[發明專利]基于尖尾緣翼型設計的后加載鈍尾緣翼型

無效

• 申請號: 201010609829.3
• 申請日: 2010-12-29
• 公開（公告）號: CN102052266A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 王瓏;王同光;吳永健;吳江海
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F03D11/00
• 分類號: F03D11/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 彭英

技術領域

本發明涉及一種風力機葉片專用的后加載鈍尾緣翼型，?尤其是一種基于尖尾緣翼型而設計出的鈍尾緣翼型，屬于翼型設計和應用領域。

背景技術

翼型是現代風力機設計的基礎所在。采用具有良好氣動性能的翼型，能極大地提高風力機的輸出功率、提高整機可靠性、降低制造和維護成本。目前，國內外用于風力機葉片的翼型，主要還是基于傳統航空翼型的設計思路或對傳統航空翼型進行改進而來的。但風力機翼型和傳統航空翼型有著明顯差別，最主要是風力機翼型的鈍尾緣，有別于航空翼型的尖尾緣。

圍繞風力機鈍尾緣翼型問題，國內外學者進行了一列研究工作，主要進展有格尼（Gurney）襟翼、Wortmann的直接截取法、K.J.?STANDISH等的對稱加厚方法和夏商周等的下弧面光順的尾緣改進方法。格尼（Gurney）襟翼，在特定的條件下，能有效地改變了翼型吸力面和壓力面上的壓力分布，提高了翼型的升力系數。但在大多數情況下，格尼襟翼雖然增加了升力，但會使阻力上升更快，升阻比下降。同時，在與翼型的連接及結構強度上也會帶來問題。Wortmann的直接截取法和K.J.?STANDISH等的對稱加厚方法，雖然能使翼型的前緣抗污染和彎扭性能有所改善，但對翼型的原始外形改變太大，使翼型吸力面的順壓梯度區更加平緩，造成了性能的不確定性。夏商周等的下弧面光順的尾緣改進方法、美國專利提出的“Divergent?trailing-edge?airfoil”（美國專利：US4858852）和國內專利“鈍尾緣翼型”（專利申請號：200610046477.9）都通過事先經驗給定鈍尾緣厚度和壓力面增厚起始點位置的取值范圍，采用樣條曲線加以光順連接形成鈍尾緣翼型，這種方法在特定條件下取得了良好的效果。

上述鈍尾緣翼型改進過程都是基于一個假設，就是事先要給定壓力面增厚起始點位置和尾緣厚度，這恰恰是鈍尾緣翼型改進的難點所在。首先，翼型壓力面增厚起始點位置和鈍尾緣厚度隨翼型厚度和種類不同而變化，特別是翼型壓力面增厚起始點位置，由于其變化范圍包括了大部分弦長位置，給出取值范圍并沒有實際的可操作性；其次，壓力面增厚起始點位置和鈍尾緣厚度基于經驗給出，無法有效控制壓力面的彎度分布，而彎度對翼型的性能有著至關重要的影響，其改變的不確定會極大的降低原翼型的優秀氣動性能；再次，對同一葉片的多個截面翼型，如果壓力面增厚起始點位置和鈍尾緣厚度選取不協調，還會破壞新翼型的流線外形，給葉片的放樣過程造成困難。

因此，需要提出新的翼型尾緣增厚思路，其既要建立與原翼型參數的可靠對應關系；同時還要盡量維持原翼型彎度特性和彎度的可控制性，以保證新翼型的性能可靠。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種基于尖尾緣翼型設計的后加載鈍尾緣翼型，其在保持尖尾緣翼型的前緣、吸力面、最大厚度和前部翼型的壓力面形狀不變的條件下，將鈍尾緣厚度與尖尾緣翼型的最大厚度建立對應關系；進一步將最大厚度以后的彎度曲線作為變量，采用尾緣集中加載曲線梁小撓度理論模型來控制彎度曲線的變形率，再結合曲線的連續光順和鈍尾緣厚度等初始條件，通過數學方法解得新翼型的彎度分布函數，進而得到新的鈍尾緣翼型幾何外形。本發明所述的鈍尾緣翼型盡可能多的保留了原翼型的外形特征，同時還適當改善了翼型的后加載特性，其基于理論分析和數學方法，具有性能可靠、通用性強和易于實現等特點。

為實現以上的技術目的，本發明將采取以下的技術方案：

一種基于尖尾緣翼型設計的后加載鈍尾緣翼型，包括前緣、吸力面、壓力面和鈍尾緣，所述鈍尾緣翼型通過翼型最大厚度線分界成前部翼型和后部翼型，所述鈍尾緣翼型的前緣、吸力面以及前部翼型的壓力面與尖尾緣翼型的相應部分形狀一致，所述鈍尾緣通過尖尾緣翼型的尾緣點垂直向下延伸一定的偏移量形成，鈍尾緣厚度????????????????????????????????????????????????在翼型最大厚度的2.5%-3.5%之間選取。

所述后部翼型的彎度分布函數為：

其中：

式中：坐標系是以尖尾緣翼型的弦線為X坐標、最大厚度線為Y坐標建立的；是尖尾緣翼型的后部翼型彎度曲線的4階方程，為表達式系數；為尖尾緣翼型的后部翼型彎度分布離散點所對應的水平無量綱坐標；為尖尾緣翼型的后部翼型彎度曲線的4階增量方程；為翼型最大厚度位置與翼型鈍尾緣之間的無量綱水平間距，為泰勒級數展開的前三個導數項；為鈍尾緣厚度。

根據以上的技術方案，可以實現以下的有益效果：