一族大厚度鈍尾緣風(fēng)力機(jī)翼型的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一族大厚度鈍尾緣風(fēng)力機(jī)翼型，在運(yùn)行攻角下具有高升力系數(shù)，該翼型族包含相對厚度依次為45%、50%、55%和60%，尾緣厚度依次為7%、9%、12%和16%的四種翼型，各翼型的設(shè)計雷諾數(shù)按相對厚度的增加依次為4.0×106、3.5×106、3.0×106、2.5×106，其設(shè)計目標(biāo)主要針對葉片根部區(qū)域大攻角范圍內(nèi)的升力系數(shù)變化特征，把升力系數(shù)隨雷諾數(shù)變化的穩(wěn)定性作為主要約束。數(shù)值預(yù)測結(jié)果表明，四種大厚度鈍尾緣翼型在大攻角范圍內(nèi)，升力系數(shù)持續(xù)穩(wěn)定的上升并處于較高水平。本實用新型的翼型族可提高葉片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，使得風(fēng)力機(jī)獲得更為高效穩(wěn)定的輸出。
【專利說明】一族大厚度鈍尾緣風(fēng)力機(jī)翼型
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于水平軸風(fēng)力機(jī)翼型設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及適用于大型水平軸風(fēng)力機(jī)葉片根部的一族厚翼型輪廓。
【背景技術(shù)】
[0002]研發(fā)出性能優(yōu)異的風(fēng)力機(jī)專用翼型族是提高水平軸風(fēng)力機(jī)葉片能量捕獲率的關(guān)鍵，而風(fēng)力機(jī)翼型的研發(fā)目標(biāo)與風(fēng)力機(jī)的發(fā)展需求密切相關(guān)。近年來，中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，各種規(guī)模的風(fēng)場在不同地區(qū)建立，新裝風(fēng)力機(jī)的容量不斷增加，葉片尺寸顯著變長。
[0003]首先，不同的風(fēng)資源環(huán)境對風(fēng)力機(jī)葉片要求不同。中國南方廣大地區(qū)風(fēng)資源困乏，北方地區(qū)和沿海地區(qū)屬于風(fēng)資源豐富地區(qū)但卻存在各種不利的條件。華北和西北地區(qū)風(fēng)沙嚴(yán)重，極易對風(fēng)力機(jī)葉片表面造成污染和侵蝕。沿海地區(qū)空氣濕度較大且熱帶氣旋瀕臨頻繁。一方面溫濕的空氣容易對葉片表面造成腐蝕破壞其幾何輪廓；另一方面，頻繁的熱帶氣旋侵犯對風(fēng)力機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是一個巨大考驗。這要求設(shè)計出在變工況條件下性能優(yōu)異且穩(wěn)定的翼型系列。
[0004]其次，風(fēng)力機(jī)的葉片日趨大型化對葉片的材料和結(jié)構(gòu)特性提出了更高要求；同時，葉片尺寸的顯著增長，風(fēng)切變效應(yīng)的影響更加明顯，加之在風(fēng)力機(jī)運(yùn)行過程中葉片不同部位的風(fēng)速呈線性分布使得葉片各部位翼型的流動雷諾數(shù)差異很大。這些要求開發(fā)出性能優(yōu)良且隨著Re變化穩(wěn)定的適用于葉片中部和尾部的大厚度翼型系列。
[0005]另一方面，增加翼型厚度及尾緣厚度可以增加翼型的橫截面積、改善翼型的厚度分布，顯著提高翼型的結(jié)構(gòu)剛度。同時適當(dāng)提高翼型的尾緣厚度可以減小吸力面逆壓梯度，從而延遲湍流分離，提高最大升力系數(shù)。盡管阻力系數(shù)也會增加，但翼型的升阻比是增加的，所以翼型的氣動效率得到了加強(qiáng)。通常，大厚度翼型適用于葉片根部，該處流動常常處于大攻角的流動分離流動狀態(tài)，具有較強(qiáng)的三維流動特性，因此性能優(yōu)良的大厚度、鈍尾緣翼型的設(shè)計，對于研發(fā)高性能大型風(fēng)電葉片具有重要意義。
[0006]目前應(yīng)用于風(fēng)力機(jī)葉片內(nèi)側(cè)的翼型的相對厚度多為30%?40%，尾緣厚度也較小。而且現(xiàn)有厚翼型的設(shè)計雷諾數(shù)單一；設(shè)計攻角較小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于風(fēng)力機(jī)運(yùn)行時根部區(qū)域翼型所處的攻角范圍；升力系數(shù)失速劇烈，在大攻角下較小。這些缺陷不利于提高大型風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能捕獲率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明目的:鑒于以上問題，本實用新型目的在于提出一族在運(yùn)行攻角下具有高升力系數(shù)且變工況性能穩(wěn)定的大厚度鈍尾緣翼型，可以滿足大型風(fēng)力機(jī)葉片在結(jié)構(gòu)和氣動方面對翼型的需求。
[0008]本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0009]一族大厚度鈍尾緣風(fēng)力機(jī)翼型，包括四種大厚度翼型，其特征在于，所述四種大厚度翼型的最大相對厚度依次為45%、50%、55%和60%，尾緣相對厚度依次為7%、9%、12%和16% ;所述四種翼型的最大厚度的弦向相對位置位于30%~35%之間，上表面最大厚度的弦向相對位置在28%~33%之間，下表面最大厚度的弦向相對位置在33%~37%之間；所述四種翼型的中弧線，均在弦線的上面，且在靠近前緣處和靠近尾緣處分別有一個向上的凸起峰；所述四種翼型的最大相對彎度值在2%~3.2%之間，最大彎度的弦向相對位置在74%~79%之間；所述四種翼型的前緣半徑在0.099~0.125倍弦長之間；其中，所述最大相對厚度是各翼型上下兩個面之間的最大厚度與弦長的比值，各所述弦向相對位置是指弦向位置相對弦長的比值。
[0010]優(yōu)選地，所述四個翼型的中弧線，靠近前緣處的中弧線向上凸起峰，其弦向相對位置在22%~23%之間；靠近尾緣處的中弧線向上凸起峰，其弦向相對位置在75%~78%之間。
[0011]優(yōu)選地，45%相對厚度的翼型的設(shè)計雷諾數(shù)為4X106，該翼型吸力面和壓力面的無量綱幾何坐標(biāo)分別為:
[0012]表一 45%相對厚度翼型的吸力面坐標(biāo)(x/c, y/c)
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一族大厚度鈍尾緣風(fēng)力機(jī)翼型，包括四種大厚度翼型，其特征在于， 所述四種大厚度翼型的最大相對厚度依次為45%、50%、55%和60%，尾緣相對厚度依次為 7%、9%、12% 和 16% ； 所述四種翼型的最大厚度的弦向相對位置位于30%~35%之間，上表面最大厚度的弦向相對位置在28%~33%之間，下表面最大厚度的弦向相對位置在33%~37%之間； 所述四種翼型的中弧線，均在弦線的上面，且在靠近前緣處和靠近尾緣處分別有一個向上的凸起峰； 所述四種翼型的最大相對彎度值在2%~3.2%之間，最大彎度的弦向相對位置在74%~79%之間； 所述四種翼型的前緣半徑在0.099~0.125倍弦長之間； 其中，所述最大相對厚度是各翼型上下兩個面之間的最大厚度與弦長的比值，各所述弦向相對位置是指弦向位置相對弦長的比值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一族大厚度鈍尾緣風(fēng)力機(jī)翼型，其特征在于:各所述四個翼型的中弧線，靠近前緣處的中弧線向上凸起峰，其弦向相對位置在22%~23%之間；靠近尾緣處的中弧線向上凸起峰，其弦向相對位置在75%~78%之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一族大厚度鈍尾緣風(fēng)力機(jī)翼型，其特征在于:45%相對厚度的翼型的設(shè)計雷諾數(shù)為4X106 ，該翼型吸力面和壓力面的無量綱幾何坐標(biāo)分別為:
45%相時厚度莫"Si的吸力西坐標(biāo)?κ/c, y/c)
x/cy/cx/cy/cx/cy./c
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一族大厚度鈍尾緣風(fēng)力機(jī)翼型，其特征在于:50%相對厚度翼型的設(shè)計雷諾數(shù)為3.5 X 106，該翼型吸力面和壓力面的無量綱幾何坐標(biāo)分別為

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一族大厚度鈍尾緣風(fēng)力機(jī)翼型，其特征在于:55%相對厚度的翼型的設(shè)計雷諾數(shù)為3 X 106，該翼型吸力面和壓力面的無量綱幾何坐標(biāo)分別為:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一族大厚度鈍尾緣風(fēng)力機(jī)翼型，其特征在于:60%相對厚度翼型的設(shè)計雷諾數(shù)為2.5 X 106，該翼型吸力面和壓力面的無量綱幾何坐標(biāo)分別為:
【文檔編號】F03D1/06GK203374428SQ201320338826
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月14日
【發(fā)明者】楊科, 李星星, 張磊, 白井艷, 徐建中 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所