[實用新型]一種通過駐渦控制失速的風力機葉片

無效

• 申請號: 201120047460.1
• 申請日: 2011-02-24
• 公開（公告）號: CN202001209U
• 公開（公告）日: 2011-10-05
• 發明（設計）人: 葉正寅;葉坤;武潔
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F03D11/00
• 分類號: F03D11/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

技術領域

本發明涉及風機葉片翼型領域，具體是一種風機葉片。

背景技術

隨著世界性的能源危機不斷顯現，風能的利用已經越來越受到世界各國的重視。據有關文獻資料統計，地球上風能資源非常豐富，全球的風能儲量約為2.74×10⁹MW，其中可經濟開發利用的風能仍然能夠達到2×10⁷MW，比可開發利用的水電總量還要大10倍。

在近年來的風力發電機的葉片尺寸越來越大，風能利用的效率越高，但為了保障葉片具有足夠的結構強度，葉片中翼型的相對厚度必須相應提高，目前風機翼型的相對厚度可達到40％左右(甚至更高)。但是，從空氣動力學設計角度講，翼型相對厚度越大，翼型的最大升力系數會越來越小，而且失速迎角也會越來越小。在實際工程應用中，應用自然風速的變化，一方面需要翼型的工作迎角足夠大以便更好地利用風能(迎角大則升力系數大)，另一方面翼型的工作迎角又不能設計太大，以免在自然風速變化時翼型工作迎角超過失速迎角，一旦出現失速流動特征，不僅升力系數更小，而且失速引起的氣動力振蕩會引起結構的破壞。如果能夠設計一種既有大升力系數又具有很寬迎角工作范圍的翼型是非常有價值的。風機葉片剖面一般采用傳統的光滑表面翼型，因此當翼型迎角較大時，就會出現無法回避的失速現象，而翼型在流動穩定的較小迎角工作時，升力系數就太小，風能利用效率很低。

在公開號為1080608的專利申請文件中，公開了一種提高翼型升力的方法，該方法通過在翼型下表面挖坑，以提高翼型升力，但是這個方法僅僅是提高翼型升力，實際上采用Gurney襟翼也可以提高翼型升力，然而，這些技術仍然無法改善翼型的失速特性。所以，當前的風機翼型無法實現大迎角高升力系數工作(對應風能利用的高效率)和不出現失速現象的兼顧。如何在翼型厚度較大的條件下，提高翼型的升力系數對提高風機的效率具有很大的意義。

發明內容

為克服現有大厚度風機翼型設計技術中存在的無法兼顧大迎角高升力工況和流動失速現象的不足，本發明提出了一種通過駐渦控制失速的風力機葉片。

本發明是在基礎翼型上翼面，對修型起始點與翼型后緣點之間的翼型進行修型，并形成凹坑。修型起始點位于翼型上翼面距翼型前緣點30％～45％弦長處。凹坑起始點的x坐標和y坐標分別位于55～72％弦長和11～15％弦長處。凹坑終止點的x坐標和y坐標分別位于60～77％弦長和2.4～2.6％弦長處。第一過渡點的x坐標和y坐標分別位于70～83％弦長和2.0～3.5％弦長處。第二過渡點的x坐標和y坐標分別位于85～92％弦長和3.5～5.0％弦長處。將修型起始點和凹坑起始點之間為直線連接，用四分之一圓弧連接凹坑起始點和凹坑終止點，通過B樣條曲線連接凹坑終止點、第一過渡點、第二過渡點以及翼型后緣點。

修型起始點、凹坑起始點、凹坑終止點、第一過渡點和第二過渡點自前緣依次向后緣排列，直至翼型后緣點處；凹坑起始點的y坐標低于修型起始點的y坐標點。

在翼型后緣處安裝有Gurney襟翼；該Gurey襟翼安裝點距后緣點為0～5％弦長處，Gurney襟翼的高度為3～6％弦長。

所述的x坐標和y坐標將基礎翼型的上表面置于xoy平面內，使得翼型前緣點位于坐標原點O，翼型后緣點位于x軸的正半軸上。

本發明在翼型上表面的最大厚度附近開始修正翼型上表面的形狀，減緩上表面厚度減小的幅度，以推遲上翼面流場的分離，到離后緣一定距離時，讓上表面突然下陷，形成一個凹坑，然后再逐漸過渡到翼型后緣。該凹坑使得流經此處的氣流形成一個位置固定的旋渦(通常稱之為駐渦)，在該駐渦的作用下，翼型上表面的分離能夠得到有效控制。一方面不讓上表面的分離渦無規則的脫落，另一方面，在駐渦作用下，在翼型上表面形成一種渦升力，減緩翼型的失速，使得翼型的失速迎角得以提高。

當翼型具有較大迎角時，本發明能夠提高翼型的升力。在小迎角時，本發明對升力有不利作用，為了彌補小迎角時升力的損失，在翼型后緣處增設一個Gurney襟翼8，這樣，就可以在整個迎角范圍內，保證翼型既具有較高的升力系數，同時翼型保持很寬的工作迎角范圍，達到提高翼型氣動效率的目標。