CN219412778U - 一种基于仿生学的风力机叶片结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于仿生学的风力机叶片结构，属于风力机叶片结构优化技术领域。该结构包括NACA0018翼型主体（1）和仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼（4），NACA0018翼型主体包括吸力面（2）和压力面（3）。吸力面（2）位于NACA0018翼型主体的顶部，压力面（3）位于NACA0018翼型主体的底部。仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼（4）设置于所述NACA0018翼型主体的尾端。所述的仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼，起始宽度d为翼型弦长的0.2%，襟翼高度h为翼型弦长的2%，襟翼起始段切线与水平线之间的夹角为45^°。该仿生叶片可以增大吸力面和压力面之间的压力差，能够在阻力变化不大的情况下，提升叶片升力，改善风力机气动性能。

Description

一种基于仿生学的风力机叶片结构

技术领域

本实用新型涉及风力机叶片结构优化的技术领域，具体地说，是一种基于仿生学的风力机叶片尾缘结构的仿生设计。

背景技术

风能是一种清洁无公害的可再生能源，我国风能资源丰富，对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。叶片是风力机中最基础和最关键的部件，其结构的优劣，可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。

对风力机叶片进行改型是提高风能利用系数、实现提质增效的一种重要手段，因此，设计新型高性能叶片具有重要的现实意义。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于仿生学的风力机叶片结构。其主要特征是在风力发电机叶片尾缘部分加装一仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼。所述的基于仿生学的风力机叶片结构可以增大吸力面和压力面之间的压差，能在阻力变化不大的情况下，提升叶片升力，改善风力机气动性能。

本申请的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本申请提供了一种基于仿生学的风力机叶片结构，所述的仿生叶片包括NACA0018翼型主体，其特征在于在叶片尾缘部分设置有仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼。

所述NACA0018翼型主体包括吸力面和压力面；所述吸力面位于所述NACA0018翼型主体的顶部；所述压力面位于所述NACA0018翼型主体的底部；所述仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼设置于所述NACA0018翼型主体的后缘。

所述的基于仿生学的风力机叶片结构，其特征在于，所述NACA0018翼型形状为圆弧形，主体前缘大，后缘小。

所述的基于仿生学的风力机叶片结构，其特征在于，所述仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼为弧状实体，宽度从所述NACA0018翼型主体前端至尾端逐渐减小，呈流线型。

所述的基于仿生学的风力机叶片结构，其特征在于，所述仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼襟翼宽度d为翼型弦长的0.2%，襟翼高度h为翼型弦长的2%。

所述的基于仿生学的风力机叶片结构，其特征在于，所述的仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼与所述NACA0018翼型主体尾端襟翼切线与水平线之间的夹角为45^°。

所述的基于仿生学的风力机叶片结构，其特征在于，所述的仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼可以提升吸力面和压力面之间的压差，从而提高翼型升力，故可改善风力机气动性能。

本实用新型实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

(a) 仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼通过改变翼型后缘的流场，不仅可以增加翼型的弯度效应，同时使接近后缘的气流向下偏转，改变了绕流翼型的库塔条件，增加了给定攻角下的升力。

(b) 仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼通过改变气流离开后缘的尾迹，形成交替旋转的脱体涡，由此可减小翼型后缘上表面的压力和增大翼型下表面气流的压力，进而提高翼型后缘上下表面的压力差，从而增加整个翼型的升力。

(c) 结构简单、制作成本低，可实施性强。

附图说明

图1为本实用新型提供的灰鲭鲨尾鳍示意图；

图2为本实用新型提供的基于仿生学的风力机叶片翼型结构示意图；

图3为本实用新型基于仿生学的风力机叶片结构的实施例示意图和仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼尺寸结构；

图4为本实用新型提供的两种翼型升阻力系数对比图；

附图标记：

1-NACA0018翼型主体；2-叶片吸力面；3-叶片压力面；4-仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼；

实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面将对本实用新型的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。

结合图2和图3所示，本实用新型提供的基于仿生学的风力机叶片包括NACA0018翼型主体和仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼，灰鲭鲨尾鳍型线通过图片处理和曲线拟合等技术手段获得。

本实施例中，所述翼型的具体形状如图3，NACA0018翼型主体1包括吸力面2和压力面3；所述吸力面2位于所述NACA0018叶片主体的顶部；所述压力面3位于所述NACA0018叶片主体的底部；所述仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼4设置于所述NACA0018翼型主体的后缘。所述仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼可以增加翼型的弯度效应，同时使接近后缘的气流向下偏转，改变了绕流翼型的库塔条件，增加了给定攻角下的升力。

本实施例中，所述NACA0018翼型形状为圆弧形，主体前缘大，后缘小，翼型弦长为100mm，最大厚度位于翼弦前缘30%处，最大相对厚度为18%。此结构可减小流动阻力，提升叶片气动性能。

本实施例中，如图2所示，所述仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼为弧状实体，宽度从所述NACA0018翼型主体前端至尾端逐渐减小，总体呈一薄片结构，形状与灰鲭鲨尾鳍一致。可通过改变气流离开后缘的尾迹，形成交替旋转的脱体涡，由此减小翼型后缘上表面的压力和增大翼型下表面气流的压力，进而提高翼型后缘上下表面的压力差，从而增加整个翼型的升力。

本实施例中，如图3所示，所述仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼宽度d考虑到襟翼制作难易程度与襟翼刚度和强度，选取宽度d为翼型弦长的0.2%，即0.2mm。襟翼高度h参考现有文献结果，当襟翼高度为弦长的2%时，翼型气动性能达到最佳，故选择襟翼高度为翼型弦长的2%，即2mm。

本实施例中，仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼与NACA0018翼型主体尾端襟翼切线与水平线之间的夹角为45^°，如图1所示，可更好的还原尾鳍在灰鲭鲨尾部的位置与角度，做到NACA0018翼型主体与襟翼之间的平滑连接，降低流动阻力。

图4为在同一雷诺数下，NACA0018原始翼型和带有仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼翼型的升阻力系数对比图。翼型的升力系数越大、阻力系数越低、则说明该翼型气动性能越优良；由图4可知，带有仿灰鲭鲨翼型尾鳍型线襟翼翼型的升力系数远大于NACA0018原始翼型的升力系数，且在低攻角情况下，二者的阻力系数几乎相同。综合比较可看出，在相同雷诺数条件下，带有仿灰鲭鲨翼型尾鳍型线襟翼翼型的气动性能优于NACA0018原始翼型。

表1为仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼轮廓主要坐标数据表。

以上所述之实施例子只为本实用新型之较佳实施案例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于仿生学的风力机叶片结构，该结构基于NACA0018翼型主体，其特征在于，包括NACA0018翼型主体（1）和仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼（4）；

所述NACA0018翼型主体（1）包括吸力面（2）和压力面（3）；所述吸力面（2）位于所述NACA0018翼型主体的顶部；所述压力面（3）位于所述NACA0018翼型主体的底部；

所述仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼（4）设置于所述NACA0018翼型主体的尾端。

2.根据权利要求1所述的基于仿生学的风力机叶片结构，其特征在于，所述NACA0018翼型主体形状为圆弧形，前端大，末端小。

3.根据权利要求1所述的基于仿生学的风力机叶片结构，其特征在于，所述仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼（4）为弧状实体，宽度从所述NACA0018翼型主体前端至尾端逐渐减小，呈流线型。

4.根据权利要求1所述的基于仿生学的风力机叶片结构，其特征在于，所述仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼（4）襟翼宽度d为翼型弦长的0.2%，襟翼高度h为翼型弦长的2%。

5.根据权利要求1所述的基于仿生学的风力机叶片结构，其特征在于，所述的仿灰鲭鲨尾鳍型线襟翼（4）与所述NACA0018翼型主体尾端襟翼切线与水平线之间的夹角为45^°。