一种可变形的翼及包括该翼的风能-海流能发电装置

本技术属于垂直轴风机，具体涉及一种可变形的翼及包括该翼的风能-海流能发电装置。

背景技术：

1、浮式风力机系统根据叶片旋转轴的分布可以分为垂直轴风力机和水平轴风力机。目前，水平轴风力机较为普遍，但通常水平轴风力机易受风向的影响，并且通常需要较高的塔架来提升风机的高度，这对浮式平台的设计和建造都提出了较高的要求。与水平轴风力机相比，垂直轴风力机不受风向控制，且通常不需要很高的塔架，同时其对尾流的影响相对较小，更适合开展阵列化布置，基于垂直轴风力机的各种优势，垂直轴风力机的应用越来越广泛。

2、当然，垂直轴风力机也存在自身的缺点，例如在较低的风速中无法有效发电，在较高的风速条件中受到的风阻力较大，需要通过额外的工程措施增强结构的稳定性。而且，我国是受台风影响较为严重的国家之一，强度较强的台风极易对风机造成极大的破坏，如果通过增强结构等方法抵抗台风需要付出极高的成本，而且在这期间风机无法有效的利用风能进行发电。因此，如何降低台风对风机带来的损坏，同时在台风期间进一步利用海流能进行发电是亟待考量的问题。

3、为实现台风期间利用海流能进行发电，目前的垂直轴风力机通过分别设置风力发电系统和海流能发电系统的方式，以实现风能和海流能的分别获取。该垂直轴风力机中的风力发电系统和海流能发电系统各自工作，使得整个装置复杂且运动响应难以预测，而且在台风等极端天气中风力发电系统处于空闲状态，只有海流能发电系统处于工作状态，降低了风力发电系统的效率。

4、基于以上问题，亟需一种结构简单且可最大程度在极端天气发电的发电装置。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种可变形的翼及包括该翼的风能-海流能发电装置，可通过改变翼型的方式适应不同的发电场景。

2、本技术的实施例可以通过以下技术方案实现：

3、一种可变形的翼，所述翼包括主翼，所述主翼的翼剖面具有翼型轮廓线，所述翼型轮廓线从前缘延伸到后缘并形成抽吸侧和压力侧；

4、所述翼还包括前缘板和与所述前缘板连接的伸缩机构，所述前缘板和所述伸缩机构安装于所述主翼内部的前缘位置，所述前缘板可在所述伸缩机构作用下沿所述主翼的弦长方向伸出或收回所述主翼的前缘。

5、优选地，所述前缘板为波浪形结构。

6、进一步地，所述前缘板的波长为0.33倍弦长，波高为0.025倍弦长。

7、进一步地，所述前缘板的长度略小于所述主翼的翼展展长。

8、进一步地，所述翼还包括至少一组涡流生成器以及与每个所述涡流生成器一一对应的第一变形结构，每组所述涡流生成器包括两个镜像对称设置的涡流生成器，所述涡流生成器连接于所述主翼的抽吸侧和/或压力侧；

9、所述涡流生成器具有直立状态和贴合状态，所述涡流生成器可在所述第一变形机构作用下与所述主翼的外侧贴合或分离，并实现贴合状态与直立状态的切换。

10、优选地，所述涡流生成器为三角形结构。

11、进一步地，每组两个所述涡流生成器以所述主翼的翼剖面呈镜像对称，每个所述涡流生成器与其对应的翼剖面的距离沿远离所述主翼前缘的方向逐渐增加。

12、进一步地，所述涡流生成器靠近所述主翼前缘的一端与所述主翼前缘之间的距离为0.1倍弦长。

13、进一步地，相邻两组涡流生成器的镜像对称面之间的距离约为涡流生成器长度的2倍。

14、进一步地，当所述涡流生成器处于直立状态时，所述涡流生成器与同组涡流生成器镜像对称面之间的夹角为10°-18°，所述涡流生成器的高度为放置处附面层厚度的1.1倍，长度与高度的比值范围可控制在2以上，相邻两组涡流生成器的镜像对称面之间的距离与涡流生成器的高度之比可控制在7左右。

15、进一步地，所述第一变形机构包括第一驱动电机和第三旋转轴，所述第三旋转轴与所述涡流生成器固定连接，所述第一驱动电机可驱动所述第三旋转轴转动，使得第三旋转轴带动所述涡流生成器相对所述主翼的外侧转动。

16、进一步地，所述伸缩机构的数量为多个，包括外壳、驱动部和传动部，所述驱动部可驱动所述传动部运动，所述传动部可带动所述前缘板伸出或收回所述主翼。

17、进一步地，所述传动部包括第一齿条、第二齿条、齿轮、齿轮箱、固定支架和传动箱，所述第一齿条安装于所述外壳的内壁，所述齿轮转动连接于所述齿轮箱的侧壁，所述固定支架底端与所述传动箱固定连接，所述第二齿条安装于所述传动箱的外壁，所述齿轮同时与所述第一齿条和所述第二齿条啮合，所述传动箱位于所述齿轮箱的内部并通过所述第一齿条、所述齿轮、所述第二齿条与所述外壳啮合连接；

18、所述驱动部包括驱动电机以及与所述驱动电机连接的驱动轴，所述驱动电机连接于所述外壳的内部底端，所述驱动电机可驱动所述驱动轴带动所述齿轮箱沿所述主翼的弦长方向往复运动。

19、进一步地，所述翼还包括支撑板，所述支撑板安装于所述主翼的内部，所述支撑板的外周与所述主翼的内壁固定连接，所述伸缩机构连接于所述支撑板的外侧。

20、进一步地，所述主翼包括主翼主体和活动部，所述活动部位于所述主翼的前缘位置，所述主翼主体可与所述活动部包围形成密封空间，所述主翼主体与所述活动部可开合连接；

21、所述翼还包括与所述活动部对应的第二变形结构，所述活动部可在所述第二变形机构作用下实现与所述主翼主体的开合连接。

22、一种风能-海流能互补发电装置，包括所述的一种可变形的翼，以及

23、主轴；

24、风速监测系统，固定连接于所述主轴的顶端，用于实现环境风速的监测；

25、第一旋转轴，套设于所述主轴外侧且与所述主轴转动连接，并依次通过支撑杆、活动杆与所述翼连接，所述支撑杆一端与所述第一旋转轴固定连接，另一端通过第一转轴与所述活动杆铰接；

26、第二旋转轴，套设于所述主轴外侧且与所述主轴转动连接，位于所述第一旋转轴的下方；

27、驱动液压杆，一端与所述活动杆固定连接，另一端通过第二转轴与所述第二旋转轴铰接连接，用于驱动所述活动杆相对所述主轴的角度变化；

28、控制系统，与所述风速监测系统、所述驱动液压杆、所述伸缩机构、所述第一变形机构电连接，用于接收所述风速监测系统监测的环境风速，并将所述环境风速与预设条件进行对比，以实现所述驱动液压杆、所述伸缩机构、所述第一变形机构的启停；

29、浮式平台，转动连接于所述主轴的底端；

30、浮式基础，与所述浮式平台同轴设置，且顶端与所述浮式平台固定连接，底端插入海底；

31、系泊系统，设置于所述浮式基础的周向且延长线与所述浮式基础的轴线相交，一端与所述浮式基础的外周固定连接，另一端与海底连接。

32、进一步地，所述翼具有第一状态和第二状态，所述伸缩结构可实现第一状态与第二状态的切换，当所述翼处于第一状态时，所述前缘板位于所述主翼内部，所述活动杆的轴线与所述主轴垂直且所述翼的展线延伸方向与所述主轴平行；当所述翼处于第二状态时，所述前缘板伸出所述主翼，所述活动杆的轴线与所述主轴平行且所述翼的展线延伸方向与所述主轴垂直。

33、进一步地，所述活动杆通过变攻角控制系统与所述翼连接，所述变攻角控制系统与所述控制系统电连接；

34、所述变攻角控制系统可监测所述翼的攻角数据并传输给所述控制系统，所述控制系统基于所述攻角数据通过所述变攻角控制系统实时调节所述翼的攻角。

35、进一步地，所述活动杆为液压杆，用于调节所述翼与所述第一转轴的距离。

36、本技术的实施例提供的一种可变形的翼及包括该翼的风能-海流能发电装置至少具有以下有益效果：

37、(1)本技术中的可变形的翼在前缘位置设置前缘板，前缘板可沿主翼的弦长方向伸出或收回主翼的前缘，前缘板为波浪形结构，在主翼的前缘位置设置波浪形结构的前缘板可以产生对转涡带，抑制主翼前缘的附近的流动分离，可显著改善主翼前缘的涡流结构，从而极大提高翼在海流能中的发电效率，从而使得极端天气的发电装置可继续利用海流能高效率发电，同时还可保证在自启动困难的条件下继续获取风能，具有结构简单、获能效率高的优势；

38、(2)本技术中的可变形的翼在抽吸侧和/或设置涡流生成器，涡流生成器具有直立状态和贴合状态，可在翼型机构尾部形成反向旋转的纵向涡流阵列，以进一步改善翼的壁面摩擦力，改善水动力性能，并可进一步保证在启动困难的条件下继续获取风能，以进一步适应不同的发电场景，保证发电效率。