外或向內彎曲，或型面13被壓縮空氣吹鼓或被旋轉力擴展。
還可以設想一些柔性型面，它們在繞流產生的力作用下至少局部變形。采用這種型面繞流可以被動地調整，也就是說無需外部供能，僅僅基于繞流本身帶來的能量被動地影響繞流。
按此原理的進一步引深，最后可設想一些實施例，它們以有利的方式組合主動與被動的型面調整。
圖9表示轉子其他的調整可能性。通過一個轉子葉片4與輪轂3鉸接，可借助圖中未表示的后掠角調整裝置沿箭頭PR，亦即沿推進力方向或沿主流方向，調整轉子葉片4的入流邊相對于轉子1的旋轉面的斜度。通過后掠角借助在徑向沿入流邊的二次流，同樣可影響在尾流內的旋渦強度的集中度。類似的作用也可在部分葉片5和6中獲得，它們同樣可借助一個鉸接機構和自己的后掠角調整裝置沿箭頭PT亦即沿推進力方向和/或沿主流方向調整。類似地可設一迎角調整裝置(未表示)，其中，轉子葉片4可沿箭頭AR繞一根相對于旋轉軸線2基本上沿徑向延伸的旋轉軸線回轉。通過改變迎角，可在轉子葉片4轉速和入流速度不同的情況下優化推進力，或在被動工作的轉子中優化扭矩。部分葉片5、6也可以通過迎角調整裝置按這樣的方式裝在轉子葉片4上，即，使得可以沿箭頭AT相對于轉子葉片4改變部分葉片的迎角。
圖10A和10B示意表示按本發明的轉子1的作用方式。在圖10A中表示傳統的雙葉片式螺旋槳20。在轉子20的每個轉子葉片的葉尖處形成葉尖渦流，它在尾流內導致兩個螺旋形互相絞合的尾渦21、22。在這種傳統的轉子中，旋渦強度集中在這些渦管21、22內。這種高度的旋渦集中與大的損失和產生更嚴重的噪聲相聯系。若這種渦管21、22碰撞在一物體上，則如已知的那樣導致產生流動噪聲。
在圖10B所表示的按本發明的環形轉子1中則相反，在具有按本發明分裂的轉子葉片4的環形螺旋槳1或轉子1的尾流中，環流均勻地呈封套狀分布。這導致減少損失和降低流動噪聲。旋渦強度的這種均勻和封套狀的分布在按本發明的轉子的尾流內可起類似于閉式螺旋槳的外殼的作用。由于在轉子尾流內均勻分布旋渦強度，可以通過疊加兩個具有在各自的尾流內相應的旋渦強度的尾流，消除旋渦強度沿旋轉軸線方向的分量。在下面的實施例中討論此原理實際的實現。
圖11表示具有按本發明分裂式轉子葉片4的環形螺旋槳1或轉子1的結構，采用這種結構可以進一步減少損失。沿主流方向H前后排列兩個按本發明的轉子1a和1b。兩個轉子1a和1b的轉速有不同的大小。在轉子1a和1b的相對旋轉速度適當協調的情況下可消除來自前部轉子1a尾流30的扭轉，所以轉子1b的尾流內不再有扭轉。如在圖11中示意表示的那樣，流動扭轉導致上面已說明的在轉子尾流中渦管的螺旋狀絞合。也就是說由于這種扭轉，在流場旋轉時在尾流內加入附加的能量，這些能量不能利用于真正地生產出能量或在主動式或被動式工作的轉子中產生推進力。通過后部的轉子1b適當地反向旋轉這種扭轉被消除、轉變為推進力以及在轉子1b的尾流內不再發生渦管的螺旋狀絞合。
為了降低流動噪聲和由于干涉引起的振動，轉子1a和1b有不同的葉片數或葉片幾何尺寸。通過適當的設計，前部轉子1a可例如產生比推進力大的扭轉，以及后部轉子1b產生比扭轉大的推進力。在極端的情況下前部轉子1可設計為定子。
同樣可以設想，設許多轉子構成沖擊式渦輪。
權利要求
1.工作時沿主流方向流過流體的轉子，有至少一個可繞轉子軸線旋轉地設置的轉子葉片，它至少部分地從旋轉軸線出發延伸到流體中，以及在工作時當轉子繞旋轉軸線旋轉在尾流中形成尾渦的情況下通過轉子葉片產生一個推進力或由于流動產生一個繞旋轉軸線的扭矩，此轉子葉片在離旋轉軸線的預定距離處分裂成兩個部分葉片，其中一個部分葉片相對于轉子葉片沿旋轉方向延伸，而另一個部分葉片相對于轉子葉片逆旋轉方向延伸，其特征為部分葉片(5、6)銜接為至少一個被流體流過的環(12)并構成一個裝置，借助此裝置在轉子工作時環流可在尾渦內基本上均勻地分布。
2.按照權利要求1所述的轉子，其特征為一個部分葉片(5)的入流邊(7a)至少在接近轉子葉片(4)的區域內位于另一個部分葉片(6)的入流邊(7b)沿主流方向的上游。
3.按照權利要求1或2所述的轉子，其特征為轉子葉片(4)的流出邊(8)延續到位于下游的后部部分葉片(6)的流出邊(8b)內。
4.按照上述諸權利要求之一所述的轉子，其特征為轉子葉片(4)的入流邊(7)延續到位于上游的前部部分葉片(5)的入流邊(7a)內。
5.按照上述諸權利要求之一所述的轉子，其特征為兩個銜接為環的部分葉片(5、6)彼此光滑過渡。
6.按照上述諸權利要求之一所述的轉子，其特征為轉子的旋轉軸線(2)通過環面(12)延伸。
7.按照上述諸權利要求之一所述的轉子，其特征為設有多個沿旋轉方向(D)優選地等間距的轉子葉片(4)，其中，一個轉子葉片(4)位于上游的前部部分葉片(5)總是與一個沿旋轉方向(D)或逆旋轉方向(D)相繼的轉子葉片(4)位于下游的后部部分葉片(6)連接。
8.按照上述諸權利要求之一所述的轉子，其特征為轉子葉片(4)和/或部分葉片(5、6；10、11)至少部分設有彈性外層(14)。
9.按照上述諸權利要求之一所述的轉子，其特征為設型面調整裝置，借助它可至少部分地調整轉子葉片(4)和/或部分轉子(5、6；10、11)的輪廓形狀(13)。
10.按照上述諸權利要求之一所述的轉子，其特征為設迎角調整裝置，借助它固定轉子葉片和/或將部分葉片(5、6)可轉動地固定在轉子葉片上以便調整迎角。
11.按照上述諸權利要求之一所述的轉子，其特征為設后掠角調整裝置，借助它固定轉子葉片(4)和/或將部分葉片(5、6)基本上沿推進方向可轉動地固定在轉子葉片(4)上。
12.按照上述諸權利要求之一所述的轉子，其特征為在轉子葉片(4)與部分葉片(5、6)之間設張角調整裝置，借助它將至少一個部分葉片(5、6)按這樣的方式可轉動地固定在轉子葉片(4)上，即，可改變在一個轉子葉片(4)的兩個部分葉片(5、6)之間基本上朝旋轉方向(D)指的張角(W)。
13.按照上述諸權利要求之一所述的轉子，其特征為設在轉子葉片(4)與部分葉片(5、6)之間的伸出裝置，借助它將部分葉片(5、6)可相對于轉子葉片(4)的延伸方向伸入流體中地固定。
14.由至少兩個沿其旋轉軸線方向前后布置的轉子組成的組合件，轉子分別有相反的轉向，其特征為至少其中一個轉子(1)按上述諸權利要求之一設計。
全文摘要
本發明涉及一種轉子(1),它沿主流方向(H)流過流體并配備有至少一個可繞轉子軸線旋轉地設置的轉子葉片(4)。轉子葉片(4)至少部分地從旋轉線(2)出發延伸到流體中。通過轉子葉片(4)繞旋轉軸線(2)沿規定的旋轉方向旋轉(D),產生一個逆主流方向的推進力,或由于流動產生繞旋轉軸線的扭矩。為了在此類轉子中減少在轉子葉片端部的葉尖渦流并由此減少流動損失和流動噪聲,按本發明規定,轉子葉片(4)在離旋轉軸線的預定距離處延續為至少兩個部分葉片(5、6)并構成一個環。其中一個部分葉片(5)至少在靠近轉子葉片的區域內相對于轉子葉片(4)沿旋轉方向(D)延伸,以及另一個部分葉片至少在靠近轉子葉片(4)的區域內相對于轉子葉片(4)逆旋轉方向(D)延伸。這兩個部分葉片(5、6)在其端部互相連成一體,所以它們圍繞了一個被流體流過的環面(12),環面基本上橫向于主流方向延伸。
文檔編號F04D29/24GK1368923SQ00811381
公開日2002年9月11日 申請日期2000年7月6日 優先權日1999年7月6日
發明者魯道夫·班納赫 申請人:魯道夫·班納赫