[發(fā)明專利]一種基于分形優(yōu)化的可改善失速特性的風(fēng)力機(jī)葉片

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710361694.5
• 申請(qǐng)日: 2017-05-22
• 公開（公告）號(hào): CN106949021B
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陽君;謝田;羅紅;劉俊;朱海天;柳宗晨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號(hào): F03D80/00
• 分類號(hào): F03D80/00
• 代理公司: 上海德昭知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉;李兵

一種基于分形優(yōu)化的可改善失速特性的風(fēng)力機(jī)葉片，包括相對(duì)來流方向位于前部的葉片主體和相對(duì)來流方向位于后部的葉片尾緣，葉片尾緣上分布有多個(gè)彈片和具有分形結(jié)構(gòu)的分形孔，彈片設(shè)置在分形孔的吸力面?zhèn)龋苋~片壓力面和吸力面壓差的作用而呈閉合或開啟狀態(tài)，分形孔貫穿壓力面和吸力面。當(dāng)葉片來流攻角未達(dá)到失速條件時(shí)，由于葉片壓力面和吸力面的壓差較小，此時(shí)的彈片呈閉合狀態(tài)，能阻止流體通過從而阻止小尺度湍流的產(chǎn)生，保障了葉片的氣動(dòng)性能；當(dāng)葉片來流攻角增大到失速條件時(shí)，由于壓差的作用彈片呈開啟狀態(tài)、流體能通過分形孔并在吸力面上產(chǎn)生小尺度湍流延遲葉片表面邊界層的分離，從而延遲失速團(tuán)的形成，達(dá)到改善葉片失速特性的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于分形優(yōu)化的可改善失速特性的風(fēng)力機(jī)葉片，這種風(fēng)力機(jī)葉片既能保障葉片的氣動(dòng)性能，又能改善葉片的失速特性。

背景技術(shù)

風(fēng)能是清潔的可再生能源，風(fēng)力發(fā)電是可再生能源發(fā)展的重要領(lǐng)域。風(fēng)力機(jī)作為風(fēng)力發(fā)電的重要設(shè)備對(duì)我國風(fēng)電發(fā)展起著極其重要的作用，風(fēng)力機(jī)葉片決定了其風(fēng)能利用率的高低，是整個(gè)風(fēng)力機(jī)的核心部件。

當(dāng)葉片來流攻角未達(dá)到失速條件，葉片有較大的升力和較小的阻力，流體附著葉片表面流過；當(dāng)葉片來流攻角增大到失速條件，流體不再附著葉片表面流過，而是將在葉片吸力面發(fā)生流動(dòng)分離，并在吸力面尾緣上產(chǎn)生渦流，升力突然減小，即產(chǎn)生“失速”。當(dāng)風(fēng)力機(jī)葉片處于失速狀態(tài)時(shí)，葉片會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)及運(yùn)行不穩(wěn)定，影響風(fēng)力機(jī)的能量捕捉。

鑒于此，專利號(hào)為201120047460.1，名稱為“一種通過駐渦控制失速的風(fēng)力機(jī)葉片”的專利，通過氣流在葉片上表面的凹坑形成的固定的旋渦，使葉片上表面的分離能夠得到控制，并在其上表面形成渦升力來達(dá)到提升翼型失速攻角的目的。申請(qǐng)?zhí)枮?01520369024.4，名稱為“一種可防失速的垂直軸風(fēng)力機(jī)”的專利，通過利用風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的自身離心力，拉動(dòng)杠桿擴(kuò)大拉力使內(nèi)外摩擦片接觸減速，從而防止葉片的失速、在強(qiáng)風(fēng)或者不安全風(fēng)速下保護(hù)風(fēng)機(jī)的工作。通過葉片表面上凹坑形成固定旋渦和利用風(fēng)機(jī)自身離心力拉動(dòng)杠桿使內(nèi)外摩擦片接觸減速在改善葉片的失速特性方面有一定的效果，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，且復(fù)雜的控制系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)也會(huì)降低風(fēng)力機(jī)葉片運(yùn)行的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)不足之處，為了改善風(fēng)力機(jī)的失速特性，本發(fā)明基于分形理論在葉片的尾緣上設(shè)置具有分形結(jié)構(gòu)的孔，葉片壓力面的流體在壓差的作用下通過具有分形結(jié)構(gòu)的孔流向壓力較小的吸力面并在吸力面上形成小尺度湍流，這種小尺度湍流能延遲葉片表面邊界層的分離，從而延遲失速團(tuán)的形成，增大失速攻角，達(dá)到改善風(fēng)力機(jī)葉片失速特性的目的。但是當(dāng)葉片來流攻角未達(dá)到失速條件時(shí)，分形孔所產(chǎn)生的小尺度湍流會(huì)提前引起葉片尾緣處的渦流區(qū)，產(chǎn)生較大的能量耗散，從而使葉片的升力下降、阻力上升，影響葉片的氣動(dòng)性能，因此本發(fā)明在葉片的尾緣上設(shè)置有彈片，其開啟閉合狀態(tài)由葉片壓力面和吸力面的壓差控制，這里的臨界值規(guī)定為葉片來流攻角達(dá)到失速條件時(shí)葉片壓力面和吸力面的壓差，可由公式計(jì)算求得。在本發(fā)明中，當(dāng)彈片閉合，可保障葉片表面的氣動(dòng)性能；當(dāng)彈片開啟，可改善風(fēng)力機(jī)葉片的失速特性。

一種基于分形優(yōu)化的可改善失速特性的風(fēng)力機(jī)葉片，包括相對(duì)來流方向位于前部的葉片主體(1)和相對(duì)來流方向位于后部的葉片尾緣(2)，其特征在于：其中，葉片尾緣(2)上分布有多個(gè)彈片和具有分形結(jié)構(gòu)的分形孔，彈片(3)設(shè)置在分形孔的吸力面?zhèn)龋苋~片壓力面(7)和吸力面(8)壓差的作用而呈閉合或開啟狀態(tài)，分形孔貫穿壓力面(7)和吸力面(8)。

本發(fā)明提供的基于分形優(yōu)化的可改善失速特性的風(fēng)力機(jī)葉片，還可以具有這樣的特征，其特征在于：其中，葉片尾緣(2)的范圍為基于來流方向從風(fēng)力機(jī)葉片的翼弦(6)的五分之四處開始至葉片尾端。