用于交通工具的补充推进系统的制作方法

发动机及配件附件的制造及其应用技术用于交通工具的补充推进系统1.交叉引用以下申请和材料出于所有目的整体并入本文：第62/947,176号美国临时专利申请和第10,859,065号美国专利。技术领域2.本公开涉及用于补充陆上交通工具、海船和其它形式的运输工具的推进的系统和方法。更具体地，所公开的实施例涉及用于交通工具的基于弗莱特纳（flettner）转子的补充推进系统。背景技术：3.由大气循环引起的自然风长期以来一直是人类文明的可再生能源解决方案的来源。在海上运输中，利用风力来推进帆船可追溯到几千年前。尽管风力条件具有极大的可变性，但风力推进是许多世纪以来的常态，直到基于推进器的推进取代了帆。4.在二十世纪二十年代，试图利用电力驱动的竖直弗莱特纳转子（通常是在甲板上方18-30米高的圆柱体）来推进海船。这些转子利用马格努斯（magnus）效应：侧风中的竖直旋转圆柱体可以产生比相等参考面积的帆大得多的推进力。这些转子船中名为巴登-巴登（baden-baden）和芭芭拉（barbara）的两条转子船分别在1920年和1926年建造。转子用作补充推进源，以减少燃料消耗。这些船的成功证明了转子帆的效率和适航性。不幸的是，由于长期折旧的担忧和推测的关于恶劣天气下的稳定性的风险，项目在没有商业采用的情况下结束。5.近年来，对转子船的关注重新唤起，许多转子帆已被商船使用。然而，使用转子帆的旧障碍仍然存在。在恶劣天气条件下的船的结构完整性和稳定性仍然是最关心的问题。资金成本和关于燃料节约潜力的可验证数据的缺乏是另一个关键障碍。船舶的一个弗莱特纳转子单元由于其巨大的尺寸而可能花费超过两百万美元。6.当前的风能转换技术仅仅集中在自然风上，自然风在速度、方向和持续时间以及地区和季节变化方面变化很大。这种可变性对风能转换的有效性具有很大影响。技术实现要素：7.本公开提供了与基于风能的交通工具推进系统有关的系统、设备和方法。8.在一些实施例中，一种用于交通工具的补充推进系统可以包括：包括安装到交通工具上的可旋转圆柱体的弗莱特纳转子，使得圆柱体的长度横向定向于交通工具的行进方向；以及与弗莱特纳转子相邻地布置在交通工具上的气流偏转器，其中，气流偏转器被构造为重定向交通工具逆风，以生成在横向于行进方向的方向上经过圆柱体的气流。9.在一些实施例中，提供了一种用于向交通工具提供补充推进的方法，该方法包括：使用联接到交通工具的气流偏转器来重定向交通工具的逆风，以生成横向于逆风的重定向气流；以及通过转动布置在重定向气流中的圆柱体来在交通工具上生成马格努斯力。10.特征、功能和优点可以在本公开的各种实施例中独立地实现，或者可以在另一些实施例中组合，其另外的细节可以参考以下描述和附图看出。附图说明11.图1是根据本示教的基于风能的交通工具推进系统的示意图。12.图2是具有本公开的转子系统的说明性交通工具的侧视图。13.图3是图2的交通工具和转子系统的正视图。14.图4是根据本公开的方面的具有第一形状因数的第一说明性偏转器的示意性侧视图。15.图5是根据本公开的方面的具有第二形状因数的第二说明性偏转器的示意性侧视图。16.图6是根据本公开的方面的说明性的基于风能的交通工具推进系统的示意性侧视图。17.图7描绘了叠加有所选力向量的图6的系统。18.图8是描绘了偏转器迎角对半卡车（semi-truck）的预计燃料节约的模拟模型系统的图表。19.图9是说明性转子系统的示意图，该转子系统被构造为升高和降低，使得该系统可在使用构造与收起构造之间转换。20.图10是被构造为向下折叠成收起构造的说明性转子系统的示意图。21.图11是适于与本公开的系统一起使用的说明性圆柱体的示意图，描绘了各种可选特征。22.图12是描绘了用于安装根据本示教的说明性水平弗莱特纳转子系统的各种合适位置的牵引车-拖车（tractor-trailer）的示意性侧视图。23.图13是描绘了根据本示教的说明性竖直弗莱特纳转子系统的牵引车-拖车的示意性侧视图。24.图14是图13的牵引车-拖车和转子系统的俯视图。25.图15是例示了气流偏转器的另一实施例的根据本公开的方面的说明性的基于风能的交通工具推进系统的示意性侧视图。26.图16是描绘了转子速度对交通工具速度的模拟模型系统的第一图表。27.图17是描绘了马达功率对交通工具速度的模拟模型系统的第二图表。28.图18是描绘了马达扭矩对交通工具速度的模拟模型系统的第三图表。29.图19是描绘了百分比燃料节约对交通工具速度的模拟模型系统的第一图表。30.图20是描绘了用于减少陆基交通工具中的燃料消耗的说明性方法的步骤的流程图。具体实施方式31.下面描述并在关联附图中例示了基于风能的补充推进系统以及有关方法的各个方面和示例。除非另外指明，否则根据本示教的补充推进系统和/或其各种部件可以包含本文描述、例示和/或并入的结构、部件、功能和/或变型中的至少一个。此外，除非明确排除，否则本文中结合本示教描述、例示和/或并入的过程步骤、结构、部件、功能和/或变型可以包括在其他类似的装置和方法中，包括可在所公开的实施例之间互换。以下对各种示例的描述本质上仅是说明性的，并且并不旨在限制本公开、其应用或使用。另外，由下面描述的示例和实施例提供的优点本质上是说明性的，并且不是所有的示例和实施例都提供相同的优点或相同程度的优点。32.该具体实施方式包括紧随其后的以下部分：（1）定义；（2）概述；（3）示例、部件和替代方案；（4）优点、特征和益处；以及（5）结论。示例、部件和替代方案部分被进一步划分为子部分a到c，各个子部分被相应地标记。33.定义除非另外指示，否则以下定义适用于本文。[0034]“包含”、“包括”和“具有”（及其变位）可互换使用，以意指包括但不一定限于，并且是不旨在排除另外的未列举的元件或方法步骤的开放式术语。[0035]诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语用于区分或识别组的各种成员等，并且不旨在示出连续的或数字的限制。[0036]“aka”意指“也称为”，并且可用于指示给定的一个或多个元件的替代或对应术语。[0037]“细长”或“细长的”是指长度大于自身宽度的物体或孔缝，但宽度不必是均匀的。例如，细长狭槽可以是椭圆形或体育场形状，并且细长烛台的高度可以大于其锥形直径。作为否定的示例，圆形孔缝将不被认为是细长孔缝。[0038]术语“内侧”、“外侧”、“向前”、“向后”等旨在在本文所述的系统可安装或以其它方式附接于的主交通工具的上下文中理解。例如，“外侧”可以指示在侧向上更远离交通工具中心线的相对位置、或者远离交通工具中心线的方向。相反，“内侧”可以指示朝向中心线的方向、或者更靠近中心线的相对位置。类似地，“向前”意指朝向交通工具的前部，并且“向后”意指朝向交通工具的后部。在没有主交通工具的情况下，可以使用相同的方向术语，就像交通工具存在一样。例如，即使当孤立地观察时，装置也可以具有“向前”边缘，这基于装置将被安装成使所述边缘面向主交通工具的前部的方向这一事实。[0039]“联接”意指连接，无论是永久地还是可释放地、直接地还是通过中间部件间接地。[0040]“弹性的”描述了被构造为通过弹性变形并在卸载时返回到原始形状或位置来响应正常操作载荷（例如，当被压缩时）的材料或结构。[0041]“刚性的”描述了被构造为在正常操作条件下是硬挺的、不可变形的或大致缺乏柔性的材料或结构。[0042]“处理逻辑”意指被配置为通过执行一个或多个逻辑和/或算术运算（例如，执行编码指令）来处理数据的任何合适的装置或硬件。例如，处理逻辑可以包括一个或多个处理器（例如，中央处理单元（cpu）和/或图形处理单元（gpu））、微处理器、处理核的集群、fpga（现场可编程门阵列）、人工智能（ai）加速器、数字信号处理器（dsp）和/或逻辑硬件的任何其他合适的组合。[0043]“控制器”或“电子控制器”包括用指令编程以执行关于控制元件的控制功能的处理逻辑。例如，电子控制器可以被配置为接收输入信号，将输入信号与选择的控制值或设定点值进行比较，并且基于比较确定至控制元件（例如，马达或致动器）的输出信号，以提供校正动作。在另一示例中，电子控制器可以被配置为在主机装置（例如，台式计算机、大型机等）与外围装置（例如，存储装置、输入/输出装置等）之间进行接口连接，以控制和/或监测到和来自外围装置的输入和输出信号。[0044]诸如“上”、“下”、“竖直”、“水平”等的方向术语应当在所述特定对象的上下文中理解。例如，对象可以围绕所限定的x、y和z轴定向。在这些示例中，x-y平面将限定水平，其中向上被限定为正z方向，向下被限定为负z方向。[0045]在方法的上下文中，“提供”可以包括接收、获得、购买、制造、生成、处理、预处理等，使得所提供的对象或材料处于用于要执行的其他步骤的状态和构造。[0046]在本公开中，一个或多个公报、专利和/或专利申请可以以引用的方式并入。然而，这种材料仅被并入到在所并入的材料与本文阐述的陈述和附图之间不存在冲突的程度。在任何这样的冲突（包括术语上的任何冲突）的情况下，本公开是控制性的。[0047]概述通常，根据本示教的基于风能的补充交通工具推进系统可以包括在对由交通工具逆风引起的气流开放的位置安装在交通工具上的弗莱特纳转子、和被构造为在横向于交通工具行进方向的方向上重定向气流的偏转器。该重定向的气流经过转动的转子，由此生成大体沿交通工具行进方向的力。在一些示例中，弗莱特纳转子水平安装，并且偏转器将气流重定向为向上（或向下）经过转子。在一些示例中，弗莱特纳转子竖直安装，并且偏转器将气流重定向为沿侧向（即，向一侧）经过转子。取决于所选的因素，转子与气流之间的相互作用也可导致提升力或向下力。[0048]在地面运输中，移动的交通工具通过静止的空气，并将交通工具的动能的一部分传递到空气。交通工具损失的能量被称为空气动力学阻力。损失到空气的动能随交通工具速度呈指数增加，并且可能占交通工具动能损失的一半以上。已知的空气动力学技术集中在例如通过改变交通工具的主体形状来减小阻力系数。[0049]与自然风根本不同，交通工具逆风是人为产生的局部或交通工具规模的空气运动。交通工具逆风是由交通工具与通常静止的空气之间的相对运动引起的，而自然风是由地球上的气候带之间的太阳能吸收的差异引起的。与自然风相比，交通工具逆风具有高速度，相对于交通工具具有固定的方向，并且在整个行程中持续。这使得交通工具逆风成为可再生能源的极好来源。[0050]本公开描述了一种被构造为减少燃料消耗的用于地面运输（例如，用于半卡车）的风力辅助的补充推进设备。燃料节约随着交通工具速度呈指数增加。在一些示例中，例如，对于典型的8类交通工具（例如，内燃机（ice）半卡车），在交通工具速度为45 mph、65 mph和75 mph时，燃料节约可以分别为大约17%、28%和34%。电动半卡车的燃料节约通常比ice半卡车多3%至5%。如果安装多于一个的装置，则可以实现进一步的燃料节约。[0051]燃料节约通过利用由交通工具运动生成的风能（即交通工具逆风）使用气流偏转器和弗莱特纳转子的组合来实现。气流偏转器将逆风的气流从纵向（即，与交通工具的长度一致）重定向到横向（例如，大体竖直或大体侧向（即，向一侧））。弗莱特纳转子被构造为主动旋转，使得马格努斯力向交通工具提供补充推进（例如，沿向前方向）。向前指向的马格努斯力提供了辅助推进，并且在一些情况下，对于大的偏转器迎角相对小的向上的马格努斯力减小了交通工具的轮胎滚动阻力。马达例如使用独立的和/或基于交通工具的电源以高速驱动转子。控制器相对于交通工具速度和/或风速将转子速度调节和维持在所选的设定点或范围。例如，转速可以保持在气流速度的三倍。[0052]使用气流偏转器改变纵向气流方向。在水平转子示例中，偏转器被构造为以额外空气阻力为代价产生大体向上或竖直的气流。在竖直转子示例中，偏转器被构造为再次以额外空气阻力为代价产生大体向一侧或侧向的气流。在一些示例中，偏转器阻力系数高达1.2，从空气动力学的角度来看，该系数高，但是与所生成的有利的马格努斯力相比相对小。旋转的弗莱特纳转子圆柱体（例如具有端板）定位在重定向的气流中，以生成沿向前移动方向的推进力，并且在一些情况下，生成沿向上方向的提升力。这种以高每分钟转数（rpm）和雷诺数运行的弗莱特纳转子可生成8或更大的升力系数，并且可根据转子设计而达到14。类似于对移动交通工具的空气阻力，这种升力与风速的平方成比例，并且可以大于整个交通工具的空气阻力的计数，尤其是在高风速下。[0053]对于地面运输，常规的燃料燃烧减少技术集中在通过减少由交通工具运动引起的湍流气流来减少交通工具空气阻力。在本公开中，附加装置产生额外的湍流气流而不是减少它。然而，通过转子和气流偏转器的组合生成的马格努斯力的益处远远超过所引入额外阻力的成本。因此，本公开代表了与传统思想的背离，并且与用于地面运输的常规的节约燃料的方法根本不同。[0054]示例、部件和替代方案以下部分描述了用于交通工具的说明性补充推进系统以及有关系统和/或方法的选定方面。这些部分中的示例旨在说明，而不应解释为限制本公开的范围。各个部分可以包括一个或多个不同的实施例或示例、和/或上下文或有关的信息、功能和/或结构。[0055]a. 用于交通工具的说明性补充推进系统如图1至图18所示，本部分描述了用于交通工具的说明性补充推进系统。这些系统是上述概述中描述的补充推进系统的示例。在以下描述水平弗莱特纳转子系统的情况下，应当理解，类似的特征和结果可适用于竖直（或任何其它）取向，反之亦然。此外，应当理解，在水是流体介质而不是空气的情况下（例如，对于潜艇和船），可以实现类似的效果。[0056]图1是系统100的示意性系统图，该系统包括可旋转地联接到立管或转子底架104的圆柱形转子102。底架104在气流偏转器108的逆风处联接到交通工具106，该气流偏转器被构造为在横向于逆风（即，横向于交通工具的行进方向）的方向上重定向交通工具的逆风经过转子。该方向取决于偏转器和转子的取向而可以是向上、向下或向一侧的。气流偏转器108可以包括具有被构造为在横向上重定向逆风的表面的任何合适的装置。例如，气流偏转器108可以包括具有平面展开区域的平板、具有曲线轮廓的薄板和/或空气管道或管状结构。在一些示例中，气流偏转器108包括交通工具主体的表面，诸如卡车驾驶室的前部（参见图12所例示的示例）。[0057]转子102由马达110驱动，该马达可以包括任何合适的马达或马达的组合，诸如电动马达和/或轮毂马达。在一些示例中，马达110是通过齿轮箱、传动装置等联接到转子的外部马达。系统100的马达110和其它部件由电源112供电，该电源可包括任何合适的电源，诸如电池电源、太阳能电源、交通工具生成的电源等。电子控制器114被配置为接收输入，诸如来自风速计116的风速输入和/或来自交通工具106的交通工具速度输入，并且经由马达110控制转子102的转速。例如，转子速度可被控制在相对于经过转子的风速的设定点或范围内。风速计116可测量逆风速度和/或重定向的气流速度（即在转子附近）。交通工具106和系统100在环境118中运行，诸如在沿着道路（例如，公路或高速公路）行进时在室外运行。[0058]图2和图3描绘了说明性交通工具200，该交通工具是交通工具106的示例，上面安装有是系统100的示例的补充推进系统202。在该示例中，交通工具200是卡车，并且系统202在卡车的驾驶室206的后方联接到卡车的顶板204。如图2和图3所示，系统202包括具有细长圆柱体210的水平安装的弗莱特纳转子208，该圆柱体布置有横向于（例如，以直角）交通工具行进方向（d）定向的长轴。圆柱体210通过转子底架212保持在顶板204上方。[0059]气流偏转器214与弗莱特纳转子208相邻地安装在交通工具上。在本示例中，气流偏转器214紧接在转子208之后地安装到交通工具200，使得重定向的风经过圆柱体。在本示例中，气流偏转器214是大体平坦（例如，平面）板，该板以横向于顶板204的角度安装，使得偏转器的顶部比偏转器的基部更靠后。驱动和传感器组件216在合适的位置（例如在偏转器214后面）联接到交通工具200和/或系统202。驱动和传感器组件216包括以上关于系统100描述的部件，诸如风速计和电子控制器。在一些示例中，驱动和传感器组件216包括马达。在一些示例中，马达是布置在圆柱体210中或与其相邻的轮毂马达。在一些示例中，齿轮箱可用于提供从马达到转子的速度和扭矩转换。[0060]在一些实施例中，第一马达226a布置在圆柱体210的一端，如图3例示。另外或替代地，第二马达226b可以布置在与第一马达226a相对的另一端。第二马达226b可以与第一马达226a相同或不同，并且可以用于平衡第一马达226a的尺寸和重量和/或提供起动扭矩。例如，马达226b可以是被构造为提供足够的起动扭矩的马达，而马达226a被构造为接管并以更高的速度转动转子。[0061]在一些实施例中，系统202还包括被构造为调节在圆柱体210与顶板204之间经过的气流的气流调节器228。在图3所示的示例中，气流调节器228是布置在圆柱体210与顶板204之间的板。气流调节器228被构造为限制（例如，减慢）或防止圆柱体210与顶板204之间的气流，使得产生更大的马格努斯力。[0062]图4和图5描绘了气流偏转器的其它示例（即偏转器214a和偏转器214b）的侧面轮廓，各个偏转器都具有曲线轮廓和带有不同迎角的迎风面。[0063]图6和图7是补充推进系统202的示意图。气流偏转器214以迎角θ安装到顶板204，该迎角可包括横向于顶板表面的任何合适的角度（例如，锐角或直角），被配置为沿向上的方向重定向交通工具逆风。例如，角度θ可以大约（或精确地）为 70度。然而，如图8所示，角度θ的值的范围仍然可以导致燃料节约。在图8所描绘的示例中，大于5度的迎角将实现燃料节约，优选的迎角大于或等于大约35度。[0064]如图7所示，当系统运行时存在各种力。例如，经过转动转子的气流（在该视图中为顺时针方向）引起与气流方向正交的马格努斯力、以及在气流方向上的阻力。如图7所示，圆柱体210相对于气流逆转，并引起与气流方向正交的马格努斯力。即，由此产生的马格努斯力具有向前分量和向上分量，其中向前分量为交通工具提供补充推进。对于气流偏转器，在交通工具逆风的大体方向上产生阻力，并且产生负升力（即，在向下方向上）。[0065]在一些实施例中，圆柱体210根据气流向前转动（在图7的视图中为逆时针方向），这导致马格努斯力处于与图7所示的方向相反的方向。在一些驱动条件（诸如制动事件或转弯事件）下，具有向后和向下分量的马格努斯力对于减慢交通工具是期望的。因此，系统202可被构造为选择性地使圆柱体210向前转动，以辅助减慢交通工具和/或便于交通工具转弯。[0066]图9和图10描绘了系统202的说明性样式，其中，转子组件可在展开构造（如图2、图3、图6和图7中）与收起或折叠构造之间转换。在图9所描绘的示例中，系统202被构造为相对于交通工具200的顶板升高和降低，但该系统可以安装在交通工具上的不同位置（参见图12至图14）。例如，致动器220可以用于将整个组件作为整体降低到交通工具的凹部222中和从其中提升出来。致动器220可包括任何合适的装置，诸如线性致动器（例如，气压缸或液压缸）、升降机、蜗轮、导螺杆、联接到升降机构的悬臂式平台等。在图10的示例中，系统202被构造为平坦地（或相对平坦地）枢转到顶板204上。例如，转子底架和气流偏转器可以相对于顶板可释放地枢转。可选地，无论系统202是否是可折叠的，都可以使用可移除的（例如，空气动力学的）盖224（也称为壳体）来保护部件和/或减小否则将由系统202在不使用时引起的阻力。在一些示例中，图9和图10的特征可以组合。例如，部件可以被构造为向下折叠到形成在顶板中或交通工具上的其它地方的凹部中。图9和图10的特征或类似机构可有助于降低交通工具的总高度，例如当在桥梁下方经过时或者当以低速行进时。[0067]图11描绘了适用于弗莱特纳转子208（或本公开的任何其它弗莱特纳转子）的说明性圆柱体300。圆柱体300是具有总长度a和直径b的细长的圆柱体或管。可选地，圆柱体300可包括端板302，各个端板具有大于直径b的直径。在一些示例中，圆柱体300包括一个或多个展向圆盘304。在一些示例中，圆柱体300包括一个或多个表面特征306。例如，表面特征306可包括任何合适的轴向花键、突起、表面粗糙化和/或纹理化、凹槽、涂层等。在一些示例中，圆柱体300可以具有非圆形横截面，例如以便于自动旋转。[0068]在一些示例中，本文描述的补充风力推进系统具有至少四种操作模式，其中的一些或全部可由电子控制器自动选择。[0069]·掉电模式：没有提供电源。该系统处于收起构造和/或通过空气动力学盖与外部环境隔离。这种模式可以在雨雪情况期间、停泊时等使用。[0070]·待机模式：系统被加电，但转子不旋转。当交通工具以低速（诸如低于20 mph）移动时，可以使用该模式。[0071]·向前模式：马达使圆柱体沿第一旋转方向以高且恒定的相对速比旋转，以向交通工具提供补充推进。[0072]·向后模式：马达使圆柱体沿第二旋转方向以高且恒定的相对速比旋转，以向交通工具提供补充制动。[0073]转到图12至图14，现在将关于说明性交通工具描述本公开的系统的各种合适的构造和安装位置。图12描绘了通常在美国道路上看到的牵引车拖车形式的交通工具320。如图所示，补充交通工具推进系统100的示例可以水平安装在交通工具上的任何合适的一个位置或多个位置。例如，系统在a和b处被示出为在顶板的顶部，类似于图2和图3的示例。在一些示例中，系统可以在驾驶室的上表面上安装到交通工具320，如c所示。在一些示例中，系统可以被倒置并安装在拖车下，如d所示。在一些示例中，系统可以安装在驾驶室的前部，如e所示，在这种情况下，驾驶室的前部可以用作空气偏转器。在一些示例中，气流可以在驾驶室与拖车之间被向下重定向为经过放置在该空间中的转子，如图12中的f所示。[0074]图13和图14描绘了根据本公开的竖直安装的弗莱特纳转子系统340、360。在该示例中，两个系统安装在说明性交通工具342的顶部。在各个系统中，两个转动转子344、364安kw和7.8kw马达功率的同时节约33%和39%的能量。ice卡车的对应节能大约少3%至5%。[0081]对于上述模拟，选择长度为2m和直径为20cm的弗莱特纳转子，但可以利用任何合适的长度和直径。因此，该示例中的纵横比为10:1。为了增强马格努斯力（即，经由转子升力系数），还利用两个端板，各个端板的直径为圆柱体直径的两倍。当以3:1的速比转动时，弗莱特纳转子生成比14更好的升力系数和大约1.2的阻力系数。[0082]继续该示例，为了生成竖直层状气流，气流偏转器被选择为具有三倍于转子的横截面。因此，偏转器的纵横比为大约3.3。另外，迎角设定为70度。这种构造的简单板具有小于1.0的阻力系数和0.4的升力系数。这些值用作近似值。在比维持层状气流的简单板更平滑的过渡的情况下（例如参见图4和图5），偏转器的实际阻力系数和升力系数可以由于减少的湍流气流而显著地更小。[0083]在安装了转子系统的情况下，使用动态交通工具模型来估计燃料节约。运动中的交通工具需要能量来克服来自空气动力学阻力、摩擦、来自道路坡度的重力以及惯性的阻力。对于电动交通工具，在交通工具减速期间通过再生制动回收能量的显著部分。在本动态交通工具模型中假定再生制动。对于内燃机（ice）交通工具，在模型中将制动效率简单地设定为零。[0084]没有安装弗莱特纳转子系统的半卡车所需的总能量由下式给出：（1）其中ec是总能量消耗，v是交通工具的平均速度，ρ是大气的密度，a是卡车的迎风面积，cd是阻力系数，crr是滚动阻力系数，wt是道路上的交通工具总重量，z是道路坡度，g是重力加速度，a是交通工具的平均加速度和/或减速度，ηtw是箱到轮效率，ηbrk是制动效率，并且t是总行进时间。[0085]当以速度v巡航时，弗莱特纳转子将在交通工具上生成升力和阻力，该升力和阻力是来自旋转的弗莱特纳转子和气流偏转器的组合升力和阻力，如图7例示。令clc和cdc分别表示弗莱特纳转子的升力系数和阻力系数。令cld和cdd分别表示气流偏转器的升力系数和阻力系数。那么它们的合力如下：（2）（3）其中θ是偏转器的迎角。fx所产生的功率和fy所提供的重量减少将导致如下净节能：（4）其中nc是所安装的转子的数量。给定典型半卡车的长度，可安装两个或更多个转子系统，而不会在它们之间产生显著的空气动力学干扰。等式（4）中的最后一项由于以下两个原因而被设定为零：（1）交通工具加速到巡航速度的时间通常较短，假定转子在该时段期间尚未运行；然而，与克服空气动力学阻力和滚动阻力所消耗的能量相比，克服惯性所消耗的能量通常非常小。（2）在转子从开始就运行的情况下，力fy是加速交通工具速度的函数，因此最后一项只是粗略估计。将最后一项设定为零导致在节能方面对转子系统的性能的低估，从而使得这些计算保守。[0086]另一方面，需要能量er来驱动转子：（5）其中η是电动马达效率，cp是转子的功率系数：（6）其中α是转子速比，cf是表面摩擦系数。百分比节能由下式给出：（7）上述动态交通工具模型可以应用于所有类型的交通工具。对于没有再生制动的交通工具，设定。虽然箱到轮效率随着交通工具燃料和能量类型而显著变化，但是节能参数g对具有小的依赖性。这是因为ec和es对具有类似的依赖性，其将在它们的比率中部分地抵消。项er比ec和es小得多，并且对g几乎没有影响。因此，估计的节能对于电动和ice半卡车是类似的。[0087]b.说明性方法本部分描述了用于向交通工具提供补充推进的说明性方法400的步骤；参见图20。上述系统的各方面可以用于下述方法步骤中。在适当的情况下，可以参考可以用于执行各个步骤的部件和系统。这些参考是为了说明，而不旨在限制执行该方法的任何特定步骤的可能方式。[0088]图20是例示了在说明性方法中执行的步骤的流程图，并且可以不叙述该方法的完整过程或所有步骤。尽管在下面描述并且在图20中示出了方法400的各个步骤，但是这些步骤不必全部执行，并且在一些情况下可以同时执行或者以与所示顺序不同的顺序执行。[0089]方法400的步骤402包括：使用联接到交通工具的气流偏转器来重定向交通工具的逆风，以生成横向于逆风（即，横向于交通工具的纵轴或横向于行进方向）的气流（例如，向上或侧向流）。在一些示例中，交通工具可以是牵引车-拖车或半卡车。在一些示例中，气流偏转器包括横向于交通工具的顶板定向的平面展开区域。在一些示例中，气流偏转器具有曲线轮廓。在一些示例中，气流偏转器具有至少5度、至少35度或至少70度的迎角。在一些示例中，横向气流的大体方向相对于交通工具的纵轴成小于90度的角度。在一些示例中，可以利用多个气流偏转器和转子，从而导致额外的节约。在这些示例中，可以利用较低的迎角，以实现类似的总体节约。[0090]方法400的步骤404包括：通过转动布置在横向气流中的水平或竖直圆柱体在交通工具上生成马格努斯力。在水平示例中，圆柱体被定向为纵向地跨过交通工具的宽度。在竖直示例中，圆柱体被定向为其长度竖直延伸。在一些示例中，转动圆柱体包括使用电动马达（例如轮毂马达）转动圆柱体。在一些示例中，圆柱体包括尺寸大于圆柱体的直径（例如，至少两倍大）的一对端板。[0091]方法400的步骤406包括：使用电子控制器控制转动圆柱体的速度。在一些示例中，控制速度至少部分地基于来自风速计的气流速度输入。在一些示例中，控制速度至少部分地基于交通工具的速度。在一些示例中，控制速度可以包括：基于交通工具速度的倍数来维持圆柱体的转速。在一些示例中，控制速度可以包括：基于经过圆柱体的气流的速度的倍数来维持圆柱体的转速。在一些示例中，电子控制器可以被称为马达控制器。[0092]c. 说明性组合和额外的实施例本部分描述了用于交通工具的补充推进系统的另外的方面和特征，其非限制性地呈现为一系列段落，为了清楚和效率，其中的一些或全部段落可以用字母数字表示。这些段落中的每一个可以以任何合适的方式与一个或多个其它段落和/或与本技术中其它地方的公开内容（包括以引用的方式并入交叉引用中的材料）组合。以下段落中的一些明确地涉及并且进一步限制其它段落，从而提供而不限于一些合适组合的示例。[0093]a0. 一种用于交通工具的补充推进系统，该系统包括：包括可旋转圆柱体的弗莱特纳转子，可旋转圆柱体安装到交通工具，使得圆柱体的长度横向于交通工具的行进方向定向；以及与弗莱特纳转子相邻地（例如在其后面）布置在交通工具上的气流偏转器，其中，气流偏转器被构造为重定向交通工具逆风，以生成在横向于行进方向的方向上经过圆柱体的气流。[0094]a1. 根据a0的系统，其特征在于，弗莱特纳转子的圆柱体沿水平取向安装。[0095]a2. 根据a0的系统，其特征在于，弗莱特纳转子的圆柱体沿竖直取向安装。[0096]a3. 根据a0的系统，其特征在于，转子由电动马达（例如轮毂马达）驱动。[0097]a4. 根据段落a0至a3中任一段落的系统，其特征在于，圆柱体具有10:1（或更大）的长径比。[0098]a5. 根据段落a0至a4中任一段落的系统，其特征在于，圆柱体还包括各自具有大于或等于圆柱体的直径的横向尺寸的一对端板。[0099]a6. 根据a5的系统，其特征在于，端板的直径是圆柱体的直径的至少两倍。[0100]a7. 根据a0的系统，其特征在于，还包括：被构造为使圆柱体旋转的马达；以及被配置为控制马达使得圆柱体的转速维持在经过圆柱体的横向气流的速度的选定倍数的电子控制器。[0101]a8. 根据a7的系统，其特征在于，还包括与电子控制器通信的风速计，其中，风速计被配置为测量重定向的气流的速度。[0102]a9. 根据a8的系统，其特征在于，电子控制器使圆柱体的转速至少部分地基于从风速计接收的空气速度信息。[0103]a10. 根据a7的系统，其特征在于，重定向的气流的速度基于交通工具的速度来估计。[0104]a11. 根据任一a10的系统，其特征在于，选定倍数为3。[0105]a12. 根据a11的系统，其特征在于，选定倍数至少为3。[0106]a13. 根据段落a0至a12中任一段落的系统，其特征在于，系统可在圆柱体和气流偏转器暴露于交通工具的逆风的展开构造与圆柱体和气流偏转器被空气动力学壳体覆盖的收起构造之间转换。[0107]a14. 根据段落a0至a13中任一段落的系统，其特征在于，系统可在圆柱体和气流偏转器暴露于交通工具的逆风的展开构造与圆柱体和气流偏转器被降低离开逆风并进入交通工具的凹部中的收起构造之间转换。[0108]a15. 根据段落a0至a13中任一段落的系统，其特征在于，系统可在圆柱体和气流偏转器暴露于交通工具的逆风的展开构造与圆柱体和气流偏转器抵靠交通工具的表面向下枢转的收起构造之间转换。[0109]a16. 根据段落a0至a15中任一段落的系统，其特征在于，圆柱体还包括一个或多个沿展向隔开的圆盘、轴向花键、突起、表面粗糙化、凹槽和/或涂层。[0110]a17. 根据段落a0至a16中任一段落的系统，其特征在于，圆柱体具有非圆形横截面。[0111]a18. 根据段落a0至a17中任一段落的系统，其特征在于，气流偏转器包括平面展开区域。[0112]a19. 根据段落a0至a18中任一段落的系统，其特征在于，当从交通工具的侧面观察时，气流偏转器具有曲线轮廓。[0113]a20. 根据段落a0至a19中任一段落的系统，其特征在于，气流偏转器具有等于或大于5度（例如，大于或等于35度）的迎角。[0114]a21. 根据段落a0至a20中任一段落的系统，其特征在于，转子和气流偏转器布置在交通工具上，使得当圆柱体在由马达生成的气流中逆转时，转子和气流偏转器共同生成在交通工具的行进方向上的推进力。[0115]a22. 根据段落a0至a21中任一段落的系统，其特征在于，转子和气流偏转器布置在交通工具上，使得当圆柱体在所生成的气流中向前转动时，转子和气流偏转器共同生成与交通工具的行进方向相反的力。[0116]a23. 根据段落a0至a22中任一段落的系统，其特征在于，气流偏转器包括平面展开区域，并且布置在弗莱特纳转子后面。[0117]a24. 根据段落a0至a23中任一段落的系统，其特征在于，气流偏转器包括弯曲轮廓并且具有平面展开区域，并且布置在弗莱特纳转子后面。[0118]a25. 根据段落a0至a24中任一段落的系统，其特征在于，气流偏转器包括空气管道，并且弗莱特纳转子布置在空气管道内部。[0119]a26. 根据段落a0至a25中任一段落的系统，其特征在于，圆柱体安装到交通工具的主体，并且与由交通工具的主体的两个表面形成的任何边缘隔开。[0120]b0. 一种用于向交通工具提供补充推进的方法，方法包括：使用联接到交通工具的气流偏转器来重定向交通工具的逆风，以生成横向于逆风的气流；以及通过转动布置在重定向气流中的圆柱体在交通工具上生成马格努斯力。[0121]b1. 根据b0的方法，其特征在于，交通工具包括陆基机动交通工具，诸如牵引车和拖车。[0122]b2. 根据b0的方法，其特征在于，圆柱体被定向为纵向地跨过交通工具的宽度。[0123]b3. 根据b2的方法，其特征在于，气流偏转器包括例如具有横向于逆风方向定向的面的、横向于交通工具的顶板定向的平面展开区域。[0124]b4. 根据b0的方法，其特征在于，气流偏转器具有曲线轮廓。[0125]b5. 根据b0的方法，其特征在于，转动水平圆柱体包括：使用电动马达（例如轮毂马达）转动圆柱体。[0126]b6. 根据b4的方法，其特征在于，还包括：使用电子控制器控制转动圆柱体的速度。[0127]b7. 根据b6的方法，其特征在于，控制速度至少部分地基于来自风速计的气流速度输入。[0128]b8. 根据b6的方法，其特征在于，控制速度至少部分地基于交通工具的速度。[0129]b9. 根据b0的方法，其特征在于，气流偏转器具有至少5度的迎角。[0130]b10. 根据b9的方法，其特征在于，气流偏转器具有至少35度的迎角。[0131]b10. 根据b0的方法，其特征在于，圆柱体包括尺寸大于圆柱体的直径的一对端板。[0132]b11. 根据b0的方法，其特征在于，还包括：基于交通工具的速度的倍数来维持圆柱体的转速。[0133]b12. 根据段落b0至b11中任一段落的方法，其特征在于，重定向气流相对于交通工具的行进方向的大体方向成小于90度的角度。[0134]c0. 在一些示例中，弗莱特纳转子可具有被构造为便于自动旋转的几何形状，诸如平板、薄椭圆柱、十字形板、三棱柱、具有正方形横截面的四棱柱、萨伏纽斯（savonius）转子和/或被构造为便于转子功能而不使用马达的其它合适的形状。可自动旋转的弗莱特纳转子可在没有马达的情况下使用，或者与马达结合使用，以在低速时提高交通工具效率。[0135]d0. 在一些示例中，弗莱特纳转子可包括被构造为增大转子的升力系数和扭矩系数的选定表面纹理。[0136]d1. 在一些示例中，这些表面纹理可由所使用的转子材料产生，诸如砂磨金属、光滑金属、木材和/或其它合适的转子材料。[0137]d2. 在一些示例中，这些表面纹理可由表面改性产生，诸如涂层（例如，用氧化铝粒子）、压凹（类似于高尔夫球表面）、包括轴向翅片和/或花键、和/或被构造为影响围绕圆柱体的气流的其它合适的表面改性。[0138]e0. 在一些示例中，弗莱特纳转子可包括沿着转子圆柱体的长度沿展向隔开的圆盘，诸如在托姆（thom）转子中。在一些示例中，圆盘可以以转子圆柱体的直径的0.75倍至转子圆柱体的直径的1.25倍之间的间隔隔开。[0139]f0. 一种用于交通工具的补充推进系统，系统包括：包括可旋转圆柱体的弗莱特纳转子，可旋转圆柱体安装到交通工具，使得圆柱体的长度横向于交通工具的行进方向定向；在弗莱特纳转子后面布置在交通工具上的气流偏转器，其中，气流偏转器被构造为重定向交通工具逆风，以生成在横向于行进方向的方向上经过圆柱体的气流；被构造为使圆柱体旋转的马达；以及被配置为控制马达使得圆柱体的转速维持在经过圆柱体的横向气流的速度的选定倍数的电子控制器。[0140]优点、特征和益处本文所述的用于交通工具的补充推进系统的不同实施例和示例提供了优于已知解决方案的若干优点。例如，本文所述的说明性实施例和示例可以以低成本添加到现有交通工具上和/或并入到新交通工具中，包括海船、飞机和/或陆上（例如，中型和重型）交通工具。[0141]另外，除了其它益处之外，本文所述的说明性实施例和示例创造了一种新的绿色技术，以回收由于地面交通工具或船舶通过空气的运动而损失的人造风能，然而，该人造风能可被视为新的可再生能源。原则上，该技术可以应用于所有类型的表面（地面和海洋）和地下运输。如果广泛采用，则该技术可以大大提高交通工具的燃料效率，并显著减少人为的碳排放，由此减少人类对气候的影响。[0142]另外，除了其它益处之外，本文所述的说明性实施例和示例利用了当前仅以交通工具阻力的形式负面地贡献的现有风能（即，交通工具逆风）。[0143]另外，除了其它益处之外，本文所述的说明性实施例和示例可通过使圆柱体的旋转方向反向而用作空气制动器。这种制动器的性能不取决于道路状况，因为它使用来自气流的马格努斯力来停止交通工具。[0144]另外，除了其它益处之外，通过在气流偏转器与转子之间使用可变构造，本文所述的装置可用于提供额外的道路牵引。[0145]另外，除了其它益处之外，本文所述的说明性实施例和示例提高了交通工具（诸如中型和重型卡车）的能量效率，从而减少它们的排放。这不仅是经济问题，而且是公共健康、环境和能源安全问题。[0146]另外，除了其它益处之外，假定平均州际速度为60 mph，则本文所述的说明性实施例和示例提供25%的燃料节约。假定100k英里的每年行驶距离、6 mpg、和3美元/加仑的柴油价格，这转化为每辆半卡车每年燃料成本降低超过12500美元、或每年每卡车排放46美吨co2。[0147]没有已知的系统或装置可以执行这些功能。然而，并非本文所述的所有实施例和示例都提供相同的优点或相同程度的优点。[0148]总结以上阐述的公开内容可以包括具有独立效用的多个不同的示例。尽管这些示例中的每一个都以其优选形式公开，但是本文公开和例示的其特定实施例不应被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。就本公开中使用的章节标题而言，这样的标题仅用于组织目的。本公开的主题包括本文公开的各种元件、特征、功能和/或特性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。下面的权利要求特别指出了被认为是新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合可以在要求本技术或相关申请的优先权的申请中要求保护。这样的权利要求，无论其范围比原始权利要求更宽、更窄、相同或不同，都被认为包括在本公开的主题内。









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