CN212360197U - 一种具有推迟失速角功能的水平轴风力机叶片 - Google Patents

Abstract

本实用新型设计的是一种具有推迟失速角功能的水平轴风力机叶片，叶片的前缘呈非光滑的结构，本设计风力机叶片结构的主要特征是依据鸮类翼型的非光滑前缘得出，并且本实用新型所提供的非光滑前缘是基于正弦曲线，曲线的波长与振幅均随着弦长的变化而变化，该波状结构在叶尖处加密处理，依此结构所设计的新型叶片能够延缓风力机叶片的失速角，使叶片在大攻角下仍然具有较高的升阻比，从而提高风力机的气动性，提高发电量，在不增加成本的前提下只对叶片前缘进行改型设计，工艺简单。

Description

一种具有推迟失速角功能的水平轴风力机叶片

技术领域

本实用新型涉及水平轴风力发电机技术领域，尤其是涉及一种风力机叶片前缘呈现非光滑结构的风力机叶片。

背景技术

风能是一种取之不尽，用之不竭的可再生能源。在资源短缺和环境污染日益严重的今天，可再生能源尤其是对风能的利用越来越受到各国的重视。为此，加快风力发电的建设对改善能源结构，减少环境污染具有重要意义。

风力机叶片的外形设计在整个风力机设计工作中起到至关重要的作用，叶片的形状及其气动性直接影响到风力发电机转换风能的效率。有关实验研究表明，经过数百万年的进化，鸮形目鸟类在其飞行行为上显现出许多优异的特征。因此，本领域技术人员通过选取鸮翼的非光滑前缘作为仿生对象，设计出了一种仿生非光滑结构的风力机叶片，从而使风力机获得更好的气动性。

发明内容

本实用新型的目的是设计出一种能够推迟风力机失速角的水平轴风力机叶片，以解决上述背景技术中提出的提高风力机气动性的要求。

本实用新型提供的一种叶片前缘呈现非光滑结构的风力机叶片其特点在于：

1.风力机叶片的前缘非光滑结构是根据鸮类翅膀的非光滑前缘而设定的；

2.该非光滑结构为正弦曲线驱动的波状结构；

3.一种非光滑前缘叶片是有弦长、波长、振幅所决定的，所述的波长与振幅又是根据叶片的弦长而决定的；

4.根据风力机叶片设计的叶素理论，将整个叶片分为若干段，每一段前缘的波长与振幅有该段前后弦的平均弦长所决定。

本实用新型所设计的是一种前缘程非光滑结构的风力机叶片，在叶片前缘使用正弦曲线，并且使正弦曲线的波长与振幅随着弦长而变化，在不增加叶片自重的情况下，对风力机叶片前缘结构进行改型设计，工艺简单，便于设计制造。同时，在相同风速下，本实用新型所设计的风力机叶片能推迟风力机叶片的失速角。

附图说明

图1为本实用新型叶片的主视图及局部放大图；

图2为本实用新型叶片的立体示意图；

图3为本本实用新型叶片与原型叶片在攻角为0°~45°，风速为8m/s，雷诺数为1.2×10⁵时升力系数对比图；

图4为本本实用新型叶片与原型叶片在攻角为0°~45°，风速为8m/s，雷诺数为1.2×10⁵时阻力系数对比图；

图5为本本实用新型叶片与原型叶片在攻角为0°~45°，风速为8m/s，雷诺数为1.2×10⁵时升阻比对比图；

图中，1~14—去除风力机叶片的叶根部位，将剩余叶片依据叶素理论分为13份，为保证叶尖处的精度将叶尖部位进行加密，15—弦长，16—振幅，17—波长。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所描述的实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型所设计的是一种前缘程非光滑结构的风力机叶片，该非光滑结构仿照的是鸮类翅膀的非光滑前缘，利用激光扫描仪对长耳鸮翅膀进行测量进而提取非光滑前缘的特征信息发现长耳鸮翅前缘凸起的间距与弦长比为0.03~0.46，翅前缘突起高度与弦长比大部分集中在0.025~0.1。由此可得仿生非光滑前缘的波长λ和振幅A与弦长C的关系分别为

，

。

原型风力机叶片扭角、弦长均沿展向方向发生变化，因此仿生非光滑前缘的波长和振幅也随着叶片的弦长而变化，但是变化范围与提取的长耳鸮非光滑前缘的变化范围保持一致。依据风力机叶片设计叶素理论，将原型风力机叶片分为13份，并在叶尖部位划分间距适当缩短，以保证叶尖处曲线的精度。每一份的弦长取该段前、后弦的平均弦长，每一份的前缘曲线均为正弦函数驱动的方程，该正弦曲线应满足：

。以此可得仿生风力机叶片的设计数据如表1所示。

表1仿生风力机叶片数据表

。

图3所示是原型叶片与仿生叶片的升力系数随攻角变化的特性曲线。随着攻角的增大，原型叶片和仿生叶片的升力系数都呈现线性增加的趋势，但是仿生叶片的升力系数低于原型叶片。当攻角为30°时，原型叶片升力系数达到最大值，但是仿生叶片的升力系数在此攻角下仍未达到最大值。攻角α>30°时原型叶片升力系数随着攻角的增大逐渐下降，由于风机叶片扭转角的存在并没有出现大幅度的失速现象。在攻角为30°~40°之间，原型叶片升力系数出现下降的同时，仿生叶片升力系数依然保持低速率的增长，尤其在攻角为40°时，相比于原型叶片，仿生叶片的升力系数增长了11.59%左右。攻角α>40°时仿生叶片的升力系数出现略微下降趋势，但是仿生叶片的升力系数均比原型叶片要高0.4左右。同时，仿生叶片的失速攻角发生在40°，相比于原型叶片的失速攻角30°延迟了10°左右。

图4所示是原型叶片与仿生叶片的阻力系数随攻角变化的特性曲线。在攻角0°~25°范围内仿生叶片与原型叶片阻力系数基本一致。但是当攻角α>25°时仿生叶片的阻力系数低于原型叶片，当攻角α=30°时，两者阻力系数相差达到23%，表明仿生非光滑前缘结构风力机叶片受到的阻力小于原型叶片。

图5所示是原型叶片与仿生叶片的升阻比随攻角变化的特性曲线。升阻比是反映风力机气动性的主要参数，在攻角20°~45°原型叶片的升阻比曲线呈现下降趋势，但是仿生叶片的升阻比曲线在20°~30°出现缓慢下降，在30°~45°仿生叶片的升阻比大于原型叶片，表明仿生非光滑前缘结构风力机叶片在大攻角下仍然具有较好的气动性。

综上说述，本实用新型所设计的风力机叶片能有效推迟风力机的失速角，在大攻角下仍使风力机具有较高的升阻比，可以在相同的风况下提高发电量。

以上各实施例仅用于说明本实用新型，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本实用新型技术方案的基础上，凡根据本实用新型原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (2)

1.一种具有推迟失速角功能的水平轴风力机叶片，包括叶片主体，其特征在于：叶片的前缘呈非光滑的结构；叶片前缘的非光滑结构是基于正弦曲线而形成的，且正弦曲线的波长与振幅随着弦长的变化而变化。

2.根据权利要求1所述的一种具有推迟失速角功能的水平轴风力机叶片，其特征在于：所述的正弦曲线应满足：

，可得仿生风力机叶片的设计数据如下表所示：

。

Images