[發明專利]一種風力機葉片翼型族

在審

• 申請號: 201510215113.8
• 申請日: 2015-04-30
• 公開（公告）號: CN104819106A
• 公開（公告）日: 2015-08-05
• 發明（設計）人: 毛峰;丁可琦;張日葵
• 申請（專利權）人: 南京北大工道創新有限公司;北京大學南京創新研究院
• 主分類號: F03D11/00
• 分類號: F03D11/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 胡建華

技術領域

本發明屬于風力機葉片技術領域，特別是涉及一種風力機葉片翼型族。

背景技術

目前全國可利用風能資源區一半以上是低風速資源區，為這些地區設計的風力機都呈現塔筒高、風輪直徑大的特點，與相同功率的小轉輪直徑的風力機相比，在結構強度方面往往需要另外的設計。為了能達到與高風速相同的產能必須加長葉片，同時需要降低葉片弦長來限制葉片的載荷。為了保證相同的出力，唯一的途徑是提高翼型升力系數，因而翼型的結構性能和空氣動力學性能，尤其是最大升力系數，是針對低風速風場風力機葉片設計成敗的關鍵。高升力風力機翼型族對我國低風速風場資源的開發和利用非常重要。

對于在長葉片的風力機翼型，需要有大的相對厚度來提高葉片的結構剛度；考慮風力機的環境條件，翼型的最大升力系數對前緣粗糙度不敏感；同時因為裝配和制造因素，翼型需要有一定的前緣半徑及尾緣厚度。這些限制條件都是提高翼型最大升力系數的障礙。目前的風力機翼型若用于長葉片的風力機，存在厚翼型對前緣粗糙度敏感、失速特性不佳、最大升力系數較低等缺點。

發明內容

本發明要解決的問題是提供一種風力機葉片翼型族，該翼型族改善了厚翼型對前緣粗糙度敏感程度、失速特性、最大升力系數等因素，能夠滿足用于低風速風資源的風力機對翼型的需求。

本發明公開的一種風力機葉片翼型族，包括第一、二、三翼型；

所述第一、二、三翼型均包括前緣、尾緣、吸力面和壓力面，以及厚度、彎度和弦長；?

所述各翼型厚度為吸力面和壓力面之間的最大距離，各翼型弦長為各翼型前緣和后緣之間的距離，各翼型彎度為中弧線離開幾何弦線的最大距離，其中，幾何弦為前后緣的連線，中弧線為吸力面和壓力面的中點連線；

所述第一、二、三翼型的輪廓由無量綱二維坐標平滑連接形成，無量綱二維坐標分別由第一、二、三翼型的壓力面和吸力面上各點的橫坐標和縱坐標除以該翼型的弦長得到。

作為上述技術方案的進一步改進，所述第一、二、三翼型的最大彎度?位置分別在距各翼型前緣67.6%、74.1%和64.4%弦長處。由于彎度后置，減緩了前緣附近的逆壓梯度，使得本翼型族中的各翼型的最大升力系數較同等厚度翼型能夠提高5%-10%。

作為上述技術方案的另一種改進，所述第一、二、三翼型包括相對厚度，所述相對厚度為各翼型最大厚度與弦長的比值；所述第一、二、三翼型的相對厚度不同。

作為上述技術方案的更進一步改進，所述第一、二、三翼型的相對厚度分別為23%、27%和32%。

作為上述技術方案的另一種改進，所述各翼型的最大厚度的位置在距各翼型前緣30.2％、30.4％和24.5%弦長處。通過約束最大厚度以及最大厚度的位置，保證本發明翼型族各個翼型間幾何和氣動兼容性。

作為上述技術方案的另一種改進，所述各翼型的尾緣厚度為從前緣至尾緣弦長的0.6%、0.8%和1.0%。

作為上述技術方案的另一種改進，所述各翼型的壓力面后部均為S型后加載方式。

風力機翼型最重要的兩個性能要求是對前緣粗糙度不敏感以及良好的失速性能。要降低對前緣粗糙度的敏感，風機翼型與航空翼型相比往往需要減小翼型上半部分的厚度，為了能夠產生和原翼型相同的升力，所以壓力面的后部呈現S型實現后加載方式。

本發明的風力機葉片翼型族幾何結構特點滿足了應用于低風速風場的大型風力機葉片對厚翼型的需求，有效地提高了厚翼型的氣動特性，在滿足結構特性的同時提高了翼型最大升力系數，最大升阻比，降低翼型對前緣粗糙度敏感性。同目前存在的厚翼型相比，在相同的出力條件下，可以明顯改善葉片的結構性能，降低葉片面積從而降低極限工況下靜載荷，從而能夠加長葉片增加掃風面積，更多的捕獲風能。

附圖說明

圖1是本發明風力機葉片翼型族結構示意圖；

圖2是第一翼型幾何形狀圖；

圖3是第二翼型幾何形狀圖；

圖4是第三翼型幾何形狀圖；

圖5是雷諾數=6000000時第一翼型的升阻力特性曲線圖；

圖6是雷諾數=6000000時第一翼型的極曲線圖；

圖7是雷諾數=6000000時第二翼型的升阻力特性曲線圖；

圖8是雷諾數=6000000時第二翼型的極曲線圖；

圖9是雷諾數=6000000時第三翼型的升阻力特性曲線圖；

圖10是雷諾數=6000000時第三翼型的極曲線圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明的一種風力機葉片翼型族進行詳細說明。