JP2016079905A - 後縁側パネル - Google Patents

Abstract

【課題】風車翼の騒音を低減するとともに、最適コード長からの乖離を抑制することで優れた翼効率を実現することを可能とする後縁側パネルを提供する。【解決手段】風車翼の後縁側に取り付けるための後縁側パネルであって、パネル背面、パネル腹面及びパネル後縁を含み、パネル後縁は鋸歯状に形成されており、後縁側パネルは、翼長方向に直交する少なくとも一断面上にて、風車翼の輪郭によって形成される第１翼型のキャンバーラインを風車翼の後縁から仮想的に延長した延長線に対して第１翼型の背面側にパネル後縁が位置し、且つ、風車翼および後縁側パネルの全体輪郭によって形成される第２翼型のキャンバーラインが、風車翼の前縁側に位置して背面側に凸状に湾曲する第１湾曲部と、第１湾曲部よりもパネル後縁側に位置して腹面側に凸状に湾曲する第２湾曲部とを有するＳ字形状となるように構成される。【選択図】 図４

Description

本開示は、風車翼の後縁側に取り付けるための後縁側パネルに関する。

近年、地球環境の保全の観点から、風力を利用した風力発電装置の普及が進んでいる。風力発電装置は、風の運動エネルギーを風車翼とハブを含む風車ロータの回転エネルギーに変換し、さらにこの回転エネルギーを発電機にて電力エネルギーに変換する。

特許文献１及び２には、風車翼からの騒音低減や風車翼の効率向上を目的として、鋸歯状に形成された後縁を有するパネルを風車翼の後縁側に取り付けることが記載されている。

米国特許出願公開第２００３−００９９５４６号 米国特許出願公開第２０１３−０１２９５１９号

ところで、鋸歯状に形成された後縁を有するパネルを風車翼の後縁側に取り付けると風車翼のコード長が延長されるため、コード長の延長前よりも最適コード長（翼効率を最大化可能なコード長）からの乖離が大きくなった場合には翼効率が低下してしまう。特に、風車翼のコード長が既に略最適コード長であった場合には、後縁側パネルを取り付けることによってコード長が最適コード長に対して過剰になりやすいため、翼効率が低下してしまう。

この点、特許文献１及び２には、後縁側パネルを取り付けることによって風車翼のコード長が延長される場合に、最適コード長からの乖離を抑制するために後縁側パネルを如何に構成すべきかについての具体的な知見は開示されていない。

上述に事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、風車翼の騒音を低減するとともに、最適コード長からの乖離を抑制することで優れた翼効率を実現することを可能とする後縁側パネルを提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る後縁側パネルは、風車ロータが備える風車翼の後縁側に取り付けるための後縁側パネルであって、前記後縁側パネルを前記風車翼の前記後縁側に取り付けたときに前記風車翼の背面に隣接するパネル背面と、前記後縁側パネルを前記風車翼の前記後縁側に取り付けたときに前記風車翼の腹面に隣接するパネル腹面と、前記パネル背面と前記パネル腹面とが交わるパネル後縁と、を含み、前記パネル後縁は鋸歯状に形成されており、前記後縁側パネルは、前記風車翼の前記後縁側に取り付けられたときに、翼長方向の少なくとも一部の領域において、前記翼長方向に直交する断面上にて、前記風車翼の輪郭によって形成される第１翼型のキャンバーラインを前記風車翼の前記後縁から仮想的に延長した延長線に対して前記第１翼型の背面側に前記パネル後縁が位置し、且つ、前記風車翼および前記後縁側パネルの全体輪郭によって形成される第２翼型のキャンバーラインが、前記風車翼の前縁側に位置して前記背面側に凸状に湾曲する第１湾曲部と、前記第１湾曲部よりも前記パネル後縁側に位置して前記腹面側に凸状に湾曲する第２湾曲部とを有するＳ字形状となるように構成される。

風車翼の翼型は、翼効率を最大化するためには、以下の関係式（１ａ）を満たすことが望ましい。

ここで、Ｎは風車ロータが備える風車翼の数であり、Ｃはコード長であり、Ｒは風車ロータの回転半径であり、Ｃ_{Ｌｄｅｓｉｇｎ}は設計揚力係数（揚抗比が最大になる向かい角における揚力係数）であり、ｒは、風車ロータの半径方向位置であり、λは設計周速比（無限上流風速Ｖに対する風車翼先端の周速Ｔｓの比）である。

この式は、風車翼のある半径方向位置では、ＣとＣ_{Ｌｄｅｓｉｇｎ}以外の項は定数であるため、以下の式（１ｂ）に簡略化することができる。

このように、風車翼の性能を最大化するためには、式（１ｂ）を満たすようなコード長Ｃと設計揚力係数Ｃ_{Ｌｄｅｓｉｇｎ}の組み合わせを選択することが望ましい。

一方、鋸歯状に形成されたパネル後縁を有する後縁側パネルは風車翼の騒音を低減することが可能であるが、後縁側パネルによる騒音低減効果を発揮するためには、前記後縁側パネルによるコード長Ｃの延長量がある程度大きいことが必要である。

よって、仮に設計揚力係数Ｃ_{Ｌｄｅｓｉｇｎ}を維持したまま、騒音低減効果を発揮可能な程度にコード長Ｃの延長量を設定すると、式（１ｂ）における左辺が増加することになり、式（１ｂ）を充足できなくなってしまう場合があり得る。

そこで、上記（１）に記載の後縁側パネルは、『前記風車翼の前記後縁側に取り付けられたときに、翼長方向の少なくとも一部の領域において、前記翼長方向に直交する断面上にて、前記風車翼の輪郭によって形成される第１翼型のキャンバーラインを前記風車翼の前記後縁から仮想的に延長した延長線に対して前記第１翼型の背面側に前記パネル後縁が位置し、且つ、前記風車翼および前記後縁側パネルの全体輪郭によって形成される第２翼型のキャンバーラインが、前記風車翼の前縁側に位置して前記背面側に凸状に湾曲する第１湾曲部と、前記第１湾曲部よりも前記パネル後縁側に位置して前記腹面側に凸状に湾曲する第２湾曲部とを有するＳ字形状となる』よう構成されている。

これにより、第２翼型の転向角が第１翼型に比べて小さくなり、設計揚力係数Ｃ_{Ｌｄｅｓｉｇｎ}が減少するので、騒音低減効果を発揮可能な程度にコード長Ｃの延長量を設定しても、式（１ｂ）における左辺の増加を抑制することができ、式（１ｂ）における左辺と右辺との差を小さくすることができる。したがって、優れた翼効率を実現することができる。

これに対し、仮に、第１翼型のキャンバーラインの延長線上又は延長線に対して第１翼型の腹面側にパネル後縁が位置するように後縁側パネルを構成した場合、転向角が大きくなる結果、設計揚力係数Ｃ_{Ｌｄｅｓｉｇｎ}が大きくなってしまう。この場合、コード長Ｃの増大とあいまって、式（１ｂ）の左辺が大幅に増大してしまい、式（１ｂ）からの乖離が大きくなってしまう。

また、仮に、風車翼の後縁からコード延長線上に延在するように平板状の後縁側パネルを風車翼の後縁側に取り付けると、風車翼の後縁においてキャンバーラインが屈曲し、設計揚力係数Ｃ_{Ｌｄｅｓｉｇｎ}がどのような挙動を示すのか予測できず、後縁側パネルの形状によっては設計揚力係数Ｃ_{Ｌｄｅｓｉｇｎ}が低下しない場合もあり得る。このため、後縁側パネルの取り付けによって、空力性能がどのように変化するのか不明である。

また、上記（１）の構成により、第２翼型の転向角が第１翼型に比べて小さくなる結果、最大揚力係数（失速するときの揚力係数）Ｃ_Ｌｍａｘの増大も抑制されるため、風車翼が風から受ける風荷重の増大を抑制することができる。さらに、パネル背面側におけるパネル後縁付近の流速が増大することによって境界層の厚さの増大が抑制されるため、騒音を低減することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の後縁側パネルにおいて、前記パネル背面は、前記翼長方向に直交する前記断面上にて凹状に湾曲している。

上記（２）に記載の後縁側パネルによれば、前記翼長方向に直交する前記断面上にて前記パネル背面が凹状に湾曲しているため、風車翼の背面とパネル後縁とを滑らかに接続しつつ、パネル後縁を上記（１）に記載の位置に設けることができる。このため、パネル背面での剥離現象を抑制しつつ、上記（１）に記載の効果（風車翼の騒音低減、優れた翼効率の実現、風荷重の増大抑制）を得ることができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載の後縁側パネルにおいて、前記翼長方向に直交する前記断面上にて前記パネル腹面が凸状に湾曲している。

上記（３）に記載の後縁側パネルによれば、前記翼長方向に直交する前記断面上にてパネル腹面が凸状に湾曲しているため、風車翼の腹面とパネル後縁とを滑らかに接続しつつ、凹状のパネル背面と凸状のパネル腹面との間の翼厚を確保することができる。このため、優れた構造強度を実現しつつ上記（２）に記載の効果（パネル背面での剥離現象の抑制及び上記（１）に記載の効果）を得ることができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れか１項に記載の後縁側パネルにおいて、前記後縁側パネルを前記風車翼の前記後縁側に取り付けたときに、前記翼長方向に直交する前記断面上にて、前記風車翼の前記後縁と前記パネル後縁とを結ぶ直線と、前記延長線とのなす角度をαとすると、前記角度αは２度以上である。

本発明者の検討結果によれば、上記（４）に記載のように、角度αを２度以上とすることにより、設計揚力係数Ｃ_{Ｌｄｅｓｉｇｎ}がある程度減少するので、騒音低減効果を発揮可能な程度にコード長Ｃの延長量を設定しても、式（１ｂ）における左辺の増加を抑制することができる。したがって、式（１ｂ）における左辺と右辺との差をある程度小さくすることが可能となり、優れた翼効率を実現することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載の後縁側パネルにおいて、前記後縁側パネルを前記風車翼の前記後縁側に取り付けたときに、前記翼長方向に直交する前記断面上にて、前記風車翼のコード方向における前記風車翼の前記後縁から前記パネル後縁における各歯の頂点までの距離Ｃｓの１／３を前記風車翼のコード長Ｃで除した値をｘとすると、前記値ｘが０．０５より大きく、前記角度αが２度より大きい。

鋸歯状の後縁を有する後縁側パネルを取り付けることによる風車翼のコード長の延長分は、風車翼の後縁からパネル後縁における各歯の頂点までの距離Ｃｓの１／３にて近似することができる。本発明者の検討結果によれば、距離Ｃｓの１／３を前記風車翼のコード長Ｃで除した値をｘとすると、値ｘが０．０５より大きい場合には、角度αを２度より大きくすることにより、設計揚力係数Ｃ_{Ｌｄｅｓｉｇｎ}の減少効果が高くなる。したがって、上記（５）に記載の後縁側パネルによれば、式（１ｂ）における左辺と右辺との差をある程度小さくすることが可能となり、優れた翼効率を実現することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）乃至（７）の何れか１項に記載の後縁側パネルにおいて、上記角度αは４度以上である。

上記（６）に記載の後縁側パネルによれば、上記値ｘによらず設計揚力係数Ｃ_{Ｌｄｅｓｉｇｎ}を小さくすることができる。これにより、式（１ｂ）における左辺と右辺との差をｘによらず小さくすることが可能となり、優れた翼効率を実現することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載の後縁側パネルにおいて、前記角度αは８度以上１０度以下である。

上記（７）に記載の後縁側パネルによれば、式（１ｂ）における左辺と右辺との差を略０とすることができる。これにより、優れた翼効率を実現することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れか１項に記載の後縁側パネルにおいて、前記パネル後縁における各歯の頂角は、３０度±１５度の範囲内である。

上記（８）に記載の後縁側パネルによれば、風車翼の騒音を効果的に低減することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れか１項に記載の後縁側パネルは、前記風車翼のうち、風車ロータの半径Ｒに対する前記風車ロータの半径方向位置ｒの比ｒ／Ｒが０．８５〜１．０である翼先端部の少なくとも一部に取り付けるよう構成される。

上記（９）に記載の後縁側パネルによれば、風車翼の翼先端部で問題となりやすい騒音を効果的に低減しつつ上記（１）に記載の他の効果（優れた翼効率の実現、風荷重の増大抑制）を得ることができる。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、風車翼の騒音を低減するとともに、最適コード長からの乖離を抑制することで優れた翼効率を実現することを可能とする後縁側パネルが提供される。

一実施形態に係る風力発電装置を示す概略図である。 一実施形態に係る風車翼の概略構成を示す平面図である。 図２に示した風車翼の部分拡大図である。 図２に示した風車翼のＡ−Ａ断面（翼長方向に直交する断面）を模式的に示す図である。 図４に示した風車翼のＡ−Ａ断面の部分拡大図である。 角度α毎の値ｘと値ｙとの関係についての数値解析の結果を示す図である。 一実施形態に係る後縁側パネルの取り付け構造を示す部分拡大図である。 一実施形態に係る後縁側パネルの取り付け構造を示す部分拡大図である。 一比較例における後縁側パネル断面の部分拡大図である。 一比較例における後縁側パネル断面の部分拡大図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、一実施形態に係る風力発電装置１００を示す概略図である。
図１に示す風力発電装置１００は、少なくとも１本の風車翼２（第２風車翼）及び風車翼２が取り付けられるハブ４を含む風車ロータ６と、風車ロータ６の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機８と、風車ロータ６及び発電機８を支持するナセル１０と、ナセル１０を旋回自在に支持するタワー１２とを備えている。図１に示す例示的な実施形態では、風力発電装置１００は３本の風車翼２を備えている。

以下、図２〜図５を用いて、一実施形態に係る風車翼２の構成について説明する。図２は、一実施形態に係る風車翼２の概略構成を示す平面図である。図３は、図２に示した風車翼２の部分拡大図である。図４は、図２に示した風車翼２のＡ−Ａ断面（翼長方向に直交する断面）を模式的に示す図である。図５は、図４に示した風車翼２のＡ−Ａ断面の部分拡大図である。

風車翼２は、例えば図２〜図５に示すように、風車翼１４（第１風車翼）と、風車翼１４の後縁１６側に取り付けられた後縁側パネル１８とを含む。

風車翼１４は、例えば図４に示すように、負圧面としての背面２０、圧力面としての腹面２２、並びに背面２０と腹面２２とが交わる前縁２４及び後縁１６を有する。

後縁側パネル１８は、例えば図４に示すように、風車翼１４の後縁１６側に取り付けたときに風車翼１４の背面２０に隣接するパネル背面２６と、風車翼１４の後縁１６側に取り付けたときに風車翼１４の腹面２２に隣接するパネル腹面２８と、パネル背面２６とパネル腹面２８とが交わるパネル後縁３０とを含む。パネル後縁３０は、例えば図２及び図３に示すように、風車翼１４の騒音を低減するために鋸歯状に形成されている。

一実施形態では、後縁側パネル１８は、風車翼１４のうち、風車ロータ６の半径Ｒに対する風車ロータ６の半径方向（翼長方向）位置ｒの比ｒ／Ｒが０．８５〜１．０である翼先端部１４ａ（図１及び図２参照）の少なくとも一部に取り付けるよう構成される。これにより、風車翼１４の翼先端部１４ａで問題となりやすい騒音を効果的に低減することができる。

一実施形態では、例えば図４に示すように、後縁側パネル１８は、風車翼１４の背面２０のうち後縁側部分２０ａに取り付けられる背面側取り付け面５０と、風車翼１４の腹面２２のうち後縁側部分２２ａに取り付けられる腹面側取り付け面５２とを有しており、風車翼１４の後縁１６を挟むように風車翼１４に取り付けられる。この場合、風車翼１４の背面２０のうち後縁側部分２０ａを除いた前縁側部分２０ｂと、パネル背面２６とによって、風車翼２の背面５４が形成される。また、風車翼１４の腹面２２のうち後縁側部分２２ａを除いた前縁側部分２２ｂと、パネル腹面２８とによって、風車翼２の腹面５６が形成される。

このように、風車翼１４の後縁１６を挟むように後縁側パネル１８を風車翼１４に取り付けることにより、風車翼１４の背面２０と腹面２２の何れか一方のみに対して後縁側パネルを取り付ける場合と比較して、後縁側パネル１８の取り付け強度を高くすることができる。

ここで、後縁側パネル１８の取り付けに伴って風車翼１４のコード長が延長される場合に、優れた翼効率を実現する上で後縁側パネル１８が充足することが望ましい条件について説明する。

一般に、風車翼の翼型は、翼効率を最大化するためには、以下の関係式（１ａ）を満たすことが望ましい。

ここで、Ｎは風車ロータが備える風車翼の数であり、Ｃはコード長であり、Ｒは風車ロータの回転半径（図１参照）であり、Ｃ_{Ｌｄｅｓｉｇｎ}は設計揚力係数（揚抗比が最大になる向かい角における揚力係数）であり、ｒは、風車ロータの半径方向位置（図１参照）であり、λは設計周速比（無限遠上流風速Ｖに対する風車翼先端の周速Ｔｓの比）である。

この式は、風車翼のある半径方向位置では、ＣとＣ_{Ｌｄｅｓｉｇｎ}以外の項は定数であるため、以下の式（１ｂ）に簡略化することができる。

このように、風車翼の性能を最大化するためには、式（１ｂ）を満たすようなコード長Ｃと設計揚力係数Ｃ_{Ｌｄｅｓｉｇｎ}の組み合わせを選択することが望ましい。

一方、鋸歯状に形成されたパネル後縁を有する後縁側パネルは風車翼の騒音を低減することが可能であるが、後縁側パネルによる騒音低減効果を発揮するためには、後縁側パネルによるコード長Ｃの延長量がある程度大きいことが必要である。

よって、仮に設計揚力係数Ｃ_{Ｌｄｅｓｉｇｎ}を維持したまま、騒音低減効果を発揮可能な程度にコード長Ｃの延長量を設定すると、式（１ｂ）における左辺が増加することになり、式（１ｂ）を充足できなくなってしまう場合があり得る。

そこで、例えば図４に示すように、後縁側パネル１８は、風車翼１４の後縁側に取り付けられたときに、翼長方向の少なくとも一部の領域において、翼長方向に直交する断面３６上にて（翼長方向に直交する少なくとも一断面上にて）、風車翼１４の輪郭３３によって形成される第１翼型３２のキャンバーライン３４を風車翼１４の後縁１６から仮想的に延長した延長線Ｌ１（後縁１６でのキャンバーライン３４の接線方向に、後縁１６からキャンバーライン３４を仮想的に延長した延長線）に対して第１翼型３２の背面２０側にパネル後縁３０が位置するように構成されている。また、図４に示す後縁側パネル１８は、風車翼１４の後縁１６側に取り付けられたときに、風車翼１４および後縁側パネル１８の全体輪郭３９によって形成される第２翼型４０のキャンバーライン４２が、風車翼１４の前縁２４側に位置して背面２０側に凸状に湾曲する第１湾曲部４４と、第１湾曲部４４よりもパネル後縁３０側に位置して腹面２２側に凸状に湾曲する第２湾曲部４６とを有するＳ字形状となるように構成されている。

これにより、第２翼型４０の転向角が第１翼型３２の転向角に比べて小さくなり、設計揚力係数Ｃ_{Ｌｄｅｓｉｇｎ}が減少するので、騒音低減効果を発揮可能な程度にコード長Ｃの延長量を設定しても、式（１ｂ）における左辺の増加を抑制することができ、式（１ｂ）における左辺と右辺との差を小さくすることができる。したがって、優れた翼効率を実現することができる。

また、第２翼型４０の転向角が第１翼型３２の転向角に比べて小さくなる結果、最大揚力係数（失速するときの揚力係数）Ｃ_Ｌｍａｘの増大も抑制されるため、風車翼１４が風から受ける風荷重の増大を抑制することができる。さらに、パネル背面２６側におけるパネル後縁３０付近の流速が増大することによって境界層の厚さの増大が抑制されるため、騒音を低減することができる。

これに対し、仮に、図９に示すように第１翼型３２のキャンバーライン３４の延長線Ｌ１上又は延長線Ｌ１に対して第１翼型３２の腹面２２側にパネル後縁３０が位置するように後縁側パネル１８を構成した場合、転向角が大きくなる結果、設計揚力係数Ｃ_{Ｌｄｅｓｉｇｎ}が大きくなってしまう。この場合、コード長Ｃの増大とあいまって、式（１ｂ）の左辺が大幅に増大してしまい、式（１ｂ）からの乖離が大きくなってしまう。

また、仮に、図１０に示すように風車翼１４の後縁１６からコード４８の延長線Ｌ２上に延在するように平板状の後縁側パネル１８を風車翼１４の後縁１６に取り付けると、風車翼１４の後縁１６においてキャンバーラインが屈曲し、設計揚力係数Ｃ_{Ｌｄｅｓｉｇｎ}がどのような挙動を示すのか予測できず、後縁側パネル１８の形状によっては設計揚力係数Ｃ_{Ｌｄｅｓｉｇｎ}が低下しない場合もあり得る。このため、後縁側パネル１８の取り付けによって、空力性能がどのように変化するのか不明である。また、平板状の後縁側パネル１８を取り付けると、風車翼１４の後縁１６において腹面が屈曲し、局所的な剥離が発生してしまう。この局所的な剥離は、揚抗比の減少による空力性能低下と、渦の形成に伴う騒音発生とを引き起こしてしまう。

一実施形態では、例えば図４及び図５に示すように、パネル背面２６は、翼長方向に直交する断面３６上にてパネル腹面２８側に凹状に湾曲している。

これにより、風車翼１４の背面２０とパネル後縁３０とを滑らかに接続しつつ、パネル後縁３０を上記延長線Ｌ１に対して第１翼型３２の背面２０側にパネル後縁３０を位置させることができる。このため、パネル背面２６での剥離現象を抑制しつつ、上述の効果（風車翼の騒音低減、優れた翼効率の実現、及び風荷重の増大抑制）を得ることができる。

一実施形態では、例えば図４及び図５に示すように、パネル腹面２８は、翼長方向に直交する断面３６上にてパネル背面２６と反対側に凸状に湾曲している。

これにより、翼長方向に直交する断面３６上にてパネル腹面２８が凸状に湾曲しているため、風車翼１４の腹面２２とパネル後縁３０とを滑らかに接続しつつ、凹状のパネル背面２６と凸状のパネル腹面２８との間の翼厚をある程度確保することができる。このため、優れた構造強度を実現しつつ上述の効果（パネル背面での剥離現象の抑制、風車翼の騒音低減、優れた翼効率の実現、及び風荷重の増大抑制）を得ることができる。

一実施形態では、例えば図３に示すように、パネル後縁３０における各歯３７の頂角βは、３０度±１５度の範囲内とすることが望ましい。これにより、風車翼１４の騒音を効果的に低減することができる。

ここで、優れた翼効率を実現する上で後縁側パネル１８が充足することが望ましい他の条件について、上記式（１ａ）に基づき更に検討する。

風車翼１４に後縁側パネル１８が取り付けられて風車翼１４のコード長ＣがＣ_ｅｘだけ延長されて設計揚力係数Ｃ_{Ｌｄｅｓｉｇｎ}がΔＣ_Ｌだけ変化する場合、延長後のコード長はＣ＋Ｃ_ｅｘとなり、延長後の設計揚力係数（風車翼の設計揚力係数）はＣ_{Ｌｄｅｓｉｇｎ}＋ΔＣ_Ｌとなる。なお、ΔＣ_Ｌは、設計揚力係数が増加する場合に正の値をとり、減少する場合に負の値をとることとする。

したがって、コード長の延長後の上述の第２翼型４０（図４参照）について、翼効率を最大化するためには、上記式（１ａ）から得られる以下の関係式（１ｃ）を満たすことが望ましい。

さらに、式（１ａ）及び（１ｃ）の差分をとって整理すると、以下の関係式（１ｄ）が導かれる。

ここで、

とおくと、式（１ｄ）は、以下の式（１ｅ）に変換することができる。

したがって、式（１ｅ）における左辺と右辺の差を小さくすることにより、コード長の延長後の第２翼型４０について、翼効率を高めることができる。

ここで、図５に示すように、翼長方向に直交する断面３６上にて、風車翼１４の後縁１６とパネル後縁３０とを結ぶ直線Ｌ３と、延長線Ｌ１とのなす角度αとした場合に、角度α毎の上記値ｘと値ｙとの関係について数値解析を行った結果を図６に示す。なお、解析において、風車翼１４のコード方向における風車翼１４の後縁１６からパネル後縁３０における各歯３７の頂点３８（図３参照）までの距離Ｃ_ｓの１／３を上述のコード長延長分Ｃ_ｅｘとして近似している（Ｃ_ｅｘ＝１／３Ｃ_ｓとしている）。

図６に示すように、角度αを２度以上とすることにより、角度αが０度の場合と比較して、式（１ｅ）に近づけることができる。すなわち、騒音低減効果を発揮可能な程度にコード長Ｃの延長量を設定しても、式（１ｅ）における左辺の増加を抑制することができ、式（１ｅ）における左辺と右辺との差を小さくすることができる。したがって、優れた翼効率を実現することができる。

また、図６に示すように、値ｘが０．０５より大きい場合には、角度αが２度であっても、値ｘの増大とともに値ｙが増大する。したがって、翼効率向上の観点から、値ｘが０．０５より大きい場合には、角度αは２度より大きいことがより望ましい。特に、角度αが４度以上であれば、図６に示す結果において、値ｘによらず値ｙを負の値とすることができる（設計揚力係数Ｃ_{Ｌｄｅｓｉｇｎ}を減少させることができる）。このため、角度αは４度以上とすることがさらに望ましい。

また、図８に示すように、角度αを８度以上１０度以下とすることにより、理想値に近い設計揚力係数Ｃ_{Ｌｄｅｓｉｇｎ}を実現することができる。これにより、優れた翼効率を実現することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

例えば、図３に例示した実施形態では、後縁側パネル１８は、背面側取り付け面５０及び腹面側取り付け面５２を有しており、風車翼１４の後縁１６を挟むように風車翼１４に取り付けられるものであった。しかしながら、風車翼１４に対する後縁側パネル１８の取り付け構造はこれに限らない。

例えば、図７に示すように、後縁側パネル１８は、パネル背面２６、パネル腹面２８、パネル後縁３０及び背面側取り付け面５０を有し、腹面側取り付け面５２を有さない構成であってもよい。この場合、風車翼１４の背面２０のうち後縁側部分２０ａを除いた前縁側部分２０ｂと、パネル背面２６とによって、風車翼２の背面５４が形成される。また、風車翼１４の腹面２２全域と、パネル腹面２８とによって、風車翼２の腹面５６が形成される。

あるいは、図８に示すように、後縁側パネル１８は、パネル背面２６、パネル腹面２８、パネル後縁３０及び腹面側取り付け面５２を有し、背面側取り付け面５０を有さない構成であってもよい。この場合、風車翼１４の背面２０全域と、パネル背面２６とによって、風車翼２の背面５４が形成される。また、風車翼１４の腹面２２のうち後縁側部分２２ａを除いた前縁側部分２２ｂと、パネル腹面２８とによって、風車翼２の腹面５６が形成される。

２ 風車翼
４ ハブ
６ 風車ロータ
８ 発電機
１０ ナセル
１２ タワー
１４ 風車翼
１４ａ 翼先端部
１６ 後縁
１８ 後縁側パネル
２０ 背面
２０ａ 後縁側部分
２０ｂ 前縁側部分
２２ 腹面
２２ａ 後縁側部分
２２ｂ 前縁側部分
２４ 前縁
２６ パネル背面
２８ パネル腹面
３０ パネル後縁
３１ 輪郭
３２ 第１翼型
３４ キャンバーライン
３６ 翼長方向に直交する断面
３７ 各歯
３８ 頂点
３９ 全体輪郭
４０ 第２翼型
４２ キャンバーライン
４４ 第１湾曲部
４６ 第２湾曲部
４８ コード
５０ 背面側取り付け面
５２ 腹面側取り付け面
５４ 背面
５６ 腹面
１００ 風力発電装置

Claims (9)

1. 風車ロータが備える風車翼の後縁側に取り付けるための後縁側パネルであって、
   前記後縁側パネルを前記風車翼の前記後縁側に取り付けたときに前記風車翼の背面に隣接するパネル背面と、
   前記後縁側パネルを前記風車翼の前記後縁側に取り付けたときに前記風車翼の腹面に隣接するパネル腹面と、
   前記パネル背面と前記パネル腹面とが交わるパネル後縁と、
   を含み、
   前記パネル後縁は鋸歯状に形成されており、
   前記後縁側パネルは、前記風車翼の前記後縁側に取り付けられたときに、
   翼長方向の少なくとも一部の領域において、前記翼長方向に直交する断面上にて、前記風車翼の輪郭によって形成される第１翼型のキャンバーラインを前記風車翼の前記後縁から仮想的に延長した延長線に対して前記第１翼型の背面側に前記パネル後縁が位置し、且つ、
   前記風車翼および前記後縁側パネルの全体輪郭によって形成される第２翼型のキャンバーラインが、前記風車翼の前縁側に位置して前記背面側に凸状に湾曲する第１湾曲部と、前記第１湾曲部よりも前記パネル後縁側に位置して前記腹面側に凸状に湾曲する第２湾曲部とを有するＳ字形状となる
   ように構成された後縁側パネル。
2. 前記パネル背面は、前記翼長方向に直交する前記断面上にて凹状に湾曲している請求項１に記載の後縁側パネル。
3. 前記パネル腹面は、前記翼長方向に直交する前記断面上にて凸状に湾曲している請求項２に記載の後縁側パネル。
4. 前記後縁側パネルを前記風車翼の前記後縁側に取り付けたときに、前記翼長方向に直交する前記断面上にて、前記風車翼の前記後縁と前記パネル後縁とを結ぶ直線と、前記延長線とのなす角度をαとすると、前記角度αは２度以上である請求項１乃至３の何れか１項に記載の後縁側パネル。
5. 前記後縁側パネルを前記風車翼の前記後縁側に取り付けたときに、前記翼長方向に直交する前記断面上にて、前記風車翼のコード方向における前記風車翼の前記後縁から前記パネル後縁における各歯の頂点までの距離Ｃｓの１／３を前記風車翼のコード長Ｃで除した値をｘとすると、前記値ｘが０．０５より大きく、前記角度αが２度より大きい請求項４に記載の後縁側パネル。
6. 上記角度αは４度以上である請求項４又は５に記載の後縁側パネル。
7. 前記角度αは８度以上１０度以下である請求項６に記載の後縁側パネル。
8. 前記パネル後縁における各歯の頂角は、３０度±１５度の範囲内である請求項１乃至７の何れか１項に記載の後縁側パネル。
9. 前記後縁側パネルは、前記風車翼のうち、風車ロータの半径Ｒに対する前記風車ロータの半径方向位置ｒの比ｒ／Ｒが０．８５〜１．０である翼先端部の少なくとも一部に取り付けるよう構成された請求項１乃至８の何れか１項に記載の後縁側パネル。
   

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