叶片可叠式回旋低阻风力机.pdf

1 附件 编号：华中科技大学大学生创新创业训练计划项目申报书项 目 名 称 ：叶片可叠式回旋低阻风力机所属一级学科：能源科学技术项 目 负 责 人 ：徐静远院系：能源与动力工程学院专业：热能与动力工程申请资助经费：2800.00 元实施起止时间：2012-04-01 至 2012-10-01 填 表 时 间 ：2012-03-31 华中科技大学教务处编制2 一、人员基本信息申请人或团队姓名入学时间所在院系 (专业 ) 联系方式E-mail 号徐静远2009 能 源 与 动 力 工 程 学 院(热能与动力工程) 15271811298 /15271811298 624629434@.com 金泽林2009 能 源 与 动 力 工 程 学 院(热能与动力工程) /13296595361 123jinzelin@ 池亚微2007 能 源 与 动 力 工 程 学 院(热能与动力工程) 13349918878 /13349918878 1137803105@.com 谢榭2009 能 源 与 动 力 工 程 学 院(热能与动力工程) 15172543290 /15172543290 xiexieuup@ 熊玉成2009 能 源 与 动 力 工 程 学 院(热能与动力工程) /15271918140 团队名称：无指 导教师姓名张师帅年 龄工作单位能源与动力工程学院职称职务副教授E-mail shishuai@ 研究方向流体机械及工程联系15927156716 二、项目创新及特色本风机灵感来源于鸟类仿生学，其叶片采用可折叠式结构，与现有的风力机相比，其叶片在迎风受力时会最大化展开，在逆风回旋时会最大化折叠，从而实现风能利用率的提高，并且为风机的设计提出了一种全新的理念。

三、项目综述一、项目简介本叶片可叠式回旋低阻风力机的灵感来源于鸟类仿生学，鸟类飞翔时双翅张开击打空气，然后双翅折叠收回，完成一次击打周期这样使得鸟类的能量最大地转换为升力，实现效率的最大化同样，本风机的叶片也可像鸟类的翅膀一样折叠，在迎风时一对叶片会以180度张开， 逆风回旋时一对叶片会折叠闭合至5-10 度，使得风机叶片在迎风旋转时迎风面积最大化，而逆风回旋时阻力最小化，从而风机的风能利用效率大大提高，其既适用于家庭发电，也适用于电厂发电二、前期预研基础前期我们的研究团队对风力机进行了深入的学习与研究，发现现有的风力机的叶片相对于旋转轴是固定 的，这种风力机虽然结构紧凑，运转平稳，但是其迎风面积有限，并且回旋阻力无法消除，导致风机的风能转换率受到了一定的制约我们从鸟类的飞翔过程找到灵感，通过观察鸟类飞翔时翅膀击打空气的动作，发现鸟类翅膀的可折叠性使得其在击打空气时获得的浮升力大大增加，并且在收回翅膀时受到的阻力大大减小受到鸟类翅膀的启发，我们的研究团队将其利用在风力机上，提出了风力机的叶片可折叠式理念，基于这一原理，我们应用INVENTOR对叶片可折叠式风力机进行三维设计及运动仿真，目前本项目正在进行详3 细参数的设计及效率评估。

三、项目实施的创新性传统的风力机主要分为垂直轴风力机和水平轴风力机，其叶片均是固定在回转轴上，通过风力推动叶片旋转，从而带动回转轴转动输出机械功本叶片可叠式回旋低阻风力机严格意义上不属于传统风机中的任何一类，其叶片并非固定在回转轴上，而是在风力机大横轴旋转时可以周期性张开或闭合，实现风能利用率的最大化就单对的叶片而言，其翼型与鸟类的双翅及其相似该风力机打破了传统风机结构的思维束缚，为风机提供了一种全新的设计理念四、可行性分析1、 技术可行性：本风力机核心部分是多对可折叠式叶片，经过多次推导，理论上该风力机的运转是符合科学事实的，可以实现效率的提高并且以现有的技术，该风力机中各构件完全可以制造成成品；2、财务可行性：根据预算，该回旋低阻风力机前期研究投入资金少，在校方一定的经费支持下，完全可以研制出理论上预想的“叶片可叠式回旋低阻风力机”3、组织可行性：本团队由能源学院的五名大三学生组成，团队的导师是能源学院流体机械方向的资深教师队员均已学习《机械原理》《机械设计》 《流体力学》等，对于此项目有一定的技术基础四、项目实施方案一、项目方案该叶片可叠式回旋低阻风力机主要是由花瓶型叶片机构、螺线式主轴、支撑机架三大部分组成，其中最小工作单元为一对可折叠式叶片，该叶片的翼型仿照鸟类翅膀设计，在风机工作时，其每对叶片可以迎风张开，逆风闭合。

其中螺线式主轴上水平部有四组叶片，每组叶片中有五对小叶片呈72°圆周均匀分布，并且这四组叶片在螺线式主轴上呈12°交错排列， 这样就保证了横轴的受力均匀性，提高了其稳定性及整个风机运转的稳定性支撑机架主要用于支撑螺线式主轴，在支撑机架的底部装有推力轴承，在支撑机架的侧部装有一个风向感应器，通过调节系统，当风向变化时，风力机的朝向会自动改变，从而适应于各个方向的风二、进程安排1、 初步的模型建立：在风机叶片可折叠的思想基础上，研究如何实现叶片的可折叠化，并且对于该风力机的外形有一个基本的轮廓，其中外形包括叶片大致形状及尺寸、螺线式横轴与叶片骨架的连接方式、支撑机架的大致外形当以上确定以后再进行三维造型（此造型不涉及具体尺寸、不考虑工艺性）2、 具体参数的设计优化：对流体机械及空气动力学方面进行深入的学习及研究，对各部件的结构及参数进行详细的设计， 整个设计围绕效率及制造加工工艺性进行，结合我国现有的机械制造水平对该风机进行设计，并且利用CFD 对本风机进行数值试验、计算机模拟和分析研究本环节结束后应有零件图纸、设计说明书等成果3、 装配调试改进：联系相关公司对本风机的各个零部件进行加工，加工完成后进行组装并在自然环境中进行模拟，努力实现产品的实用性和经济性指标，积极推广应用。

三、成员分工本队成员为徐静远、熊玉成、谢榭、池亚微、金泽林，具体分工如下：（1）三维建模组：金泽林、熊玉成，该组负责整个过程的三维造型及模拟仿真（2）参数设计组：徐静远、熊玉成、池亚微、谢榭、金泽林（3）模型制作组：池亚微、金泽林、熊玉成注：以上每组的第一位成员为小组负责人）五、项目预期成果“叶片可叠式回旋低阻风力机”可达到如下预期成果：4 （1）制造结束后的成品风力机运转平稳，噪声小，风能利用率高，启动风速低，并且在中低风速的环境中表现良好，将其运用在如地铁涵洞口处，该风机可收集列车进站时产生的风能，将其转化成电能后供地铁照明系统使用2）该风机的主轴输出扭矩大，可将其作为直接的动力源，例如用于煤山的矿井起吊机的动力源或者用于水井提水等，实现机械能的直接利用六、经费预算一、叶片及叶片骨架（700）1、 叶片材料：铝合金、框架型钢2、 制造工艺：钣金3、 工人费用 二、主轴（ 1000）1、 主轴材料： 45 钢2、 制造工艺：车床加工、热处理 三、支撑机架（ 1000）1、 骨架材料： Q235 钢2、 制造工艺：数控加工、焊接 四、机械工具（ 100）总计： 2800 元七、审批情况指导教师意见情况属实，同意申报。

签名：张师帅2012 年 04 月 02 日院系意见本项目在风能利用率最大化上进行研究，有一定基础，需完善同意申报院（系）（章）签名：舒水明（录入者：王晓墨）5 2012 年 04 月 06 日项目管理办公室意见教务处（章）签名：学校意见签名（章）：。