專利名稱:一種風(fēng)力機(jī)葉片翼型族的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)力機(jī)葉片翼型族,特別涉及一種風(fēng)力機(jī)葉片的鈍尾緣厚翼型族。
背景技術(shù):
隨著世界能源問題日益突出,風(fēng)能作為環(huán)境友好的可再生能源得到迅速發(fā)展。風(fēng)力機(jī)葉片是風(fēng)電機(jī)組的核心部件,而葉片又是由翼型沿其展向疊加而成,因此翼型性能的好壞直接決定了風(fēng)電機(jī)組性能的優(yōu)劣。隨著風(fēng)電機(jī)組不斷大型化發(fā)展,葉片越來越長,特別是葉片根部對(duì)翼型的結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)特性都有更高的要求,因此設(shè)計(jì)開發(fā)厚翼型、鈍尾緣翼型成為必然需求。增加翼型厚度能夠提高翼型的結(jié)構(gòu)特性,但是隨著翼型厚度的增加,翼型氣動(dòng)性能會(huì)降低,比如翼型的最大升力系數(shù)和最大升阻比會(huì)降低,翼型的前緣粗糙敏感性會(huì)增加等。而采用鈍尾緣能夠在滿足翼型結(jié)構(gòu)特性的同時(shí)提高厚翼型的氣動(dòng)特性,增加翼型尾緣厚度可以減小翼型吸力面的負(fù)壓梯度,延遲翼型湍流分離,從而提高翼型升力系數(shù)、降低翼型前緣粗糙敏感性。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種風(fēng)力機(jī)葉片專用的鈍尾緣厚翼型族,以適應(yīng)風(fēng)力機(jī)大型化發(fā)展,將厚翼型用于葉片根部以取代傳統(tǒng)的圓柱型結(jié)構(gòu),從而提高葉片性能。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo),本實(shí)用新型提供的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族,包含第一至第四不同相對(duì)厚度的翼型,所述的相對(duì)厚度是各翼型上下兩個(gè)面之間的最大厚度與弦線的長度的比值;每個(gè)翼型均由前緣、尾緣、吸力面、壓力面組成;尾緣具有從前緣至尾緣弦長59Tll%的厚度,壓力面為四個(gè)不同程度的S形后加載;該翼型族的相對(duì)厚度為45%_60% ;該翼型族的最大相對(duì)厚度的位置在距前緣點(diǎn)32. 19Γ33. 2%弦長處;其中,第一至第四個(gè)翼型的幾何外形,是由壓力面和吸力面上各點(diǎn)的無量綱二維坐標(biāo)平滑連接形成,所述的無量綱二維坐標(biāo)是各點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)與弦長的比值。本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族的具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族在幾何結(jié)構(gòu)上滿足了大型風(fēng)力機(jī)葉片片根部翼型的結(jié)構(gòu)要求;2、本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族具有優(yōu)良的氣動(dòng)特性,有效改善了葉片性能, 可提高葉片根部的升力系數(shù)、升阻比,減小葉片根部的粗糙敏感性;3、本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族可減小葉片的重量,降低葉片成本。
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圖1為應(yīng)用本實(shí)用新型翼型族構(gòu)造的一個(gè)風(fēng)力機(jī)葉片的透視圖。圖2為本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族的復(fù)合圖。圖3為本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族的第一翼型的輪廓圖。圖4為本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族的第二翼型的輪廓圖。圖5為本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族的第三翼型的輪廓圖。圖6為本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族的第四翼型的輪廓圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型加以詳細(xì)說明,應(yīng)指出的是,所描述的具體實(shí)施例僅旨在便于對(duì)本實(shí)用新型的理解,而對(duì)其不起任何限定作用?,F(xiàn)在參照?qǐng)D1,圖1顯示了使用本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族A的風(fēng)力機(jī)葉片 B。本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族優(yōu)選的可以用于水平軸風(fēng)力機(jī)葉片。葉片B包括緊鄰輪轂(未顯示)的內(nèi)側(cè)區(qū)110、外側(cè)區(qū)120和葉尖區(qū)130。一般地,內(nèi)側(cè)區(qū)110約占葉片100 展長的50%,外側(cè)區(qū)約占葉片100展長的30%,葉尖區(qū)130約占葉片100展長的20%。圖2顯示了本實(shí)用新型風(fēng)力機(jī)翼型族A。翼型族A包括有前緣A00、吸力面A20、 尾緣A10、壓力面A30。弦線A40從翼型族A的每個(gè)前緣AOO延伸到尾緣A10。圖2中所示第一翼型150、第二翼型160、第三翼型170、第四翼型180的前緣角度、吸力面厚度、尾緣厚度、壓力面弧度、翼型厚度等均不相同,適合使用在圖1所示的葉片B的內(nèi)側(cè)區(qū)110。各翼型之間都具有良好的幾何兼容性,在葉片中各翼型斷面按照本領(lǐng)域中公知的方法,由連接任何兩個(gè)相鄰翼型形狀之間的相應(yīng)部分的過渡面連接,翼型橫斷面按照公知的方法可以變換角度,以便對(duì)葉片輸入有效的阻力,從而形成由空氣動(dòng)力性能要求所確定的變化的葉片迎角。翼型厚度是指翼型上下表面之間的距離,最大厚度與弦長的比值稱為翼型的相對(duì)厚度。本實(shí)用新型中翼型族A的相對(duì)厚度的范圍為45%-60%,最大厚度的位置在距前緣點(diǎn) 32. 19Γ33. 2%%弦長處。適用于葉片長度20米以上、功率MW以上的、失速型或變槳型的風(fēng)力機(jī)。本實(shí)用新型的翼型族在Re=3X106的工況下,具有高的升力系數(shù),小攻角時(shí)失速范圍較小。從翼型族A的外部幾何特征上可以看出,在本實(shí)用新型中,優(yōu)選的,翼型族A的尾緣AlO 都有一定的厚度,厚度范圍為59Tll%弦長,壓力面具有的不同程度的S型后加載。隨著翼型厚度的增加,翼型分離失速的形式從尾緣分離轉(zhuǎn)到壓力面分離,本翼型族的相對(duì)厚度大于45%,翼型會(huì)在小攻角是就出現(xiàn)壓力面分離,增加翼型尾緣厚度會(huì)有效改善這種情況。翼型若采用較大的S型后加載會(huì)使翼型在小攻角下壓力面出現(xiàn)大范圍分離,而太小的S型后加載雖然會(huì)抑制小攻角時(shí)壓力面分離,但會(huì)使翼型升力系數(shù)較低。本翼型族從兩方面綜合考慮,使翼型具有合適的S型后加載形狀。圖3-圖6顯示了本實(shí)用新型翼型族A所包含的四個(gè)翼型的實(shí)施例,各實(shí)施例中翼型的外形輪廓。表1-8中吸力面欄分別列出本實(shí)用新型翼型族A的第一翼型150、第二翼型160、 第三翼型170以及第四翼型180吸力面的無量綱二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)。每個(gè)翼型的弦線從前緣延伸至尾緣,弦線的長度為弦長c,每個(gè)翼型吸力面上的各點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)除以該翼型的弦長后得到該翼型吸力面的無量綱幾何坐標(biāo)。表1-8中壓力面欄分別列出上述翼型壓力面的無量綱二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)。每個(gè)翼型壓力面上的各點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)除以該翼型的弦長后得到該翼型壓力面的無量綱幾何坐標(biāo)。根據(jù)表中所列數(shù)據(jù)點(diǎn)由樣條曲線光滑連接即可分別形成上述翼型的吸力面和壓力面輪廓。第一、第二、第三翼型、第四翼型可以作為風(fēng)力機(jī)葉片內(nèi)側(cè)區(qū)翼型。表中x/c值表示吸力面或者壓力面上的某點(diǎn)在弦線方向上相對(duì)于前緣的位置,即吸力面或者壓力面上的某點(diǎn)在弦線方向上相對(duì)于前緣的長度X和弦長C的比值,y/c值表示從弦線到吸力面或者壓力面上某點(diǎn)的高度y和弦長c的比值。表中描述翼型的無量綱二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)可以放大和縮小而保持翼型的形狀不變,坐標(biāo)的縮放方案為表1-8中的χ、y坐標(biāo)值乘以或除以不為零的常數(shù),繼而得到滿足設(shè)計(jì)要求的不同弦長大小的翼型。下面具體說明每個(gè)翼型圖3顯示了本實(shí)用新型翼型族A的第一翼型150,優(yōu)選的,該翼型的相對(duì)厚度為 45%,用于葉片B的內(nèi)側(cè)區(qū)110。翼型在雷諾數(shù)在3X106的工況下進(jìn)行工作,并且同風(fēng)力機(jī)專用翼型族A中其他翼型有著良好的幾何兼容性。第一翼型150具有第一翼型前緣151,第一翼型弦線152,第一翼型吸力面153,第一翼型尾緣154,第一翼型壓力面155。第一翼型弦線152從第一翼型前緣151延伸至第一翼型尾緣154。第一翼型150的第一翼型吸力面153優(yōu)選的,按照表1中壓里面欄中列出的無量綱二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)光滑連接所形成。具體形狀在表1、2中以無量綱坐標(biāo)形式給出。x/c值表示吸力面153或壓力面155 上某點(diǎn)在弦線152方向上相對(duì)于前緣151的位置,即吸力面153或者壓力面155上的某點(diǎn)在弦線方向上相對(duì)于前緣的長度χ和弦長c的比值,y/c值則表示從弦線152到吸力面153 或壓力面155上某點(diǎn)的高度y和弦長c的比值。這些值是作為相同的常數(shù)或數(shù)量的函數(shù)可縮放的,以提供比例放大或縮小而形狀保持不變的翼型。表1第一翼型吸力面
x/Cy/cχ/Cy/cχ/Cy/c1. 000000. 025000.671800.153050. 222710.205380. 993760. 027530.658140.157640.213090.202690. 987530.030050.644160. 162170.203440.199750.981290.032570.629880. 166620. 193790.196560.975050.035100.615350. 170960. 184180.193140.968820.037610.600590.175170. 174630.189480.961960.040380.585660.179230.165200.185610. 954990.043180.570620.183120.155930.181560.947910.046020. 555510.186810.146870.177330. 940720.048900.540390. 190310.138070.172970. 933440. 051820.525340.193600.129560.168520. 926050. 054780.510410.196670.121410.164000. 918560. 057780.495650.199530. 113650.159460.910960.060820.481140.202180. 106310.154940.903260.063900.466910.204620. 099430.150480.895450.067030.453020. 206860. 093010. 146120.887510.070200.439490.208900.087080. 141890.879460. 073410.426370.210750.081610.137820.871270.076680. 413660.212410.076620. 13390
1權(quán)利要求1.一種風(fēng)力機(jī)葉片翼型族,所述的翼型族(A)包含第一至第四不同相對(duì)厚度的翼型 (150、160、170、180),所述的相對(duì)厚度是各翼型上下兩個(gè)面之間的最大距離與弦長c的比值,所述的弦長c是翼型前緣到尾緣的弦線(A40)的長度,其特征在于每個(gè)翼型均由前緣(A00)、尾緣(A10)、吸力面(A20)、壓力面(A30)組成; 所述翼型族(A)的尾緣厚度為59Tll%弦長; 所述翼型族(A)的壓力面為S形后加載; 所述翼型族(A)的相對(duì)厚度為45%-60% ;所述翼型族(A)的最大相對(duì)厚度的位置在距前緣32. 19Γ33. 2%弦長處; 其中,每個(gè)翼型的幾何外形,由壓力面和吸力面上各點(diǎn)的無量綱二維坐標(biāo)平滑連接形成,所述的無量綱二維坐標(biāo)是各點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)與弦長的比值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族,其中,第一翼型(150)的吸力面和壓力面的無量綱二維坐標(biāo)分別為第一翼型(150)吸力面
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族,其中,第二翼型(160)吸力面和壓力面的無量綱二維坐標(biāo)分別為 第二翼型(160)吸力面
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族,其中,第三翼型(170)吸力面和壓力面的無量綱二維坐標(biāo)分別為 第三翼型(170)吸力面
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族,其中,第四翼型(180)吸力面和壓力面的無量綱二維坐標(biāo)分別為 第四翼型(180)吸力面
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族,其特征在于,所述的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族(A)用于水平軸風(fēng)力機(jī)葉片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族,其特征在于,所述翼型族(A) 適用于葉片長度20米以上、功率兆瓦以上、失速型或變槳型的風(fēng)力機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族,其特征在于,所述翼型族(A) 適用于風(fēng)力機(jī)葉片的內(nèi)側(cè)區(qū)。
專利摘要一種風(fēng)力機(jī)葉片翼型族,包含第一至第四不同相對(duì)厚度的翼型,所述的相對(duì)厚度是各翼型上下兩個(gè)面之間的最大距離與弦長的比值,所述的弦長是翼型前緣到尾緣的弦線的長度;每個(gè)翼型均由前緣、尾緣、吸力面、壓力面組成。該風(fēng)力機(jī)葉片翼型族的前緣半徑為10.203%~15.345%弦長,尾緣的厚度為5%~11%弦長,相對(duì)厚度為45%~60%,最大相對(duì)厚度的位置在距前緣32.1%~33.2%弦長處,壓力面為四個(gè)不同的S形后加載。所述風(fēng)力機(jī)葉片翼型族的每一個(gè)翼型的幾何外形,由每個(gè)翼型的壓力面和吸力面上各點(diǎn)的無量綱二維坐標(biāo)平滑連接形成,所述的無量綱二維坐標(biāo)是各點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)與弦長的比值。
文檔編號(hào)F03D11/00GK201943900SQ20102067715
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者徐建中, 楊科, 白井艷 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所