CN113090446A - 一种基于翼型的叶片增功装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于翼型的叶片增功装置，翼型主体为风力机专用翼型，且相对厚度18～60％的叶片位置安装翼型增功装置，翼型增功装置的相对厚度为10％～25％的对称和非对称翼型，翼型增功装置安装在翼型和叶片主体的尾缘附近，吸力面和压力面都可安装，界定了翼型增功装置的弦长j、安装位置x、间隔高度H、连接腹板的长度、增功装置与翼型主体的夹角θ；可以较好的提高翼型主体的升力系数和升阻比，具有较好的增功效果。

Description

一种基于翼型的叶片增功装置
技术领域
本发明属于风力发电领域，具体涉及一种基于翼型的叶片增功装置。
背景技术
风力机叶片作为风电机组捕获风能的主要部件，决定叶片气动性能的因素有很多，如气动外形、翼型、结构等。对叶片的增功方式有很多，常见的有延迟或抑制失速发生的涡流发生器、改善尾缘脱落涡并提高升阻比的格尼襟翼以及扰流板等，大都是通过在叶片表面粘贴或安装对应的增功附件来改善翼型和叶片的气动性能，提高叶片捕获风能的能力。因此对翼型和叶片的气动优化设计和增功装置一直都是风电机组空气动力学范畴的研究热点之一。
风力机叶片翼型是基于风力机的功率特性和载荷特点专门开发的针对风电领域的翼型，其关键参数为升力系数Cl、阻力系数Cd和弯矩系数Cm，不同厚度的翼型其关键参数差异较大。风电机组叶片在设计之初，以其气动性能最优为目标函数，而考虑到叶片的结构安全性，叶片根部和中前部必须选用相对厚度较厚的翼型，此时必将损失叶片的气动性能来达到结构安全性要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于翼型的叶片增功装置，以解决现有技术中，叶片根部和中前部选用相对厚度较厚的翼型，叶片的气动性能降低的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于翼型的叶片增功装置，包括翼型主体和翼型增功装置，所述翼型增功装置安装在翼型主体的尾缘吸力面或压力面上，所述翼型增功装置的尾缘点到翼型主体尾缘点的距离为0～0.35c，c为翼型主体的弦长。
优选的，所述翼型增功装置的弦长为j，j＝0.02c～0.07c。
优选的，所述翼型增功装置为对称或不对称的10％～25％相对厚度翼型，且翼型增功装置的尾缘采用钝尾缘，钝尾缘厚度为0.01j～0.015j。
优选的，所述翼型增功装置安装在所述翼型主体所在的叶片展向为18％～60％的相对厚度翼型位置上。
优选的，所述翼型增功装置距翼型主体的最小间隔H＝0.005c～0.012c。
优选的，所述翼型增功装置与翼型主体之间通过小腹板粘接固定。
优选的，所述小腹板的厚度为1～3mm。
优选的，所述小腹板采用对称翼型或矩形板。
优选的，所述翼型增功装置弦线与翼型主体弦线的夹角θ为0°～30°。
优选的，所述翼型主体的型号为DU00-W401，翼型增功装置型号为NACA63421。
本发明的有益效果如下：
本发明在叶片或翼型主体尾缘附近安装相对厚度10％～25％翼型增功装置，翼型增功装置本身会产生升力和阻力通过小腹板传递至叶片或翼型主体，采用CFD计算最终确定最佳升阻比优于原叶片和翼型主体的各关键参数，从而使叶片根部和中前部即使选用相对厚度较厚的翼型，叶片的气动性能也不会降低，反而气动性能增强。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例基于翼型的叶片增功装置结构示意图。
图2为本发明实施例基于翼型的叶片增功装置安装位置示意图。
图3为本发明实施例基于翼型的叶片增功装置的立体结构示意图。
其中：1翼型主体；2翼型增功装置；3小腹板。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
如图1～3所示，本发明实施例提供了一种基于翼型的叶片增功装置，包括翼型主体1和翼型增功装置2，翼型增功装置2安装在翼型主体1的尾缘吸力面或压力面上，位于翼型主体1相对厚度为：叶片展向为18％～60％相对厚度翼型位置，在18％～60％这个区间内安装翼型增功装置，增加了升力系数，阻力系数虽然也有增加，但最佳升阻比要优于原翼型主体，具有较好的增功效果。
如图2所示，翼型增功装置2的弦长为j，j＝0.02c～0.07c。
翼型增功装置2的尾缘点到翼型主体1尾缘点的距离X＝0～0.35c，c为翼型主体1的弦长。
翼型增功装置2为对称或不对称的10％～25％相对厚度翼型，且翼型增功装置2的尾缘采用钝尾缘，钝尾缘厚度为0.01j～0.015j。翼型增功装置2安装在翼型主体1上18％～60％的相对厚度翼型位置上。
翼型增功装置2距翼型主体1的最小间隔H＝0.005c～0.012c。
翼型增功装置2与翼型主体1之间通过称翼型或矩形板形状的小腹板3粘接固定，传递升力，小腹板3的厚度为1～3mm。
小腹板3与翼型主体1之间可以是单点支撑也可以是多点支撑；单点支撑时，采用一个小腹板连接翼型增功装置2和翼型主体1；多点支撑时，采用多个小腹板连接翼型增功装置2和翼型主体1。
翼型增功装置2弦线与翼型主体1弦线的夹角θ为0°～30°。
下面结合具体的实施例子进行进一步解释本技术方案：
实施例1
在本实施例中，翼型主体1选用DU00-W401翼型，弦长c＝1000mm，宽度为100mm。
翼型增功装置2选用NACA63421型号。
翼型增功装置2弦长j＝50mm，宽度为d＝100mm，与翼型主体1宽度等宽。
翼型增功装置2尾缘距翼型主体1尾缘距离x＝56mm。
小腹板3采用等厚度直板，厚度为2mm，长度L＝30mm，翼型增功装置2距翼型主体1最小间隔H＝7mm。
翼型增功装置2弦线与翼型主体1弦线的夹角θ为2.8°。
使用CFD分别对原翼型主体DU00-W401翼型和含NACA63421翼型增功装置的翼型主体进行计算，以4°攻角为例，空气密度1.225kg/m3，温度15℃，雷诺数Re＝3E6条件下的升力系数、阻力系数和升阻比见下表：
Figure BDA0003049304870000041
实例的效果，按本实例计算的结果来看，在尾缘增加翼型增功装置1在攻角为4°时，升力系数增加7.94％，阻力系数增加了0.8％，升阻比增加了7.08％，具有较好的增功效果。
实施例2
在本实施例中，翼型主体1选用DU00-W401翼型，弦长c＝1000mm，宽度为100mm。
翼型增功装置2选用NACA0012型号。
翼型增功装置2弦长j＝70mm，宽度为d＝100mm，与翼型主体1宽度等宽。
翼型增功装置2尾缘距翼型主体1尾缘距离x＝350mm。
小腹板3采用等厚度直板，厚度为1mm，长度L＝30mm，翼型增功装置2距翼型主体1最小间隔H＝5mm。
翼型增功装置2弦线与翼型主体1弦线的夹角θ为30°。
使用CFD分别对原翼型主体DU00-W401翼型和含NACA0012翼型增功装置的翼型主体进行计算，以4°攻角为例，空气密度1.225kg/m3，温度15℃，雷诺数Re＝3E6条件下的升力系数、阻力系数和升阻比见下表：
Figure BDA0003049304870000051
实例的效果，按本实例计算的结果来看，在尾缘增加翼型增功装置1在攻角为4°时，升力系数增加4.91％，阻力系数减小了8.09％，升阻比增加了13.88％，具有较好的增功效果。
实施例3
在本实施例中，翼型主体1选用DU00-W401翼型，弦长c＝1000mm，宽度为100mm。
翼型增功装置2选用NACA64618型号。
翼型增功装置2弦长j＝20mm，宽度为d＝100mm，与翼型主体1宽度等宽。
翼型增功装置2尾缘距翼型主体1尾缘距离x＝150mm。
小腹板3采用等厚度直板，厚度为1mm，长度L＝30mm，翼型增功装置2距翼型主体1最小间隔H＝5mm。
翼型增功装置2弦线与翼型主体1弦线的夹角θ为15°。
使用CFD分别对原翼型主体DU00-W401翼型和含NACA64618翼型增功装置的翼型主体进行计算，以4°攻角为例，空气密度1.225kg/m3，温度15℃，雷诺数Re＝3E6条件下的升力系数、阻力系数和升阻比见下表：
Figure BDA0003049304870000061
实例的效果，按本实例计算的结果来看，在尾缘增加翼型增功装置1在攻角为4°时，升力系数增加6.34％，阻力系数减小了3.52％，升阻比增加了10.22％，具有较好的增功效果。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种基于翼型的叶片增功装置，其特征在于，包括翼型主体(1)和翼型增功装置(2)，所述翼型增功装置(2)安装在翼型主体(1)的尾缘吸力面或压力面上，所述翼型增功装置(2)的尾缘点到翼型主体(1)尾缘点的距离为0～0.35c，c为翼型主体(1)的弦长。
2.根据权利要求1所述的基于翼型的叶片增功装置，其特征在于，所述翼型增功装置(2)的弦长为j，j＝0.02c～0.07c。
3.根据权利要求2所述的基于翼型的叶片增功装置，其特征在于，所述翼型增功装置(2)为对称或不对称的10％～25％相对厚度翼型，且翼型增功装置(2)的尾缘采用钝尾缘，钝尾缘厚度为0.01j～0.015j。
4.根据权利要求1所述的基于翼型的叶片增功装置，其特征在于，所述翼型增功装置(2)安装在所述翼型主体(1)所在的叶片展向为18％～60％的相对厚度翼型位置上。
5.根据权利要求1所述的基于翼型的叶片增功装置，其特征在于，所述翼型增功装置(2)距翼型主体(1)的最小间隔H＝0.005c～0.012c。
6.根据权利要求1所述的基于翼型的叶片增功装置，其特征在于，所述翼型增功装置(2)与翼型主体(1)之间通过小腹板(3)粘接固定。
7.根据权利要求6所述的基于翼型的叶片增功装置，其特征在于，所述小腹板(3)的厚度为1～3mm。
8.根据权利要求6所述的基于翼型的叶片增功装置，其特征在于，所述小腹板(3)采用对称翼型或矩形板。
9.根据权利要求1所述的基于翼型的叶片增功装置，其特征在于，所述翼型增功装置(2)弦线与翼型主体(1)弦线的夹角θ为0°～30°。
10.根据权利要求1所述的基于翼型的叶片增功装置，其特征在于，所述翼型主体(1)的型号为DU00-W401，翼型增功装置(2)型号为NACA63421。
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