高效利用低速流體的葉片及其製造方法與流程

2023-05-31 03:32:46 3

本發明涉及一種高效利用低速流體的葉片及其製造方法，適用於利用氣流或水流的場合，屬於葉片設計、構造技術領域，以及可再生能源、節能減排和環境保護技術的開發與設計領域。

背景技術：

據申請人所知，葉片的風能利用係數(表示為Cp，又稱風能利用效率)是其最主要的性能參數；葉片的Cp與空氣流過葉片時其產生的升力/阻力比值(升阻比)有關，而升阻比由構造翼型流線型的形狀確定，因此葉片的Cp性能由其構成的翼型形狀確定。提高葉片的Cp是研發高性能風電技術中最根本的技術。

現在市場上所見升力型風力發電產品的葉片均由單翼片構成，單翼葉片存在的問題是低風速性能欠佳，推力型(又稱阻力型)葉片存在的問題是Cp低。提高風力機的低風速性能是降低風力發電成本的關鍵因素之一。

申請人專注於降低風力發電成本的研究已有十餘年，著力於垂直軸風力機的研發，並在葉片的翼型研究方面取得了突破性的研究成果，發明了LF系翼型(垂直軸風力機專用翼型，專利申請號201410178052.8申請公布號CN103939283A)和一種高效利用風能的多翼集流葉片(專利號201210152431.0授權公告號CN102661239B)，有效提高了葉片在低風速下的Cp。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：克服現有技術存在的問題，提供一種高效利用低速流體的葉片，通過對葉片結構的改進，提高葉片的性價比。

本發明的主要技術構思如下：發明人在現有研究成果的基礎上進行了更加深入地實踐研究後發現，現有集流葉片的頭部翼片由於加工難度很大而導致製造成本過高，不利於提高葉片的性價比；有基於此，發明人經深入地實踐研究後終於得出了能有效提高葉片性價比的技術方案。

本發明解決其技術問題的技術方案如下：

一種高效利用低速流體的葉片，具有流線形截面，所述截面由前緣點、後緣點、以及連接前緣點和後緣點的上輪廓和下輪廓所圍成，所述葉片上外緣輪廓面為葉片的吸力面，所述上輪廓為吸力面與截面的交界線；所述葉片下外緣輪廓面為葉片的壓力面，所述下輪廓為壓力面與截面的交界線；該葉片由一組翼構件組成，相鄰翼構件之間留有通氣空間；其特徵是，所述翼構件包括一個頭部翼件和一個尾部翼件，或者包括一個頭部翼件、至少一個中部翼件和一個尾部翼件；所述頭部翼件靠近前緣點、且位於前緣點的斜上側，所述尾部翼件靠近後緣點，所述中部翼件位於頭部翼件和尾部翼件之間；所述頭部翼件呈一側為凸面、另一側為凹面的弧形片狀，所述頭部翼件的凸面背離後緣點；所述葉片截面的上輪廓由頭部翼件的凸面、以及尾部翼件的上部或部分上部共同構成，或者由頭部翼件的凸面、以及中部翼件和尾部翼件的上部或部分上部共同構成；所述葉片截面的下輪廓由尾部翼件的下部或部分下部構成，或者由中部翼件和尾部翼件下部或部分下部共同構成。

由於現有技術不存在任何相關啟示，發明人只能在不斷地實踐中反覆求索嘗試，尋找既能降低製造成本、又不損失葉片性能的改進方案。發明人實踐研究了很多種方案，雖然它們能規避集流葉片頭部翼片加工難度大的問題，並降低製造成本，但是葉片的性能均有不同程度的下降，使產品喪失性能優勢。在經過失敗案例基礎上的進一步實踐研究後，發明人終於得出了上述結構，將呈弧形的片狀件作為頭部翼件，並按上述限定進行布置，既能降低製造成本(能降低20-50％)，又不損失葉片性能，進而顯著提升了葉片的性價比。

上述結構中，頭部翼件採用的弧形片狀件，易於加工製造，且成本較低；同時，該弧形片狀件的凸面與原先多翼集流葉片頭部翼片的上表面形狀相同或近似，使葉片截面的外輪廓形狀幾乎沒有變化；而且，發明人在實踐研究中發現，只有採用上述結構，才能在頭部翼件與相鄰翼構件之間的通氣空間形狀與原先相比發生了較大變化的情況下，基本保持葉片性能。

需要說明的是，本發明葉片和多翼集流葉片的Cp都是由葉片外表面(外輪廓)與內表面(通氣空間)形狀的氣動性能共同確定，但兩種葉片影響形狀設計的條件是不同的，多翼集流葉片可在保持葉片的外輪廓形狀不變的條件下，通過改變其組成翼片的形狀來改變通氣空間的形狀，而本發明葉片中有片狀翼構件(特別是構成葉片頭部的頭部翼件弧形片)，改變其通氣空間形狀必然隨之要改變葉片的外輪廓形狀，可見本發明葉片的設計難題是外輪廓形狀與通氣空間形狀之間有關聯性，以上技術方案正是發明人克服了這一難題後得出的。

為進一步提高葉片性能，發明人經進一步深入研究得出以下優選方案：

優選地，至少有一個中部翼件採用似「σ」形結構：

所述中部翼件為實心件或空心件；

當中部翼件為實心件時，所述中部翼件具有靠近頭部翼件的凸面、靠近尾部翼件的後側面、以及與葉片截面下輪廓重合的下側面，後側面上端與凸面上端相接，凸面上端還延伸有超出後側面的板件，凸面下端經下側面與後側面下端相接，凸面上部及板件分別與葉片截面上輪廓重合；

當中部翼件為空心件時，所述中部翼件由第一、第二片狀件構成，且第一、第二片狀件一體成型或分別成型；第二片狀件位於第一片狀件的下方；所述第一片狀件呈弧形、且其凸面靠近頭部翼件；所述第一片狀件凸面的上部與葉片截面上輪廓重合；所述第二片狀件採用三段雙摺結構或雙段單折結構；

三段雙摺結構：所述第二片狀件分為上段、中段和下段；所述上段與第一片狀件凹面相貼合，且第一片狀件上端延伸超出所述上段；所述上段與中段呈夾角布置，且該角的開口朝向該第二片狀件的下後方；所述中段與下段呈夾角布置，且該角的開口朝向該第二片狀件的上前方；所述下段末端與第一片狀體下端固連，且下段的外側面與葉片截面下輪廓重合；

雙段單折結構：所述第二片狀件分為上段和下段；所述上段末端與第一片狀件凹面固連或相貼合，或者所述上段與第一片狀體之間留有空間；所述第一片狀件上端延伸超出所述上段；所述上段與下段呈夾角布置，且該角的開口朝向該第二片狀件的上前方；所述下段末端與第一片狀體下端固連，且下段的外側面與葉片截面下輪廓重合；當上段與第一片狀體之間留有空間時，所述上段還經內面連接件與第一片狀體凹面固連。

上述優選方案中，將至少一個中部翼件構造為類似「σ」形狀的結構，可進一步提高葉片性能，使其高於原先葉片的性能，同時能降低加工難度，降低製造成本，從而進一步顯著提升葉片的性價比。

優選地，在葉片截面中，所述通氣空間的進氣口位於葉片的下輪廓所在側、出氣口位於葉片的上輪廓所在側，且進氣口大於出氣口；所述通氣空間靠近吸力面的部分沿氣流方向逐漸收窄，且氣流自出氣口流出的方向與葉片吸力面相切。

該優選方案中，對相鄰翼構件間的通氣空間進行改進，可進一步提高葉片性能。

為進一步降低製造成本，發明人經進一步深入研究得出以下優選方案：

優選地，各中部翼件分別採用弧形結構、雙片單折角形結構、似「S」形結構、似「C」形結構、類翼型結構之一；

弧形結構：所述中部翼件呈一側為凸面、另一側為凹面的弧形片狀，且凸面靠近頭部翼件，所述中部翼件凸面的上部與葉片截面上輪廓重合，所述中部翼件的下端與葉片截面下輪廓重合；

雙片單折角形結構：所述中部翼件分為上片和下片；所述上片和下片呈夾角布置，且該角的開口朝向該中部翼件的上前方；所述上片位於葉片截面上下輪廓之間、下片的外側面與葉片截面下輪廓重合；

似「S」形結構：所述中部翼件由上「C」形段和下「C」形段反向對接而成，所述上「C」形段的凸面靠近頭部翼件、且該凸面的上部與葉片截面上輪廓重合；所述下「C」形段下部的外側面與葉片截面下輪廓重合；

似「C」形結構：所述中部翼件由上弧形段和下弧形段同向對接而成，上弧形段的凸面靠近頭部翼件、且該凸面上部與葉片截面上輪廓重合；所述下弧形段下部的外側面與葉片截面下輪廓重合；該似「C」形結構的開口朝向後緣點所在方向；

類翼型結構：所述中部翼件由第三、第四片狀件構成，第四片狀件位於第三片狀件的下方；所述第三片狀件呈弧形、且其凸面靠近頭部翼件；所述第三片狀件凸面的上部與葉片截面上輪廓重合；所述第三、第四片狀件兩者一體成型或分別成型；所述第四片狀體採用雙段單折結構，即第四片狀體分為上段和下段，上段呈弧形、其凸面朝向第三片狀體、且其上端與第三片狀體凹面固連，所述下段的外側面與葉片截面下輪廓重合，所述上段與下段呈夾角布置，且該角的開口朝向該第四片狀體的上前方。

優選地，所述尾部翼件採用翼型結構、「鴨嘴」結構、「上翹鴨嘴」結構之一；

翼型結構：所述尾部翼件由第五、第六片狀件構成，第六片狀件位於第五片狀件的下方，第五片狀體兩端分別與第六片狀體的對應末端固連；所述第五片狀件呈弧形、且其凸面靠近後緣點的部分與葉片截面上輪廓重合；所述第六片狀體外側面與葉片截面下輪廓重合；

「鴨嘴」結構：所述尾部翼件由第五、第六片狀件構成，第六片狀件位於第五片狀件的下方；所述第五片狀體採用兩段一折結構，即第五片狀體分為上段和下段，所述上段與下段呈夾角布置，且該角的開口朝向該第五片狀體的上前方；所述上段呈弧形、且其凸面靠近後緣點的部分與葉片截面上輪廓重合，所述下段與第六片狀體內側面貼合，所述下段位於上段遠離後緣點的一側；所述第六片狀體外側面的部分或全部與葉片截面下輪廓重合；所述第五片狀體上段靠近後緣點的末端、下段靠近前緣點的末端分別與第六片狀體的對應末端固連；

「上翹鴨嘴」結構：所述尾部翼件由第五、第六片狀件構成，第六片狀件位於第五片狀件的下方；所述第五片狀體採用兩段一折結構，即第五片狀體分為上段和下段，所述上段與下段呈夾角布置，且該角的開口朝向該第五片狀體的上前方；所述上段呈弧形、且其凸面靠近後緣點的部分與葉片截面上輪廓重合，所述下段與第六片狀體內側面相貼合，所述下段位於上段遠離後緣點的一側；所述第六片狀體外側面的部分或全部與葉片截面下輪廓重合；所述第五片狀體上段靠近後緣點的末端與第六片狀體的對應末端固連；所述第六片狀體遠離後緣點的末端上翹、且位於第五片狀件遠離後緣點的一側。

更優選地，若有第一片狀體與第二片狀體，則所述第一片狀體與第二片狀體下段的連接處內側還設有加強件，或者，所述第一片狀體與第二片狀體下段經連接件固連；若有第五片狀體與第六片狀體，則所述尾部翼件的第五、第六片狀件在其連接處內側設有加強件，或者第五、第六片狀件的相應末端經連接件固連，或者第五、第六片狀件的中部經內面連接件固連。

以上優選方案中，中部、尾部翼件均由片狀件構成，可以降低加工難度，並大幅降低製造成本，同時不會影響葉片性能，從而進一步提高葉片性價比。

此外，還可選擇以下方案：

所述中部翼件、尾部翼件分別呈實心塊狀；在葉片截面中，中部翼件具有靠近頭部翼件的凸面、靠近尾部翼件的凹面、以及與葉片截面下輪廓重合的下側面，凸面上端與凹面上端相接，凸面下端經下側面與凹面下端相接，凸面靠近後緣點的部分與葉片截面上輪廓重合；在葉片截面中，尾部翼件具有上側面和下側面，上側面靠近後緣點的部分與葉片截面上輪廓重合，下側面與葉片截面下輪廓重合，上側面的兩端分別與下側面的對應末端連接。

本發明還提供：

前述高效利用低速流體的葉片的製造方法，其特徵是，包括以下步驟：

第一步、選擇加工原料；

第二步、針對不同加工原料，採用曲面模具或胎具成型、或者曲面輥軋成型將加工原料製成具有預定形狀的片狀件；所述曲面模具或胎具成型包括衝壓成型、擠壓成型、注壓成型、壓鑄成型、胎模或拓模成型；

第三步、採用製得片狀件構成頭部翼件、中部翼件或尾部翼件。

優選地，第一步中，加工原料為具有延展性的輕質金屬片材、輕質合金非片材材料、高分子材料、或纖維增強複合材料；

第二步中，當加工原料為輕質金屬片材時，採用曲面輥軋成型或衝壓成型；當加工原料為輕質合金非片材材料或高分子材料時，採用擠壓成型、注壓成型或壓鑄成型；當加工原料為纖維增強複合材料時，採用胎模或拓模成型、壓鑄成型。

此外，本發明還提供：將前述高效利用低速流體的葉片用作垂直軸風力機葉片、水平軸風力機葉片、水輪機葉片、汽輪機葉片、推進器葉片的用途。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：

由於市場上現役風電機組的葉片成本佔整機的25％左右，降低葉片成本對降低風電機組成本具有非常重要的意義；通過改進翼件構造，採用片狀件替代原先的翼片，可將原先葉片翼型的成型轉化為片狀件的成型，這樣既將製造模具化整為零，減少了模具的尺度、加工難度和成本，還可應用輥軋、衝壓、擠壓等高效成型的製造工藝，從而顯著降低葉片的製造成本，具體可降低20-50％(單機容量越大則降低幅度越大)。同時，本發明葉片的Cp在2-15m/s風速間的風速平均值不低於相同外輪廓的多翼集流葉片，葉片性能有保證，如此雙管齊下，即顯著提高了葉片的性價比。此外，本發明葉片可以分件製造，這使在風力機安置現場組裝葉片成為可能，從而大幅降低大中型葉片的運輸成本。

附圖說明

圖1至圖6為本發明實施例1各葉片截面的示意圖。

圖7至圖11為本發明實施例2各葉片截面的示意圖。

圖12為本發明葉片截面上的外輪廓包絡線、吸力面Sup、壓力面Slow示意圖。

圖13為本發明葉片截面上的通氣空間示意圖。

圖14為本發明四種不同構造的葉片截面中，其外輪廓包絡線形成的葉片吸力面Sup和壓力面Slow的示意圖。

圖15、圖16分別為本發明實施例3葉片截面按X、Y翼型規範設計葉片外輪廓的示意圖。

圖17至圖24為本發明實施例3各葉片截面的示意圖。

圖25為本發明圖7葉片、圖22葉片、圖21葉片、圖3葉片的三維示意圖。

圖26是本發明實施例4的四種應用方式示意圖。

圖27是本發明實施例5對三種本發明葉片、一種三翼集流葉片和兩種單翼型葉片的測試圖。

圖28是圖27所示的六種葉片的功率曲線比較示意圖。

圖29至圖32為本發明實施例7各葉片截面的示意圖。

圖33至圖38為本發明實施例8各葉片截面的示意圖。

圖39至圖44為本發明實施例9各葉片截面的示意圖。

具體實施方式

本發明進行了大量的計算流體動力學仿真模擬和風洞試驗，圖1至圖11、圖17至圖25所示的葉片是有代表性的實施例，在論述研究結果之前，先說明本發明葉片代號表示的含義，圖示和描述葉片的一些相關術語和參量在本發明葉片上如何體現和量度。

本發明葉片由通式FW(n+m)nm表示，其中n表示呈片狀的翼構件數量(包括：呈弧形片狀的頭部翼件，採用弧形結構、雙片單折角形結構、似「S」形結構、似「C」形結構的中部翼件)，m表示呈曲面體或實心塊狀的翼構件數量(包括：採用似「σ」形結構、類翼型結構的中部翼件，採用翼型結構、「鴨嘴」結構、「上翹鴨嘴」結構的尾部翼件，呈實心塊狀的中部/尾部翼件)，(n+m)為n與m數值之和。此外，若要表示葉片外輪廓有具體規範翼型，則在上述通式後加上表示參照翼型的字母，如FW(n+m)nmL表示參照翼型是LF系翼型、FW(n+m)nmN表示參照翼型是NACA系翼型。

本發明葉片中，有些葉片的翼構件在構形上有邏輯性遞推關係，這樣的葉片可分為三類，針對各類的特點其表示式相應要反映各類的特點：在FW(n+m)nm中，當一類葉片的m或n為定數時，(n+m)數減這個定數能反映出構形上有邏輯遞推性部件的數而無需再由具體數值來表示n或m，則可用一個字母原位替代n或m表示該種部件構形上有邏輯遞推性。

具體而言，FW(1+m)1B表示的葉片由1個片狀翼構件C1和m個曲面體翼構件B組成，且中部翼件採用了似「σ」形結構的曲面體B，並在構形上有邏輯遞推性，圖9、圖10、圖21所示的FW31B，圖20、圖22、圖23、圖24依次所示的FW41B、FW51B和FW61B是這類葉片的實例。

FW(n+1)C1表示的葉片由n個片狀翼構件C和1個曲面體翼構件B組成，且中部翼件採用了似「C」形結構的片狀翼構件C，並在構形上有邏輯遞推性，圖18所示的FW4C1是這類葉片的實例。

FW(n+1)S1表示的葉片由n個片狀翼構件C和1個曲面體翼構件B組成，且中部翼件採用了似「S」形結構的片狀翼構件C，並在構形上有邏輯遞推性，圖7和圖8依次所示的FW4S1和FW5S1是這類葉片的實施例。

若以所述n和m對應表示的部件數來分類葉片的應用容量，則1≤n≤3、1≤m≤3的葉片適於微、小型風力機，1≤n≤8、1≤m≤8的葉片適於小、中型風力機，1≤n≤18、1≤m≤18的葉片適於中、大型風力機，1≤n≤30、1≤m≤30的葉片適於大型風力機。

圖12所示的虛線是一種葉片外輪廓的包絡線，它以葉片的前緣點a和後緣點b為界形成這種葉片的吸力面(上表面)Sup和壓力面(下表面)Slow並在圖的上、下部分對應分開示出，a與b之間的距離ξ表示葉片的翼弦長度(簡稱弦長)。

圖13示出一種葉片壓力面一側的進氣口尺寸gen大於吸力面一側的出氣口尺寸gex，吸力面內側的通氣空間形狀是向著出氣口的方向逐漸變窄並將氣流導向沿吸力面的切線方向流出。

圖14示出本發明FW211、FW4S1、FW312、FW41B葉片以前緣點a和後緣點b為界形成虛線所示的吸力面Sup和壓力面Slow。

直觀起見，圖25為圖7的FW4S1葉片、圖22的FW41B葉片、圖21的FW31B葉片、圖3的FW312葉片的三維示意圖。

下面參照附圖並結合實施例對本發明作進一步詳細描述。但是本發明不限於所給出的例子。

實施例1

如圖1至圖6所示，本實施例高效利用低速流體的葉片，具有流線形截面，截面由前緣點、後緣點、以及連接前緣點和後緣點的上輪廓和下輪廓所圍成，葉片上外緣輪廓面為葉片的吸力面，上輪廓為吸力面與截面的交界線；葉片下外緣輪廓面為葉片的壓力面，下輪廓為壓力面與截面的交界線。

該葉片由一組翼構件組成，相鄰翼構件之間留有通氣空間；翼構件包括一個頭部翼件和一個尾部翼件，或者包括一個頭部翼件、至少一個中部翼件和一個尾部翼件；頭部翼件靠近前緣點、且位於前緣點的斜上側，尾部翼件靠近後緣點，中部翼件位於頭部翼件和尾部翼件之間。

頭部翼件呈一側為凸面、另一側為凹面的弧形片狀，頭部翼件的凸面背離後緣點。本實施例中，如圖1至圖6所示，頭部翼件為弧形片狀翼構件C1。

葉片截面的上輪廓由頭部翼件的凸面、以及尾部翼件的上部或部分上部共同構成，或者由頭部翼件的凸面、以及中部翼件和尾部翼件的上部或部分上部共同構成；葉片截面的下輪廓由尾部翼件的下部或部分下部構成，或者由中部翼件和尾部翼件下部或部分下部共同構成。

中部翼件採用弧形結構、雙片單折角形結構、或呈實心塊狀；

弧形結構：中部翼件呈一側為凸面、另一側為凹面的弧形片狀，且凸面靠近頭部翼件，中部翼件凸面的上部與葉片截面上輪廓重合，中部翼件的下端與葉片截面下輪廓重合。如圖2、4、6所示，分別有1個中部翼件為弧形片狀翼構件C2。

雙片單折角形結構：中部翼件分為上片和下片；上片和下片呈夾角布置，且該角的開口朝向該中部翼件的上前方；上片位於葉片截面上下輪廓之間、下片的外側面與葉片截面下輪廓重合。如圖6所示，有1個中部翼件為角形翼構件C3。

呈實心塊狀：在葉片截面中，中部翼件具有靠近頭部翼件的凸面、靠近尾部翼件的凹面、以及與葉片截面下輪廓重合的下側面，凸面上端與凹面上端相接，凸面下端經下側面與凹面下端相接，凸面靠近後緣點的部分與葉片截面上輪廓重合。如圖3所示，有1個中部翼件為呈實心塊狀的翼構件A2；如圖4所示，有1個中部翼件為呈實心塊狀的翼構件A3；如圖5所示，有2個中部翼件為呈實心塊狀的翼構件A2和A3。

尾部翼件呈實心塊狀：在葉片截面中，尾部翼件具有上側面和下側面，上側面靠近後緣點的部分與葉片截面上輪廓重合，下側面與葉片截面下輪廓重合，上側面的兩端分別與下側面的對應末端連接。如圖1所示，尾部翼件為呈實心塊狀的翼構件A2；如圖2、3所示，尾部翼件分別為呈實心塊狀的翼構件A3；如圖4、5、6所示，尾部翼件分別為呈實心塊狀的翼構件A4。

結合圖13所示，在葉片截面中，通氣空間的進氣口位於葉片的下輪廓所在側、出氣口位於葉片的上輪廓所在側，且進氣口大於出氣口(即gen>gex)；通氣空間靠近吸力面的部分沿氣流方向逐漸收窄，且氣流自出氣口流出的方向與葉片吸力面相切。

此外，圖1葉片表示式為FW211，圖2葉片表示式為FW321，圖3葉片表示式為FW312，圖4葉片表示式為FW422，圖5葉片表示式為FW413，圖6葉片表示式為FW431。

實施例2

如圖7至圖11所示，本實施例高效利用低速流體的葉片結構與實施例1基本相同，結構要點以及不同之處在於：

(1)頭部翼件為弧形片狀翼構件C1。

(2)中部翼件採用弧形結構、似「S」形結構、或似「σ」形結構；其中，

弧形結構如實施例1所述。如圖7、8所示，分別有1個中部翼件為弧形片狀翼構件C2。

似「S」形結構：中部翼件由上「C」形段和下「C」形段反向對接而成，上「C」形段的凸面靠近頭部翼件、且該凸面的上部與葉片截面上輪廓重合；下「C」形段下部的外側面與葉片截面下輪廓重合。如圖7所示，有1個中部翼件為似「S」形結構翼構件C3；如圖8所示，有2個中部翼件為似「S」形結構翼構件C3、C4。

似「σ」形結構：中部翼件由第一、第二片狀件構成，第二片狀件位於第一片狀件的下方；第一片狀件呈弧形、且其凸面靠近頭部翼件；第一片狀件凸面的上部與葉片截面上輪廓重合；第一、第二片狀件兩者一體成型或分別成型；第二片狀件採用三段雙摺結構：第二片狀件分為上段、中段和下段；上段與第一片狀件凹面相貼合，且第一片狀件上端延伸超出所述上段；上段與中段呈夾角布置，且該角的開口朝向該第二片狀件的下後方；中段與下段呈夾角布置，且該角的開口朝向該第二片狀件的上前方；下段末端與第一片狀體下端固連，且下段的外側面與葉片截面下輪廓重合。如圖9所示，有1個中部翼件為似「σ」形結構翼構件B2，第一片狀件為E2，第二片狀件為E3，且E3的中段呈直線形或微帶弧度的曲線形；如圖10所示，有1個中部翼件為似「σ」形結構翼構件B2，第一片狀件為E3，第二片狀件為E4，且E3和E4下段經連接件L2固連；如圖11所示，有2個中部翼件為似「σ」形結構翼構件B2、B3，翼構件B2的第一片狀件為E3、第二片狀件為E4，E3和E4下段經連接件L2固連，E4的中段為由至少兩段直線和/或曲線構成的折線形，翼構件B3的第一片狀件為E6、第二片狀件為E7，E6和E7下段經連接件L5固連。

(3)尾部翼件採用翼型結構或呈實心塊狀；其中，

翼型結構：尾部翼件由第五、第六片狀件構成，第六片狀件位於第五片狀件的下方，第五片狀體兩端分別與第六片狀體的對應末端固連；第五片狀件呈弧形、且其凸面靠近後緣點的部分與葉片截面上輪廓重合；第六片狀體外側面與葉片截面下輪廓重合。如圖7所示，尾部翼件採用翼型結構翼構件B4，第五片狀件為E4，第六片狀件為E5；如圖8所示，尾部翼件採用翼型結構翼構件B5，第五片狀件為E5，第六片狀件為E6；如圖9所示，尾部翼件採用翼型結構翼構件B3，第五片狀件由E4和E6連接而成，第六片狀件由E5和E7連接而成，第五、第六片狀件的中部經內面連接件N8固連；如圖10所示，尾部翼件採用翼型結構翼構件B3，第五片狀件為E6，第六片狀件為E7，E6、E7的相應末端分別經連接件L5、L8固連

呈實心塊狀的結構如實施例1所述。如圖11所示，尾部翼件為呈實心塊狀的翼構件A4。

此外，圖7葉片表示式為FW4S1，圖8葉片表示式為FW5S1，圖9葉片表示式為FW31B，圖10葉片表示式為FW31B，圖11葉片表示式為FW413。實施例3

本實施例高效利用低速流體的葉片如圖15至25所示。在葉片截面中，葉片外輪廓由前緣點、後緣點、上輪廓和下輪廓構成，圖15和圖16分別示出了以X翼型規範和Y翼型規範設計出葉片外輪廓形狀的例子，葉片與翼型兩者的前緣點a重合、而兩者的後緣點b不重合，原因是葉片的後緣實際上做不到(也沒必要)像翼型的那樣尖。圖17至圖24所示的葉片是按這種構形方式設計的葉片外輪廓的實例。

本實施例葉片結構與實施例1基本相同，結構要點以及不同之處在於：

(1)頭部翼件為弧形片狀翼構件C1。

(2)中部翼件採用弧形結構、似「C」形結構、類翼型結構、或似「σ」形結構；其中，

弧形結構如實施例1所述。如圖17所示，有1個中部翼件為弧形片狀翼構件C2。

似「C」形結構：中部翼件由上弧形段和下弧形段同向對接而成，上弧形段的凸面靠近頭部翼件、且該凸面上部與葉片截面上輪廓重合；下弧形段下部的外側面與葉片截面下輪廓重合；該似「C」形結構的開口朝向後緣點所在方向。如圖18所示，中部翼件為似「C」形結構翼構件C2和C3。

類翼型結構：中部翼件由第三、第四片狀件構成，第四片狀件位於第三片狀件的下方；第三片狀件呈弧形、且其凸面靠近頭部翼件；第三片狀件凸面的上部與葉片截面上輪廓重合；第三、第四片狀件兩者一體成型或分別成型；第四片狀體採用雙段單折結構，即第四片狀體分為上段和下段，上段呈弧形、其凸面朝向第三片狀體、且其上端與第三片狀體凹面固連，下段的外側面與葉片截面下輪廓重合，上段與下段呈夾角布置，且該角的開口朝向該第四片狀體的上前方。如圖19所示，中部翼件為類翼型結構翼構件B2，第三片狀體為E2，第四片狀體為E3。

似「σ」形結構有兩種，第一種如實施例2所述。如圖21所示，中部翼件為似「σ」形結構翼構件B2，第一片狀件為E2，第二片狀件為E3，且E2和E3段連接處內側還設有加強件N5。如圖22所示，中部翼件為似「σ」形結構翼構件B2、B3，翼構件B2的第一片狀件為E2、第二片狀件為E3，翼構件B3的第一片狀件為E4、第二片狀件為E5。如圖23所示，中部翼件為似「σ」形結構翼構件B2、B3、B4，翼構件B2的第一片狀件為E2、第二片狀件為E3，翼構件B3的第一片狀件為E4、第二片狀件為E5，翼構件B4的第一片狀件為E6、第二片狀件為E7。如圖24所示，中部翼件為似「σ」形結構翼構件B2、B3、B4、B5，翼構件B2的第一片狀件為E2、第二片狀件為E3，翼構件B3的第一片狀件為E4、第二片狀件為E5，翼構件B4的第一片狀件為E6、第二片狀件為E7，翼構件B5的第一片狀件為E8、第二片狀件為E9。

第二種似「σ」形結構與實施例2所述基本相同，不同之處在於：第二片狀件採用雙段單折結構：第二片狀件分為上段和下段；上段與第一片狀體之間留有空間，上段還經內面連接件與第一片狀體凹面固連，且第一片狀件上端延伸超出所述上段；上段與下段呈夾角布置，且該角的開口朝向該第二片狀件的上前方；下段末端與第一片狀體下端固連，且下段的外側面與葉片截面下輪廓重合。如圖20所示，中部翼件為似「σ」形結構翼構件B2、B3，翼構件B2的第一片狀件為E2、第二片狀件為E3、且E3上段經內面連接件N9與E2凹面固連、E2和E3下段連接處內側還設有加強件N8，翼構件B3的第一片狀件為E4、第二片狀件為E5、且E5上段經內面連接件N11與E4凹面固連、E4和E5下段連接處內側還設有加強件N10。

(3)尾部翼件採用翼型結構、「鴨嘴」結構、或「上翹鴨嘴」結構；其中，

翼型結構如實施例2所述。如圖18所示，尾部翼件採用翼型結構翼構件B4，第五片狀件為E4，第六片狀件為E5。如圖20所示，尾部翼件採用翼型結構翼構件B4，第五片狀件為E6，第六片狀件為E7，E6和E7在其連接處內側設有加強件N12。如圖21所示，尾部翼件採用翼型結構翼構件B3，第五片狀件為E4，第六片狀件為E5，E4和E5在其連接處內側設有加強件N7、N8。如圖22所示，尾部翼件採用翼型結構翼構件B4，第五片狀件為E6，第六片狀件為E7。如圖23所示，尾部翼件採用翼型結構翼構件B5，第五片狀件為E8，第六片狀件為E9。如圖24所示，尾部翼件採用翼型結構翼構件B6，第五片狀件為E10，第六片狀件為E11。

「鴨嘴」結構：尾部翼件由第五、第六片狀件構成，第六片狀件位於第五片狀件的下方；第五片狀體採用兩段一折結構，即第五片狀體分為上段和下段，上段與下段呈夾角布置，且該角的開口朝向該第五片狀體的上前方；上段呈弧形、且其凸面靠近後緣點的部分與葉片截面上輪廓重合，下段與第六片狀體內側面貼合，下段位於上段遠離後緣點的一側；第六片狀體外側面的部分或全部與葉片截面下輪廓重合；第五片狀體上段靠近後緣點的末端、下段靠近前緣點的末端分別與第六片狀體的對應末端固連。如圖17所示，尾部翼件採用「鴨嘴」結構翼構件B3，第五片狀件為E3，第六片狀件為E4。

「上翹鴨嘴」結構：尾部翼件由第五、第六片狀件構成，第六片狀件位於第五片狀件的下方；第五片狀體採用兩段一折結構，即第五片狀體分為上段和下段，上段與下段呈夾角布置，且該角的開口朝向該第五片狀體的上前方；上段呈弧形、且其凸面靠近後緣點的部分與葉片截面上輪廓重合，下段與第六片狀體內側面相貼合，下段位於上段遠離後緣點的一側；第六片狀體外側面的部分或全部與葉片截面下輪廓重合；第五片狀體上段靠近後緣點的末端與第六片狀體的對應末端固連；第六片狀體遠離後緣點的末端上翹、且位於第五片狀件遠離後緣點的一側。如圖19所示，尾部翼件採用「上翹鴨嘴」結構翼構件B3，第五片狀件為E4，第六片狀件為E5。

此外，圖17葉片表示式為FW321，圖18葉片表示式為FW4C1，圖19葉片表示式為FW312，圖20葉片表示式為FW41H，圖21葉片表示式為FW31B，圖22葉片表示式為FW41B，圖23葉片表示式為FW51B，圖24葉片表示式為FW61B。

需要說明的是，除X翼型外形和Y翼型外形之外，葉片外輪廓可採用的形狀還可以是LF系翼型外形、NACA系翼型外形、GOE系翼型外形、以及其它自行設計的翼型外形。

實施例4

如圖26所示，本實施例以三葉片風輪為例，可以四種形式在風輪上應用本發明葉片，其中三種是垂直軸的H型、Φ型和螺旋型，葉片弦長沿展向是不變的；一種是水平軸的，葉片弦長沿風輪半徑向外是逐漸變小的，O表示風輪旋轉軸線。

此外，本發明葉片也可用作推進器的葉片，例如船用推進器的葉片，等；還可用作水輪機葉片或汽輪機葉片。

實施例5

本實施例採用六種葉片，分別安裝在實施例4的垂直軸的H型風輪上，測量的功率隨風速變化值，並擬合出功率曲線，各葉片的曲線圖如圖27所示，圖28為圖27中各曲線圖的比較圖。

六種葉片分別為：以一種LF翼型為葉片外輪廓規範翼型設計的三種本發明FW41BL、FW31BL、FW312L葉片，一種三翼集流葉片G3d2L，作為前述四種葉片外輪廓規範翼型的LF翼型葉片，具有與前述LF翼型相同翼型參數c、xc和t的NACA翼型葉片。

圖27所示結果表明，本發明的FW41BL的切入風速Wi是1.5m/s，FW31BL、FW312L和G3d2L葉片的Wi是2m/s，而LF葉片和NACA葉片的Wi依次是3.5m/s和4m/s。

圖28所示的比較結果可見，功率曲線按從大到小的順序列出依次是FW41BL葉片、G3d2L葉片、FW312L葉片、FW31BL葉片、LF葉片、NACA葉片。

表1列出從這六種葉片安裝在同一種高效風輪上測得在風速Wi-13m/s範圍的風能利用係數Cp隨風速變化的平均值切入風速Wi和在Wi風速時的從起轉至達到平衡轉速的加速時長T。

表1、六種葉片在同一種高效風輪上測量所得的Cp隨風速變化的平均值

除NACA葉片外，其他五種葉片均具有相近的外形或外輪廓形狀，有通氣空間的葉片性能均比LF葉片的好，說明通氣空間的構形是提高性能的主要因素，它們之間的性能差別主要由通氣空間的數量和形狀的不同所致；NACA葉片性能最低，說明針對飛行器設計的航空翼型不適合在垂直軸風力機上使用。

總體平均而言，本發明葉片的不低於G3d2L葉片，但本發明葉片的成本比G3d2L這類集流葉片要降低至少20％，性價比更高。

實施例6

本實施例為之前實施例葉片的製造方法，包括：

第一步、選擇加工原料；加工原料為具有延展性的輕質金屬片材(包括但不限於鋁板、鋁合金板)、輕質合金非片材材料(包括但不限於鋁合金、鋁鎂合金)、高分子材料(包括但不限於聚碳酸酯、聚氨酯、ABS)、或纖維增強複合材料(包括但不限於玻璃纖維、碳纖維、卡夫尼克纖維複合材料)。

第二步、針對不同加工原料，採用曲面模具或胎具成型、或者曲面輥軋成型將加工原料製成具有預定形狀的片狀件；曲面模具或胎具成型包括衝壓成型、擠壓成型、注壓成型、壓鑄成型、胎模或拓模成型；

具體而言，當加工原料為輕質金屬片材時，採用曲面輥軋成型或衝壓成型；當加工原料為輕質合金非片材材料或高分子材料時，採用擠壓成型、注壓成型或壓鑄成型；當加工原料為纖維增強複合材料時，採用胎模或拓模成型、壓鑄成型。

第三步、採用製得片狀件構成頭部翼件、中部翼件或尾部翼件。

實施例7

如圖29至圖32所示，本實施例高效利用低速流體葉片的中部翼件和尾部翼件均採用實心件結構(或呈實心塊狀)，且中部翼件採用似「σ」形結構。

在各圖中，翼構件C1為頭部翼件。翼構件A2至A6分別為中部翼件或尾部翼件。

圖29葉片表示式為FW31B，圖30葉片表示式為FW41B，圖31葉片表示式為FW51B，圖32葉片表示式為FW61B。

實施例8

如圖33至圖38所示，本實施例高效利用低速流體葉片的中部翼件和尾部翼件均採用空心結構，由擠壓成型方法製造而成。其中，中部翼件為似「σ」形結構的空心件，且第一、第二片狀件一體成型，第二片狀件採用雙段單折結構。

在各圖中，翼構件C1為頭部翼件。翼構件D2至D6分別為中部翼件或尾部翼件。

圖33葉片表示式為FW211，圖34葉片表示式為FW312，圖35葉片表示式為FW31B，圖36葉片表示式為FW41B，圖37葉片表示式為FW51B，圖38葉片表示式為FW61B。

實施例9

如圖39至圖44所示，本實施例高效利用低速流體葉片的中部翼件和尾部翼件均採用空心結構，由鈑金加壓力成型方法對單個片狀件加工而成。其中，中部翼件為似「σ」形結構的空心件，且第一與第二片狀件的前端彼此固連為一體成型，第二片狀件採用三段雙摺結構或雙段單折結構。

在各圖中，翼構件C1為頭部翼件。翼構件K2至K6分別為中部翼件或尾部翼件。

圖39葉片表示式為FW211，圖40葉片表示式為FW312，圖41葉片表示式為FW31B，圖42葉片表示式為FW41B，圖43葉片表示式為FW51B，圖44葉片表示式為FW61B。