KR100926792B1 - Tip airfoil of wind power generator for stall control and steady speed operation in low wind speed with improved contamination dullness - Google Patents

Tip airfoil of wind power generator for stall control and steady speed operation in low wind speed with improved contamination dullness Download PDF

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Abstract

본 발명은 저풍속/실속제어/정속운전형 100kW급 풍력발전기 블레이드의 팁부분에 적용하는 팁에어포일에 있어서, 블레이드 표면의 오염도(표면거칠기)에 대한 둔감도를 향상시키며 높은 양력 계수와 양항비를 가질 수 있는 팁에어포일의 프로파일에 관한 것이다.The present invention is a tip airfoil applied to the tip portion of the low speed / stall control / constant speed operation type 100kW wind turbine blade, improves the sensitivity to the contamination (surface roughness) of the blade surface, high lift coefficient and lifting ratio It is related to the profile of the tip airfoil that may have.

풍력발전기, 팁에어포일, 표면오염 둔감도 Wind turbines, tip airfoils, insensitive to surface contamination

Description

오염둔감도가 향상된 저풍속 실속제어/정속운전용 풍력발전기 블레이드의 팁 에어포일{Tip airfoil of wind power generator for stall control and steady speed operation in low wind speed with improved contamination dullness} Tip airfoil of wind power generator for stall control and steady speed operation in low wind speed with improved contamination dullness}

본 발명은 저풍속 실속제어(失速制御)/정속운전용 풍력발전기 블레이드의 팁에어포일에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍력발전기에 사용되는 블레이드의 단면형상인 에어포일 가운데 팁에어포일의 형상에 관한 것이다.The present invention relates to a tip air foil of a wind turbine blade for low speed stall control / constant speed operation, and more particularly, to a shape of a tip air foil among air foils that are cross-sectional shapes of a blade used in a wind turbine. will be.

바람을 이용하여 전기를 생산하는 풍력발전기는 블레이드를 이용하여 에너지를 전환하는데, 이 블레이드의 효율과 성능을 좌우하는 것이 에어포일의 형상이다.Wind turbines that use electricity to generate electricity use blades to convert energy. The shape of the airfoil is what determines the efficiency and performance of the blades.

이러한 에어포일의 형상을 정하는 기준으로써, 에어포일의 사용처에 따라 일정한 범위의 레이놀즈수를 운전조건으로 정하고, 상기 범위 내를 만족하도록 에어포일을 설계한다.As a criterion for determining the shape of the airfoil, the Reynolds number within a certain range is determined as the operating condition according to the use of the airfoil, and the airfoil is designed to satisfy the above range.

상기에서 레이놀즈 수는 유체 역학적인 운전 조건을 나타내기 위해 사용되는 일반적인 무차원 계수를 의미하며, 수식으로 표현하면 다음과 같다.The Reynolds number refers to a general dimensionless coefficient used to represent hydrodynamic operating conditions, which is expressed as follows.

레이놀즈 수(Re) = 밀도 * 코드 길이 * 풍속 / 유체의 점성 계수Reynolds number (Re) = density * code length * wind speed / viscosity coefficient of the fluid

기기에 따른 에어포일 레이놀즈 수의 범위를 살펴보면, 항공기 날개는 6,000,000~10,000,000 사이이고, 선박의 블레이드는 9,000,000~50,000,000이며, 대형 풍력 발전기(블레이드 길이 40m 이상)는 2,000,000~3,000,000이다.Looking at the range of airfoil Reynolds numbers by device, aircraft wings range between 6,000,000 and 10,000,000, ship blades range between 9,000,000 and 50,000,000, and large wind generators (blades longer than 40 m) range from 2,000,000 to 3,000,000.

종래에는 풍력발전기 블레이드를 구성하는 에어포일의 경우 항공기용으로 개발된 에어포일을 사용하였다.Conventionally, in the case of an airfoil constituting a wind turbine blade, an airfoil developed for an aircraft was used.

그러나, 이러한 항공기용 에어포일의 경우 상술한 바와 같이 높은 레이놀즈수를 설계점으로 하고 있으므로, 이러한 항공기용 에어포일은 풍력발전기 블레이드의 운전 조건(레이놀즈 수의 범위)에 적합하지 않기 때문에 블레이드의 성능 및 효율의 저감을 가져오게 된다. However, such aircraft airfoils have a high Reynolds number as the design point, as described above. Therefore, these aircraft airfoils are not suitable for the operating conditions (range of Reynolds number) of the wind turbine blades. This leads to a decrease in efficiency.

특히, 풍속이 6m/s 이하의 저풍속에서 블레이드의 형상을 최적화시키기 위해서는 팁에어포일의 레이놀즈의 수는 1,000,000~1,600,000의 범위로 한정된다.In particular, in order to optimize the shape of the blade at low wind speed of less than 6m / s, the number of Reynolds of the tip air foil is limited to the range of 1,000,000 ~ 1,600,000.

또한, 이러한 저풍속의 블레이드에 사용되는 에어포일은, 표면이 오염된 경우에 이러한 표면에 부착된 오염물질에 의해 블레이드의 표면으로부터 바람직하지 못한 기류가 발생하여 블레이드의 성능이 저하하게 된다.In addition, airfoils used in the blades of such low wind speeds, when the surface is contaminated, undesired air flow is generated from the surface of the blade by the contaminants attached to the surface, the blade performance is reduced.

상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 풍력발전기 블레이드에 특화된 에어포일 형상, 특히 100kW급 저풍속/실속제어/정속운전형 풍력발전기의 팁부분의 운전특성에 특화된 형상을 가지는 에어포일을 제공하여 풍력발전기 효율 및 성능을 향상시키는 것이다.An object of the present invention devised to solve the above problems, the air foil shape specialized in the wind turbine blade, in particular the air having a shape specialized in the operation characteristics of the tip portion of the wind turbine low speed / stall control / constant speed operation type 100kW class Providing foils improves wind turbine efficiency and performance.

본 발명의 또 다른 목적은, 저풍속의 블레이드에 사용되는 에어포일은 표면이 오염된 경우 이 때 발생하는 표면 상의 거칠기에 대하여 블레이드의 효율과 성능이 유지되는 정도(이를 둔감도 또는 민감도라 함)를 고려하여 설계되는 에어포일을 제공하는 데에 있다.Another object of the present invention, the airfoil used in the blades of low wind speed is the degree to which the efficiency and performance of the blade is maintained against the roughness on the surface when the surface is contaminated (this is referred to as insensitivity or sensitivity) It is to provide an airfoil that is designed in consideration of.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 풍력발전기 블레이드의 자유단부의 팁에어포일에 있어서, 상기 팁에어포일은 앞전과, 상기 앞전으로부터 공간을 가지며 형성되는 뒷전과, 상기 앞전과 뒷전 사이에 형성되는 윗면 및 아랫면을 포함하고, 운전레이놀즈수는 1,000,000~1,600,000이며, 표면오염 둔감도는 95~99%인 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, in the tip air foil of the free end of the wind turbine blade, the tip air foil is formed between the front and rear, having a space from the front and the front, and the front and rear Including the upper and lower surfaces, the driving Reynolds number is 1,000,000 ~ 1,600,000, the surface contamination sensitivity is characterized in that 95 to 99%.

상기 팁에어포일의 최대양력계수는 1.5~1.7인 것을 특징으로 한다.The maximum lift coefficient of the tip air foil is characterized in that 1.5 ~ 1.7.

또, 상기 팁에어포일은 두께비가 11~13%인 것을 특징으로 한다.In addition, the tip air foil is characterized in that the thickness ratio of 11 ~ 13%.

또, 표면오염 둔감도를 향상시키기 위해 윗면에 하나 이상의 천이램프영역을 형성하는 것을 특징으로 한다. In addition, at least one transition lamp region is formed on the upper surface in order to improve the surface contamination insensitivity.

또, 상기 천이램프영역은 상기 앞점에서 압력 계수가 급격하게 변화하는 첨점을 형성시켜 구현하는 것을 특징으로 한다.In addition, the transition lamp region is characterized in that the embodied by forming a peak in which the pressure coefficient changes sharply in the front point.

또, 상기 팁에어포일의 유효두께비는 98~99%인 것을 특징으로 한다.In addition, the effective thickness ratio of the tip air foil is characterized in that 98 to 99%.

본 발명에 따른 에어포일을 저풍속/실속제어/정속운전형 100kW급 풍력발전기 블레이드의 팁부분에 적용하여 블레이드 표면의 오염도(표면거칠기)에 대한 둔감도를 향상시키며 낮은 양력 계수와 높은 양항비를 가질 수 있다.The airfoil according to the present invention is applied to the tip portion of a low wind speed / stall control / constant speed type 100kW wind turbine blade to improve the insensitivity to the contamination (surface roughness) of the blade surface. Can have

또, 이러한 적용을 통하여 풍력발전기의 효율과 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, through this application it is possible to improve the efficiency and performance of the wind turbine.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described. In adding reference numerals to components of the following drawings, it is determined that the same components have the same reference numerals as much as possible even if displayed on different drawings, and it is determined that they may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. Detailed descriptions of well-known functions and configurations will be omitted.

먼저, 본 발명을 설명하기 위해 기재되는 용어 및 블레이드의 구조와 팁에어포일의 구조를 정리한다.First, the terms and the structure of the blade and the structure of the tip airfoil are described to describe the present invention.

일반적인 풍력발전기(1)는 도 1에 도시된 바와 같으며, 바람에 회전이 가능 하도록 중심의 허브(3)에 연결된 블레이드(2)가 설치된다.The general wind power generator 1 is as shown in Figure 1, the blade (2) connected to the hub (3) is installed to be rotated in the wind.

따라서, 바람이 가진 에너지를 허브(3)에 연결된 블레이드(2)가 흡수하여 상기 허브(3)를 회전시키고, 도시되지 않은 발전기를 구동시킴으로서 전력을 얻게 된다. Thus, the wind energy is absorbed by the blade 2 connected to the hub 3 to rotate the hub 3 and drive a generator (not shown) to obtain power.

본 발명의 실시예에 따른 상기 풍력발전기(1)의 블레이드(2)는 도 2와 같은 형태를 가진다.The blade 2 of the wind generator 1 according to the embodiment of the present invention has the form as shown in FIG.

상기 블레이드(2)는 에어포일(4)(5)(6)을 포함하여 구성되며, 상기 에어포일(4)(5)(6)의 형상이 전체 풍력발전기(1)의 성능 및 효율을 결정하게 된다.The blade 2 comprises airfoils 4, 5, 6, wherein the shape of the airfoils 4, 5, 6 determines the performance and efficiency of the entire wind turbine 1. Done.

팁에어포일은 도 2에 도시된 바와 같이, 블레이드 전체의 길이를 R이라 하고, 상기 허브(3)에 고정된 부분으로부터 길이를 r이라하면, r/R이 95%에 해당하는 위치의 단면형상을 말한다.As shown in FIG. 2, the tip airfoil has a length of the entire blade as R, and a length r from the part fixed to the hub 3, where the r / R is 95%. Say

또, 상기 블레이드 전체 길이 R은 상기 허브(3)와 연결되기 위한 부분은 제외하며, 도 2의 경우에서는 우상측 부분의 단면적이 급격하게 변하여 단차가 형성된 부분을 제외한다. 본 발명에서는 풍속을 고려하여 블레이드 전체길이가 10~12m이며, 이에 적합하도록 팁에어포일을 설계한다.In addition, the entire length R of the blade excludes a portion for connecting with the hub 3, and in the case of FIG. 2, the cross-sectional area of the upper right side is drastically changed to exclude a portion where a step is formed. In the present invention, considering the wind speed, the total length of the blade is 10 to 12 m, and the tip air foil is designed to be suitable for this.

그리고, 상기 팁에어포일의 두께(t)는 도 4에 도시된 바와 같이 팁에어포일 중 최대두께를 의미하며, 코드길이(c)는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 팁에어포일의 수평방향 최대길이를 의미한다.And, the thickness t of the tip air foil means the maximum thickness of the tip air foil as shown in Figure 4, the cord length (c) is the maximum horizontal direction of the tip air foil as shown in FIG. It means the length.

양항비는 블레이드가 받는 양력(揚力)과 항력(抗力)의 비를 말한다. 또는 양항비는 양력계수와 항력계수의 비로 표현하는 것도 가능하다.The lift ratio is the ratio of the lift and drag force that the blade receives. Alternatively, the drag ratio may be expressed as the ratio of the lift coefficient and the drag coefficient.

이를 식으로 나타내면 다음과 같다.This is expressed as follows.

양력 계수 = 양력 / (0.5 * 공기 밀도 * (풍속)2 * 코드길이)Lifting factor = lift / (0.5 * air density * (wind speed) 2 * cord length)

항력 계수 = 항력 / (0.5 * 공기 밀도 * (풍속)2 * 코드길이)Drag coefficient = drag / (0.5 * air density * (wind speed) 2 * cord length)

양항비 = 양력 계수 / 항력 계수Lifting Ratio = Lifting Coefficient / Drag Coefficient

일반적으로, 팁에어포일은 블레이드의 끝부분이므로 하중이 크게 작용하지 않으므로 루트에어포일에 비해 두께치수는 크게 중요하지 않다. 다만, 바람에 의한 양력으로 진동을 방지하기 위해 낮은 최대양력계수와 높은 양항비를 가져야한다.In general, the tip airfoil is a tip of the blade, so the load does not significantly affect the thickness dimension compared to the root airfoil. However, in order to prevent vibration due to wind lift, it should have low maximum lift coefficient and high lift ratio.

또, 두께비는 상기 블레이드의 임의의 위치에서의 두께(t)/코드길이(c)로 정의한다.The thickness ratio is defined by the thickness t / cord length c at any position of the blade.

일반적으로 내부 구조물의 제작을 위하여 두께비가 높아야 한다. 그러나, 두께비가 커지면 양향비 등의 에어포일의 성능이 감소하게 된다. 그러므로, 두께비는 구조물 응력설계와 에어포일 성능설계에서 타협점이 존재하게 된다.In general, the thickness ratio should be high for the manufacture of the internal structure. However, when the thickness ratio becomes large, the performance of the airfoil such as the fragrance ratio decreases. Therefore, there is a compromise in thickness ratio between the structural stress design and the airfoil performance design.

일반적으로 사용되는 저풍속용 블레이드의 위치에 따른 두께비를 도 6에 표시하였다. 일반적인 연구결과에서 팁 에어포일의 두께는 얇아질수록 성능향상이 있으나 지나치게 얇으면 내부 구조물의 제작 및 구조 강도의 문제가 생기기 때문에 12%이상이 적절한 것으로 알려져 있다. The thickness ratio according to the position of the blade for low wind speed generally used is shown in FIG. In general research results, the thinner the tip airfoil, the better the performance. However, if the thickness is too thin, it is known that more than 12% is appropriate because of problems of fabrication and structural strength of the internal structure.

이에 따라 본 출원의 팁에어포일 두께비는 11~13%로 정하고 에어포일 형상을 설계하였다.Accordingly, the tip airfoil thickness ratio of the present application was set to 11 to 13% and the airfoil shape was designed.

또, 상기 유효두께비라 함은 날개의 중심 뼈대인 날개보(Spar)의 관성모멘 트(이 때 날개보 사이의 두께는 t)의 값과 일치하도록 하는 날개보의 두께(B) 및 폭(W)에 대한 유효두께(te)와, 상기 날개보 사이의 두께(t)의 비(te/t)를 의미한다.In addition, the effective thickness ratio refers to the thickness (B) and width ( It means the ratio (t e / t) of the effective thickness (t e ) to W) and the thickness (t) between the wing beams.

상기 유효두께비가 커질수록, 최대두께를 가지는 부분의 날개보의 형상이 수평에 근접하게 된다. 따라서, 상기 유효두께비가 커지면 구조적으로는 안정되지만, 상기 최대두께부에서 기류의 흐름이 불량하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 98~99%의 유효두께비를 가지도록 설계하였다.As the effective thickness ratio increases, the shape of the wing beam of the portion having the maximum thickness is closer to the horizontal. Therefore, when the effective thickness ratio is increased, structurally stable, but the flow of airflow at the maximum thickness portion is poor. Therefore, the present invention was designed to have an effective thickness ratio of 98 to 99%.

운전레이놀즈 수는 풍속에 따른 팁에어포일의 운전조건을 말하며, 도 7에 도시된 바와같이, 대략 풍속이 6m/s에서 크게 변화한다. 따라서, 본 발명은 6m/s 이하의 저풍속에 사용할 블레이드를 대상으로 하므로 운전레이놀즈 수의 범위는 1,000,000~1,600,000이다.The driving Reynolds number refers to the operating condition of the tip airfoil according to the wind speed, and as shown in FIG. 7, the wind speed varies greatly at about 6 m / s. Therefore, the present invention targets blades to be used for low wind speeds of 6 m / s or less, so the operating Reynolds number ranges from 1,000,000 to 1,600,000.

또, 받음각(angle of attack;AOA)이란 날개의 중심선(wing chord line)이 불어오는 바람과 이루는 각이다.In addition, the angle of attack (AOA) is the angle formed by the wind blown by the wing chord line.

그리고, 최대양력계수는 받음각에 따라 양력계수를 그릴 때 나타나는 최대양력계수의 크기를 말한다.The maximum lift coefficient refers to the magnitude of the maximum lift coefficient that appears when the lift coefficient is drawn according to the angle of attack.

표면오염(표면거칠기)에 대한 둔감도는 에어포일 표면이 오염물질이 부착되어 거칠은 상태에서의 양항비와 표면이 깨끗한 상태에서의 양항비의 퍼센트(%) 비율에서 최대 양력계수를 가질 때의 값을 말한다. 최대 파워의 제어를 위하여 최대 양력 계수에 대하여 에어포일 표면의 표면오염에 대한 둔감도 특성이 뛰어나야 한다. Insensitivity to surface contamination (surface roughness) is obtained when the surface of the airfoil has a maximum lift coefficient at the percent of the yield ratio in the rough state and the clean ratio in the clean state. Say the value. In order to control the maximum power, the insensitivity characteristic of surface contamination of the surface of the airfoil should be excellent for the maximum lift factor.

본 발명에서는 6m/s이하의 저풍속에 사용되는 100kW급의 정속 운전형에 적합한 블레이드에서, 레이노즐수 1,000,000~1,600,000의 범위에서 설계되며, 작은 하중에 따라 낮은 최대양력계수를 가지고, 높은 효율을 위하여 높은 최대 양향비를 가지며, 에어포일 표면이 먼지, 곤충의 시체 등으로 오염되었을 경우의 성능저하를 최소화하는 것을 목표로 설계한다.In the present invention, in the blade suitable for the 100 kW constant speed driving type used for low wind speed of less than 6m / s, the ray nozzle number is designed in the range of 1,000,000 ~ 1,600,000, has a low maximum lift coefficient according to the small load, high efficiency In order to minimize the performance degradation when the surface of the airfoil is contaminated with dust or insect bodies, it has a high maximum ratio.

특히, 이 설계점에서 1.5~1.7의 최대 양력계수와 150~160의 최대 양항비를 갖는다. 팁 에어포일의 경우 블레이드 자유단부에서의 휨모멘트를 최소화하기 위해 양항비를 최대로 유지하면서 최대양력계수가 작을 수록 좋다. 일반적인 에어포일의 경우 양항비가 150이상인 경우 최대양력계수가 1.8이상이나 본 출원의 에어포일은 양항비를 150이상으로 만들면서 최대양력 계수는 1.7이하가 되도록 하였다. In particular, it has a maximum lift coefficient of 1.5 to 1.7 and a maximum lift ratio of 150 to 160 at this design point. In the case of tip airfoils, the smaller the maximum lift factor, the better, while maintaining the maximum lift ratio to minimize the bending moment at the free end of the blade. In the case of general airfoil, the maximum lift coefficient is 1.8 or more when the lift ratio is 150 or more, but the airfoil of the present application makes the lift ratio more than 150, and the maximum lift coefficient is 1.7 or less.

또한, 실속제어를 위하여 표면오염에 대한 둔감도를 80~90% 수준이 되도록 형상이 고안 되었다.In addition, the shape is designed to be 80 to 90% of the sensitivity to surface contamination for stall control.

실속제어형 블레이드에서 팁에어포일은 전체 블레이드 성능의 대부분을 발생시키게 되는데, 이상적으로 민감도가 100%가 됨이 바람직하지만 현실적으로 이는 불가능 하며 일반적인 현장에서의 연구결과로서 팁에어포일의 경우 표면거칠기에 대한 민감도가 90%수준 이상이면 실속제어형 블레이드의 팁에어포일로 바람직하다고 알려져 있으므로, 본 발명에서는 이보다 높은 수준인 95~99%를 기준으로 하였다.In a stall-controlled blade, the tip airfoil generates most of the overall blade performance. Ideally, the sensitivity is preferably 100%, but in reality this is not possible. If the level is 90% or more is known to be preferable as the tip air foil of the stall-controlled blade, in the present invention based on a higher level of 95 ~ 99%.

또, 에어포일의 형상 설계를 위하여 다음과 같은 에어포일 표면의 압력계 수(Cp)를 정의한다.In addition, for the shape design of the airfoil, the pressure coefficient Cp of the surface of the airfoil is defined as follows.

압력 계수(Cp)= 압력/(0.5*공기 밀도* (풍속)2 * 코드길이)Pressure Coefficient (Cp) = Pressure / (0.5 * Air Density * (Wind Speed) 2 * Cord Length)

이러한 압력계수를 그래프로 도시하면, 일반적인 에어포일 표면에서는 매끄러운 곡선으로 이루어지게 된다. This pressure coefficient is shown graphically, resulting in a smooth curve on a typical airfoil surface.

이 때, 상기 에어포일 표면에 오염물질이 부착되면, 상기 압력계수 값은 매끄런운 곡선을 그리지 못하고 급격하게 변화하는 천이램프영역이 만들어지게 된다.At this time, when a contaminant is attached to the surface of the airfoil, the transition coefficient region of the pressure coefficient does not draw a smooth curve but changes rapidly.

따라서, 본 발명에서는 도 8에 도시된 바와 같이, 팁에어포일을 설계시 강제로 천이램프영역을 형성하도록 하고, 즉 오염물질이 없는 깨끗한 표면상태에서 천이램프영역을 강제로 형성시켜서, 이 상태에서 목적하는 설계조건을 만족시키도록 함으로써, 오염물질이 부착된 이후에 천이램프영역이 발생하여도 이에 대해 둔감하도록 하였다. Therefore, in the present invention, as shown in Figure 8, when designing the tip airfoil forcibly forming the transition lamp region, that is, by forming a transition lamp region in a clean surface state free of contaminants, in this state By satisfying the desired design conditions, even if the transition lamp area occurs after the contaminants are attached, it is insensitive to this.

도 8의 그래프에서 상측곡선은 팁에어포일의 윗면에 대응되고, 하측곡선은 팁에어포일의 아랫면에 대응된다.In the graph of FIG. 8, the upper curve corresponds to the upper surface of the tip airfoil, and the lower curve corresponds to the lower surface of the tip airfoil.

이를 위해, 에어포일 윗면의 앞전에서 압력 계수(Cp)이 급격하게 변화하는 첨점을 이루도록 하였다.To this end, the pressure coefficient (Cp) in front of the upper surface of the airfoil to achieve a sharp change.

도 3은 상기의 내용을 포함시켜 설게된 본 발명의 실시예에 따른 팁에어포일의 프로파일이다.3 is a profile of a tip airfoil according to an embodiment of the present invention including the above contents.

본 고안의 팁에어포일(5)은 특별히 설계된 윗면(7)과 아랫면(8)의 형상을 가 지고 있다. Tip air foil (5) of the present invention has a shape of the upper surface (7) and the lower surface (8) specifically designed.

표면오염에 대한 둔감도를 향상시키기 위하여 앞전(9)의 반지름이 0.0129으로 고안 되었다.In order to improve the insensitivity to surface contamination, the radius of the front (9) was designed to be 0.0129.

일반적으로, 앞전(9) 반지름이 작을 수록 표면 거칠기에 대한 둔감도를 높일 수 있으나 지나치게 작으면 성능의 저하를 가져올 수 있기 때문이다.In general, the smaller the radius of the leading edge 9 can increase the insensitivity to the surface roughness, but if the radius is too small, the performance can be degraded.

이의 자세한 형상은 표 1에 나와 있다. 표의 x/c와 y/c는 모두 시위선(12) 길이에 의해 무차원화된 값이다.Its detailed shape is shown in Table 1. Both x / c and y / c in the table are dimensionless by the length of the protest line 12.

윗면좌표      Top coordinate 아랫면 좌표     Bottom coordinates x/c y/cx / c y / c x/c y/cx / c y / c 0.000102 0.001296 0.001165 0.005616 0.003547 0.010221 0.007408 0.015147 0.013115 0.020609 0.021411 0.026984 0.033633 0.034622 0.051439 0.043589 0.075412 0.053298 0.104066 0.062716 0.135367 0.071131 0.168169 0.078321 0.202012 0.084349 0.23646 0.089269 0.271338 0.093106 0.306576 0.095937 0.342018 0.097792 0.377674 0.098703 0.413558 0.098727 0.449607 0.097936 0.485639 0.096363 0.521511 0.093985 0.557272 0.090755 0.593002 0.086679 0.628696 0.081778 0.664421 0.076056 0.700329 0.069563 0.73652 0.062391 0.773019 0.054681 0.809693 0.046576 0.846433 0.03816 0.883023 0.029498 0.919293 0.02057 0.954613 0.01159 0.984808 0.004081 1.000000 0.00063 0.000102 0.001296 0.001165 0.005616 0.003547 0.010221 0.007408 0.015147 0.013115 0.020609 0.021411 0.026984 0.033633 0.034622 0.051439 0.043589 0.075412 0.053298 0.104066 0.062716 0.135367 0.071131 0.168169 0.078321 0.202012 0.084349 0.23646 0.089269 0.271338 0.093106 0.306576 0.095937 0.342018 0.097792 0.377674 0.098703 0.413558 0.098727 0.449607 0.097936 0.485639 0.096363 0.521511 0.093985 0.557272 0.090755 0.593002 0.086679 0.628696 0.081778 0.664421 0.076056 0.700329 0.069563 0.73652 0.062391 0.773019 0.054681 0.809693 0.046576 0.846433 0.03816 0.883023 0.029498 0.919293 0.02057 0.954613 0.01159 0.984808 0.004081 1.000000 0.00063 0.000350 -0.002821 0.002120 -0.006969 0.005483 -0.010885 0.010441 -0.014501 0.017284 -0.017854 0.026822 -0.020941 0.040689 -0.023956 0.061151 -0.026976 0.089142 -0.029509 0.122244 -0.031149 0.157731 -0.031882 0.194398 -0.031940 0.231715 -0.031525 0.269429 -0.030789 0.307412 -0.029829 0.345586 -0.028728 0.383824 -0.027539 0.421927 -0.026257 0.459922 -0.024805 0.497965 -0.023182 0.536075 -0.021413 0.574266 -0.019529 0.612526 -0.017555 0.650861 -0.015519 0.689256 -0.013448 0.727616 -0.011389 0.765867 -0.009392 0.804043 -0.007494 0.842262 -0.005703 0.880511 -0.003980 0.918251 -0.002323 0.953927 -0.001039 0.984448 -0.000537 1.000000 -0.0006300.000350 -0.002821 0.002120 -0.006969 0.005483 -0.010885 0.010441 -0.014501 0.017284 -0.017854 0.026822 -0.020941 0.040689 -0.023956 0.061151 -0.026976 0.089142 -0.029509 0.122244 -0.031149 0.157731 -0.031882 0.194398 -0.031940 0.231715 -0.031525 -2 0.2292986 0.027539 0.421927 -0.026257 0.459922 -0.024805 0.497965 -0.023182 0.536075 -0.021413 0.574266 -0.019529 0.612526 -0.017555 0.650861 -0.015519 0.689256 -0.013448 0.727616 -0.011389 0.765867 -0.009392 0.804043 -0.007494 0.842262 -0.005703 0.880511 -927 -0.000630

도 9 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 팁에어포일의 받음각에 따른 최대양력계수, 양력계수, 양향비, 표면둔감도를 각각 나타내고 있다.9 to 12 illustrate the maximum lift coefficient, lift coefficient, lift ratio, and surface dullness according to the angle of attack of the tip air foil according to the embodiment of the present invention, respectively.

도 9에서는 최대양력계수가 레이놀즈수가 1,330,000이고 블레이드 표면이 깨끗한 상태인 경우에 대해 1.6보다 크게 나타나고 있다.In Figure 9, the maximum lift coefficient is greater than 1.6 for the Reynolds number 1,330,000 and the blade surface is clean.

양력계수는 도 10에 도시된 바와 같이, 받음각에 따라 표면이 오염된 경우와 청결한 경우가 대략 일치하도록 나타나고 있다.As shown in FIG. 10, the lift coefficient is shown to correspond approximately to the case where the surface is contaminated and the case where the surface is clean according to the angle of attack.

그리고, 양향비는 도 11에 도시된 바와 같다. 블레이드의 표면이 청결한 상태 및 오염된 상태에 대해 각각 표시되고 있다. 레이놀즈수가 1,330,000이고 청결한 상태에서 최대양향비가 150 이상으로 나타나고 있다.And, the ratio is as shown in FIG. The surfaces of the blades are marked for clean and contaminated respectively. The Reynolds number is 1,330,000 and the maximum lift ratio is over 150 in a clean state.

이러한 양향비를 토대로 계산된 표면오염에 대한 둔감도는 도 12에 도시된 바와 같이, 받음각에 따라 상승하며 2가지의 레이놀즈수에 따른 운전조건에서 모두 대략 80%까지 도달하고 있다.As shown in FIG. 12, the insensitivity to surface contamination calculated on the basis of such a ratio is increased according to the angle of attack and reaches approximately 80% in both operating conditions according to the two Reynolds numbers.

따라서, 도 12에서, 받음각 4ㅀ이상에서 표면오염 둔감도가 40%이상이고 받음각이 10ㅀ이상이면 90%이상인 것을 파악할 수 있다. 따라서, 이로부터 본 발명의 팁에어포일의 형상은 블레이드의 표면오염에 둔감함을 알 수 있다.Therefore, in FIG. 12, it can be seen that the surface contamination insensitivity is 40% or more at the angle of attack of 4 ° or more and 90% or more when the angle of attack is 10 ° or more. Therefore, it can be seen that the shape of the tip air foil of the present invention is insensitive to surface contamination of the blade.

종래기술에 따른 팁에어포일과의 비교를 위해 도 13에서는 본발명의 팁에어포일과 종래기술에 따른 팁에어포일을 서로 겹쳐서 도시하였다.For comparison with a tip airfoil according to the prior art, FIG. 13 illustrates a tip airfoil according to the present invention and a tip airfoil according to the prior art.

본 발명은 종래기술과 비교할 때 윗면은 앞전측이 빠르게 높아져서 먼저 최고점에 다달은 다음 낮아지고, 아랫면은 좀 더 아래로 볼록하게 형성된다.Compared with the prior art, the upper surface of the present invention is rapidly increased in front of the front side and reaches the highest point and then lowers, and the lower surface is formed to be more convex downward.

도 14 내지 도 16은 상기와 같은 특징을 가지는 본 발명에 따른 팁에어포일과 종래기술에 따른 팁에어포일의 특성, 즉 표면오염둔감도, 양력계수, 및 양항비의 그래프를 도시한다.14 to 16 show graphs of the characteristics of the tip airfoil according to the present invention and the tip airfoil according to the related art, that is, surface contamination insensitivity, lift coefficient, and drag ratio, having the above characteristics.

도 14에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 팁에어포일의 표면오염둔감도는 받음각이 5ㅀ주변인 경우에 종래기술보다 현저하게 크게 나타나고 있다.As shown in FIG. 14, the surface contamination insensitivity of the tip airfoil according to the present invention is significantly larger than that in the prior art when the angle of attack is around 5 °.

또, 양력계수는 도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 팁에어포일이 기존의 팁에어포일보다 조금 크게 나타난다.In addition, the lift coefficient is as shown in Figure 15, the tip air foil according to the present invention appears slightly larger than the conventional tip air foil.

또, 도 16에 도시된 바와 같이, 동일한 레이놀즈수 하에서 운전된 본 발명과 종래기술의 양향비를 비교하면, 본 발명의 팁에어포일이 훨씬 크게 나타났다.In addition, as shown in Fig. 16, comparing the present invention operated under the same Reynolds number and the conventional ratio, the tip airfoil of the present invention was much larger.

따라서, 상기와 같은 프로파일로 형성된 팁에어포일에 의해 블레이드 표면의 오염도(표면거칠기)에 대한 둔감도를 향상시키며 높은 양력 계수와 양항비를 가질 수 있다.Therefore, the tip airfoil formed in the profile as described above may improve the insensitivity to contamination (surface roughness) of the blade surface and may have a high lift coefficient and a lift ratio.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. As described above, it has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, but those skilled in the art various modifications and changes of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below I can understand that you can.

도 1은 일반적인 100kW풍력발전기의 사시도이다.1 is a perspective view of a typical 100 kW wind power generator.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 블레이드의 사시도이다.2 is a perspective view of a blade according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 팁에어포일의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of the tip air foil according to an embodiment of the present invention.

도 4는 에어포일의 두께를 설명하는 도면이다.4 is a view for explaining the thickness of the airfoil.

도 5는 에어포일의 코드 길이를 설명하는 도면이다.5 is a view for explaining the code length of the airfoil.

도 6은 풍력발전기의 블레이드의 길이에 따른(허브에서 외측방향으로) 두께비의 그래프이다. 6 is a graph of the thickness ratio (from hub to outward) along the length of the blade of the wind turbine.

도 7은 풍력발전기의 풍속에 따른 레이놀즈 수의 그래프이다.7 is a graph of Reynolds number according to wind speed of a wind turbine.

도 8는 본 발명의 실시예에 따른 팁에어포일에서 표면이 깨끗한 상태에서의 압력계수 그래프이다.8 is a graph of the pressure coefficient in a state that the surface is clean in the tip air foil according to an embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 팁에어포일의 받음각과 최대양력계수의 관계를 설명하는 그래프이다.9 is a graph illustrating the relationship between the angle of attack and the maximum lift coefficient of the tip air foil according to an embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 팁에어포일의 받음각과 양력계수 사이의 그래프이다.10 is a graph between the angle of attack and lift coefficient of the tip air foil according to an embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 팁에어포일의 받음각과 양향비 사이의 그래프이다.11 is a graph between the angle of attack and the nose ratio of the tip air foil according to an embodiment of the present invention.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 팁에어포일의 받음각과 표면민감도 사이의 그래프이다.12 is a graph between the angle of attack and the surface sensitivity of the tip air foil according to an embodiment of the present invention.

도 13은 본발명의 팁에어포일과 종래기술에 따른 팁에어포일을 서로 겹쳐서 도시한 그래프이다.13 is a graph showing the tip airfoil and the tip airfoil according to the related art overlapping each other.

도 14는 본발명의 루트프로파일과 종래기술에 따른 팁에어포일의 표면오염둔감도를 도시한 그래프이다.14 is a graph showing the surface contamination insensitiveness of the root profile of the present invention and the tip air foil according to the prior art.

도 15는 본발명의 루트프로파일과 종래기술에 따른 팁에어포일의 양력계수를 도시한 그래프이다.15 is a graph showing the lift coefficient of the root profile of the present invention and the tip air foil according to the prior art.

도 16은 본발명의 팁에어포일과 종래기술에 따른 팁에어포일의 양항비를 도시한 그래프이다.Figure 16 is a graph showing the ratio of the tip airfoil of the present invention and the tip airfoil according to the prior art.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명> <Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1 : 풍력발전기 2 : 블레이드1: wind generator 2: blade

3 : 허브 4 : 팁 에어포일3: hub 4: tip airfoil

5 : 주 에어포일 6 : 루트 에어포일5: main airfoil 6: root airfoil

7 : 윗면 8 : 아랫면7: top side 8: bottom side

9 : 앞전 10 : S테일(S tail)9: Previous 10: S tail

11 : 최대두께 12 : 시위선 11: maximum thickness 12: protest line

13: 뒷전 14: 앞전원13: Back 14: Front Power

Claims (7)

풍력발전기 블레이드의 자유단부의 팁에어포일에 있어서, In the tip air foil of the free end of the wind turbine blade, 상기 팁에어포일은 앞전과, 상기 앞전으로부터 공간을 가지며 형성되는 뒷전과, 상기 앞전과 뒷전 사이에 형성되는 윗면 및 아랫면을 포함하고, The tip air foil includes a front face and a rear face formed with a space from the front face, and an upper face and a lower face formed between the front face and the rear face, 운전레이놀즈수는 1,000,000~1,600,000이며,Driving Reynolds number is 1,000,000 ~ 1,600,000 표면오염 둔감도는 95~99%인 것을 특징으로 하는 팁에어포일.Tip airfoil, characterized in that the surface contamination insensitivity is 95 ~ 99%. 제1항에 있어서, 상기 팁에어포일의 최대양력계수는 1.5~1.7인 것을 특징으로 하는 팁에어포일.The tip airfoil of claim 1, wherein the maximum lift coefficient of the tip airfoil is 1.5 to 1.7. 제1항에 있어서, 상기 팁에어포일은 두께비가 11~13%인 것을 특징으로 하는 팁에어포일.The tip air foil of claim 1, wherein the tip air foil has a thickness ratio of 11 to 13%. 제1항에 있어서, 표면오염 둔감도를 향상시키기 위해 윗면에 하나 이상의 천이램프영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 팁에어포일.The tip airfoil of claim 1, wherein at least one transition lamp region is formed on the top surface to improve the surface contamination insensitivity. 제4항에 있어서, 상기 천이램프영역은 상기 앞점에서 압력 계수가 급격하게 변화하는 첨점을 형성시켜 구현하는 것을 특징으로 하는 팁에어포일.The tip airfoil of claim 4, wherein the transition lamp region is formed by forming a peak at which the pressure coefficient changes rapidly at the front point. 제1항에 있어서, 상기 팁에어포일의 유효두께비는 98~99%인 것을 특징으로 하는 팁에어포일.The tip airfoil of claim 1, wherein an effective thickness ratio of the tip airfoil is 98 to 99%. 제1항에 있어서, 상기 윗면과 하면의 프로파일은 앞점을 기준으로 하여 아래의 표에 대응하는 수평좌표값(x/c)과 수직좌표값(y/c)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 팁에어포일.The tip of claim 1, wherein the top and bottom profiles are formed by a horizontal coordinate value (x / c) and a vertical coordinate value (y / c) corresponding to the table below, based on the front point. Airfoil. 윗면좌표      Top coordinate 아랫면 좌표     Bottom coordinates x/c y/cx / c y / c x/c y/cx / c y / c 0.000102 0.001296 0.001165 0.005616 0.003547 0.010221 0.007408 0.015147 0.013115 0.020609 0.021411 0.026984 0.033633 0.034622 0.051439 0.043589 0.075412 0.053298 0.104066 0.062716 0.135367 0.071131 0.168169 0.078321 0.202012 0.084349 0.23646 0.089269 0.271338 0.093106 0.306576 0.095937 0.342018 0.097792 0.377674 0.098703 0.413558 0.098727 0.449607 0.097936 0.485639 0.096363 0.521511 0.093985 0.557272 0.090755 0.593002 0.086679 0.628696 0.081778 0.664421 0.076056 0.700329 0.069563 0.73652 0.062391 0.773019 0.054681 0.809693 0.046576 0.846433 0.03816 0.883023 0.029498 0.919293 0.02057 0.954613 0.01159 0.984808 0.004081 1.000000 0.00063 0.000102 0.001296 0.001165 0.005616 0.003547 0.010221 0.007408 0.015147 0.013115 0.020609 0.021411 0.026984 0.033633 0.034622 0.051439 0.043589 0.075412 0.053298 0.104066 0.062716 0.135367 0.071131 0.168169 0.078321 0.202012 0.084349 0.23646 0.089269 0.271338 0.093106 0.306576 0.095937 0.342018 0.097792 0.377674 0.098703 0.413558 0.098727 0.449607 0.097936 0.485639 0.096363 0.521511 0.093985 0.557272 0.090755 0.593002 0.086679 0.628696 0.081778 0.664421 0.076056 0.700329 0.069563 0.73652 0.062391 0.773019 0.054681 0.809693 0.046576 0.846433 0.03816 0.883023 0.029498 0.919293 0.02057 0.954613 0.01159 0.984808 0.004081 1.000000 0.00063 0.000350 -0.002821 0.002120 -0.006969 0.005483 -0.010885 0.010441 -0.014501 0.017284 -0.017854 0.026822 -0.020941 0.040689 -0.023956 0.061151 -0.026976 0.089142 -0.029509 0.122244 -0.031149 0.157731 -0.031882 0.194398 -0.031940 0.231715 -0.031525 0.269429 -0.030789 0.307412 -0.029829 0.345586 -0.028728 0.383824 -0.027539 0.421927 -0.026257 0.459922 -0.024805 0.497965 -0.023182 0.536075 -0.021413 0.574266 -0.019529 0.612526 -0.017555 0.650861 -0.015519 0.689256 -0.013448 0.727616 -0.011389 0.765867 -0.009392 0.804043 -0.007494 0.842262 -0.005703 0.880511 -0.003980 0.918251 -0.002323 0.953927 -0.001039 0.984448 -0.000537 1.000000 -0.0006300.000350 -0.002821 0.002120 -0.006969 0.005483 -0.010885 0.010441 -0.014501 0.017284 -0.017854 0.026822 -0.020941 0.040689 -0.023956 0.061151 -0.026976 0.089142 -0.029509 0.122244 -0.031149 0.157731 -0.031882 0.194398 -0.031940 0.231715 -0.031525 -2 0.2292986 0.027539 0.421927 -0.026257 0.459922 -0.024805 0.497965 -0.023182 0.536075 -0.021413 0.574266 -0.019529 0.612526 -0.017555 0.650861 -0.015519 0.689256 -0.013448 0.727616 -0.011389 0.765867 -0.009392 0.804043 -0.007494 0.842262 -0.005703 0.880511 -927 -0.000630
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