本發(fā)明涉及一種涉及水平軸風(fēng)力機(jī)葉片，尤其是一種基于鳥(niǎo)類羽翼仿生水平軸風(fēng)力機(jī)葉片。

背景技術(shù)：

隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的日益成熟和廣泛應(yīng)用，水平軸風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)特性優(yōu)化設(shè)計(jì)也成為了國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的研究重點(diǎn)。葉片是風(fēng)力機(jī)重要的結(jié)構(gòu)組件之一，其各參數(shù)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化可直接提高風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)效率，抑制載荷波動(dòng)，增強(qiáng)自啟動(dòng)性能等。受自然界鳥(niǎo)類應(yīng)對(duì)極端復(fù)雜的飛行條件和穩(wěn)定飛行時(shí)的羽、翅關(guān)系啟發(fā)，并為改善水平軸風(fēng)力機(jī)在大攻角下導(dǎo)致動(dòng)態(tài)失速的非定常流動(dòng)工況，提出葉片表面合理布置具有一定幾何特征的柔性氣動(dòng)彈片以達(dá)到對(duì)氣流流動(dòng)的有效控制。經(jīng)調(diào)研已有的文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)2個(gè)與本發(fā)明較為相近的專利：專利號(hào)：CN105089925A，風(fēng)力機(jī)葉片尾緣及葉尖增升降噪的柔性仿生羽毛帶，該專利技術(shù)特征為葉片前緣和尾緣增加柔性仿真羽絲以改善流動(dòng)，與氣動(dòng)彈片有本質(zhì)區(qū)別。且該專利不具備自適應(yīng)響應(yīng)的特點(diǎn)。專利號(hào)：CN103984831A，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片高逼真、非均一型仿鯊魚(yú)溝槽微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。該專利技術(shù)特征為將葉表面替換為仿鯊魚(yú)溝槽微結(jié)構(gòu)以完成降阻降噪，與氣動(dòng)彈片有本區(qū)別。且該專利不具備自適應(yīng)響應(yīng)的特點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是要提供一種基于鳥(niǎo)類羽翼仿生水平軸風(fēng)力機(jī)葉片，針對(duì)水平軸風(fēng)力機(jī)，將風(fēng)力機(jī)葉片基于鳥(niǎo)類羽翼仿真進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)通過(guò)降低葉片吸力面流動(dòng)分離以改善流動(dòng)，提高氣動(dòng)效率，抑制載荷波動(dòng)，增強(qiáng)自啟動(dòng)性能的目的。

本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)達(dá)到上述目的：

一種基于鳥(niǎo)類羽翼仿生水平軸風(fēng)力機(jī)葉片，葉片吸力面上排布有柔性氣動(dòng)彈片，用于解決在大攻角狀態(tài)下，繞流曲率增大，逆壓剃度增大而產(chǎn)生的流動(dòng)分離現(xiàn)象 。

所述柔性氣動(dòng)彈片均勻布置于整個(gè)葉片吸力面，并根據(jù)葉片不同截面弦長(zhǎng)差異，在3~6排數(shù)量范圍內(nèi)變化。

所述柔性氣動(dòng)彈片為具有自適應(yīng)響應(yīng)的氣動(dòng)彈片，當(dāng)葉片攻角過(guò)大出現(xiàn)流動(dòng)分離時(shí)，柔性氣動(dòng)彈片受流動(dòng)分離造成的負(fù)壓真空影響而自動(dòng)抬起，彈起的柔性氣動(dòng)彈片將導(dǎo)致空氣產(chǎn)生康達(dá)效應(yīng)，引導(dǎo)空氣下洗緊貼葉片翼形。

本發(fā)明的有益效果是：分布在吸力面的氣動(dòng)彈片為柔性，在較大攻角工況時(shí)背風(fēng)端彈片因受流動(dòng)分離產(chǎn)生的壓力差自動(dòng)向壁面外抬起，從而以抑制流動(dòng)分離，同時(shí)限制分離渦的發(fā)展空間。氣動(dòng)彈片具有自適應(yīng)響應(yīng)特點(diǎn)：當(dāng)攻角過(guò)大出現(xiàn)流動(dòng)分離時(shí)，氣動(dòng)彈片被流動(dòng)分離造成的負(fù)壓真空影響而自動(dòng)抬起，彈起的彈片將導(dǎo)致空氣產(chǎn)生康達(dá)效應(yīng)，引導(dǎo)空氣下洗緊貼翼型形狀。分離越強(qiáng)烈，彈片彈起響應(yīng)越顯著。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的基于鳥(niǎo)類羽翼仿生水平軸風(fēng)力機(jī)葉片三維模型圖；

圖2為本發(fā)明的基于鳥(niǎo)類羽翼仿生水平軸風(fēng)力機(jī)葉片截面示意圖；

圖3為柔性氣動(dòng)彈片自適應(yīng)示意圖；

其中：（a）為柔性氣動(dòng)彈片自適應(yīng)響應(yīng)過(guò)程中由于流動(dòng)分離未發(fā)生或不明顯，彈片貼附在葉片壁面的狀態(tài)圖；（b）為柔性氣動(dòng)彈片自適應(yīng)響應(yīng)過(guò)程中由于流動(dòng)分離，彈片從葉片壁面抬起的狀態(tài)圖。

具體實(shí)施方式

以下參照附圖對(duì)本發(fā)明所涉及的一種基于鳥(niǎo)類羽翼仿生水平軸風(fēng)力機(jī)葉片實(shí)施過(guò)程作詳細(xì)闡述。

如圖1所示，一種基于鳥(niǎo)類羽翼仿生水平軸風(fēng)力機(jī)葉片，葉片吸力面上排布有柔性氣動(dòng)彈片，用于解決在大攻角狀態(tài)下，繞流曲率增大，逆壓剃度增大而產(chǎn)生的流動(dòng)分離現(xiàn)象。

圖1中可清楚看出吸力面上柔性彈片以3~6排的數(shù)量沿上弧線方向均勻分布，可保證葉片各個(gè)部位流動(dòng)改善能力的提高盡可能相同，以便改善流動(dòng)后的流場(chǎng)均勻。

柔性氣動(dòng)彈片為具有自適應(yīng)響應(yīng)的氣動(dòng)彈片，當(dāng)葉片攻角過(guò)大出現(xiàn)流動(dòng)分離時(shí)，柔性氣動(dòng)彈片受流動(dòng)分離造成的負(fù)壓真空影響而自動(dòng)抬起，彈起的柔性氣動(dòng)彈片將導(dǎo)致空氣產(chǎn)生康達(dá)效應(yīng)，引導(dǎo)空氣下洗緊貼葉片翼形。隨著攻角增大，氣流繞流曲率增大，吸力面逆壓梯度增大，表面開(kāi)始出現(xiàn)流動(dòng)分離現(xiàn)象。柔性表面的氣動(dòng)彈片會(huì)做出自適應(yīng)響應(yīng)，脫離主體向上抬起。

這種自適應(yīng)響應(yīng)首先發(fā)生于距前緣最近的氣動(dòng)彈片，其步驟可以分解如下：由于前緣點(diǎn)的氣流繞流曲率最大，使得該區(qū)域出現(xiàn)局部真空，而該區(qū)域正是第一號(hào)氣動(dòng)彈片1所處的位置（圖2），由于局部真空作用，使得第一號(hào)氣動(dòng)彈片1脫離壁面抬起，如圖3（a）所示；第一號(hào)氣動(dòng)彈片1的抬起，使得該區(qū)域氣動(dòng)外形改變，繞流曲率減小，如圖3（b）所示，因此局部真空區(qū)減小，局部逆壓梯度減小，該區(qū)域流動(dòng)狀況得以改善，局部加速下洗效應(yīng)得以體現(xiàn)；第一號(hào)氣動(dòng)彈片1抬起，其下表面出現(xiàn)局部壓力降低，該局部壓力降低及上游氣流加速下洗效應(yīng)的綜合作用，使得第二號(hào)氣動(dòng)彈片2上下表面出現(xiàn)局部壓差，從而導(dǎo)致第二號(hào)氣動(dòng)彈片2的自適應(yīng)響應(yīng)（脫離壁面抬起）；此種自適應(yīng)響應(yīng)會(huì)一直延伸至尾緣的氣動(dòng)彈片，從而完成柔性表面的整體氣動(dòng)構(gòu)型，如圖2中的虛線所示。如果攻角進(jìn)一步增大，氣流繞流曲率隨之增大，則前緣點(diǎn)區(qū)域的局部負(fù)壓真空亦增大，會(huì)導(dǎo)致氣動(dòng)彈片進(jìn)一步脫離壁面以適應(yīng)新的流動(dòng)狀態(tài)。