KR101331961B1 - Blade airfoil for wind turbine generator having trailing edge shape which possible inserting of aerodynamic control unit - Google Patents

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KR101331961B1 KR1020120117716A KR20120117716A KR101331961B1 KR 101331961 B1 KR101331961 B1 KR 101331961B1 KR 1020120117716 A KR1020120117716 A KR 1020120117716A KR 20120117716 A KR20120117716 A KR 20120117716A KR 101331961 B1 KR101331961 B1 KR 101331961B1
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Abstract

The present invention relates to a blade airfoil of an aerogenerator. More specifically, the present invention relates to the blade airfoil of the aerogenerator having the rear side in which an aerodynamic control device, which is inserted into a blade for controlling an aileron included on the rear of the blade of a large aerogenerator, can be inserted.

Description

공력제어장치 삽입이 가능한 뒷전 형상을 갖는 풍력발전기의 블레이드 에어포일{Blade Airfoil for Wind Turbine Generator having Trailing Edge Shape which possible Inserting of Aerodynamic Control Unit}Blade Airfoil for Wind Turbine Generator having Trailing Edge Shape which possible Inserting of Aerodynamic Control Unit

본 발명은 풍력발전기의 블레이드 에어포일에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대형 풍력발전기의 블레이드 뒷전에 구비되는 에일러론의 제어를 위해 블레이드에 내설되는 공력제어장치의 삽입이 가능한 뒷전 형상을 갖는 풍력발전기의 블레이드 에어포일에 관한 것이다.
The present invention relates to a blade airfoil of a wind turbine, and more particularly, to a blade of a wind turbine having a trailing-edge shape capable of inserting an aerodynamic controller installed in a blade for control of an aileron provided at the rear of a large wind turbine. It relates to an airfoil.

바람의 힘을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 풍력발전기는 산업의 발달과 인구 증가에 의한 석유, 석탄, 천연가스 등의 천연자원의 고갈에 따라 대체 에너지원으로 많은 연구가 진행되고 있다.Wind power generators that generate electrical energy using the power of wind are being researched as an alternative energy source due to the depletion of natural resources such as oil, coal, and natural gas due to the development of industry and population growth.

풍력발전이란 공기 유동이 갖는 운동에너지를 기계적 에너지로 변환시킨 후 다시 전기에너지를 생산하는 기술로서, 자연에 존재하는 바람을 에너지원으로 이용하므로 비용이 들지 않으면서도 친환경적인 바, 점차 사용 범위가 증가하고 있다.
Wind power generation is a technology to convert kinetic energy of air flow into mechanical energy and then to produce electric energy again. Since it uses natural wind as an energy source, it is eco-friendly without increasing cost. .

풍력발전기의 구조는 도 1에 도시한 바와 같이, 지면상에 세워지는 고층의 타워(1) 상단에 로터블레이드(3)를 회동 지지하는 낫셀(2)을 회전 가능하도록 설치하고, 낫셀(2) 내부에는 증속기, 발전기 및 제어장치(미도시)를 두어, 로터블레이트(3)의 회전력이 허브(4)를 거쳐 주축을 통해 발전기에 이르도록 구성된다. 한편, 공기 유동 후류에 해당하는 낫셀(2)의 상단에는 풍향풍속계(5)가 배치된다. 이는 바람의 속도에 따라 전체 시스템을 최적 제어하고 발전량을 모니터링하기 위함인데, 풍향풍속계(5)에서 측정되는 풍향과 풍속에 기반하여 로터블레이드(3)의 피치 각도를 조절하고 낫셀(2)의 방향을 유동 방향으로 전환하여 발전 효율을 극대화한다.1, the structure of the wind power generator, rotatably installed on the top of the high-rise tower (1) standing on the ground rotatable support for the rotor blades (3), the natsel (2) There is a speed increaser, a generator and a control device (not shown) inside, so that the rotational force of the rotatable (3) is configured to reach the generator through the main shaft through the hub (4). On the other hand, the wind vane (5) is disposed on the upper end of the natsel (2) corresponding to the air flow wake. This is to optimally control the entire system and monitor the power generation according to the wind speed. The pitch angle of the rotor blades 3 is adjusted based on the wind direction and wind speed measured by the wind vane 5 and the direction of the natsel 2 In the direction of flow to maximize power generation efficiency.

상기와 같은 구성을 갖는 풍력발전기 중 대용량 풍력발전기의 경우 도 2에 상세히 도시된 바와 같이 블레이드(3)의 뒷전에 에일러론(6)을 구성하여 에일러론(6)의 경사각 제어에 의해 로터블레이드(3)의 공력하중을 제어하는 연구가 진행되고 있다.In the case of a large-capacity wind generator among the wind turbines having the above configuration, as shown in detail in FIG. 2, the aileron 6 is formed at the rear of the blade 3 to control the rotor blades 3 by the inclination angle control of the aileron 6. Research is underway to control the aerodynamic load.

블레이드(3)의 뒷전에 에일러론(6)을 구성하기 위해서는 블레이드(3)의 뒷전 내부에 에일러론(6)의 제어를 위한 공력제어장치(7)가 내설되어야 하나, 기존의 풍력발전기용 블레이드 에어포일은 뒷전의 두께가 얇게 형성되어 공력제어장치의 내설이 용이하지 않은 문제점이 있다. (도 4의 NACA643-618 참조)In order to configure the aileron 6 at the rear of the blade 3, an aerodynamic control device 7 for controlling the aileron 6 is to be built in the rear front of the blade 3. Since the thickness before the rear is thinner, there is a problem in that the aerodynamic control device is not easily installed. (See NACA643-618 in FIG. 4)

따라서 기존의 풍력발전기용 블레이드의 공력성능은 그대로 유지하며, 상술된 공력제어장치를 블레이드의 뒷전에 내설 가능하도록 블레이드 에어포일의 뒷전 두께를 확보할 수 있는 풍력발전기용 블레이드 에어포일의 개발이 요구된다.Therefore, the aerodynamic performance of the existing wind turbine blade is maintained as it is, and the development of the blade airfoil for the wind turbine generator that can secure the thickness behind the blade airfoil so that the above-described aerodynamic control device can be placed behind the blade is required. .

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 기존의 풍력발전기용 블레이드의 양력계수 및 양항비는 유지하며, 뒷전에 공력제어장치의 내설이 가능한 두께를 갖는 풍력발전기의 블레이드 에어포일을 제공함에 있다.
The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to maintain the lift coefficient and the lifting ratio of the existing wind turbine blades, the wind turbine having a thickness that can be installed in the aerodynamic control device in the rear To provide a blade airfoil.

본 발명의 블레이드 에어포일은, 풍력발전기용 블레이드 에어포일에 있어서, 상기 블레이드 에어포일은, 앞전과, 상기 앞전으로부터 공간을 가지는 뒷전과, 상기 앞전과 뒷전 사이에 형성되는 윗면 및 아랫면을 포함하며, 상기 에어포일의 코드길이 상의 앞전으로부터 85% 지점의 두께비는 6% 이상인 것을 특징으로 한다.The blade airfoil of the present invention is a blade airfoil for a wind turbine, wherein the blade airfoil includes a front edge, a rear edge having a space from the front edge, and an upper surface and a lower surface formed between the front edge and the rear edge, The thickness ratio of 85% from the front of the cord length of the airfoil is 6% or more.

이때, 상기 에어포일의 최대 양력계수는, 1.3 이상이고, 최대 양항비는 130 이상인 것을 특징으로 한다.At this time, the maximum lift coefficient of the airfoil is 1.3 or more, characterized in that the maximum lifting ratio is 130 or more.

아울러, 상기 윗면과 아랫면의 뒷전부 프로파일(profile)은 상기 앞전을 기준으로 하여 아래의 표에 대응하는 수평좌표값(x/c)과, 수직좌표값(y/c)에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the rear front profile of the upper and lower surfaces is formed by a horizontal coordinate value (x / c) and a vertical coordinate value (y / c) corresponding to the table below on the basis of the front forward. It is done.

Figure 112012086186107-pat00001
Figure 112012086186107-pat00001

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 풍력발전기의 블레이드 에어포일은, 기존의 에어포일 블레이드에 비해 공력 성능의 저하 없이, 에일러론이 구비되는 풍력발전기용 블레이드에 적용이 가능한 효과가 있다.
The blade airfoil of the wind turbine generator of the present invention having the above-described configuration has an effect that can be applied to a blade for a wind turbine having an aileron, without degrading aerodynamic performance, as compared to conventional airfoil blades.

도 1은 풍력발전기 사시도
도 2는 도 1의 AA' 단면도
도 3은 일반적인 에어포일의 단면도
도 4는 본 발명의 KWA026-180 에어포일의 단면도
도 5는 본 발명의 에어포일과, NACA643-618 에어포일의 캠버분포 비교 그래프
도 6은 본 발명의 에어포일과, NACA643-618 에어포일의 두께분포 비교 그래프
도 7은 본 발명의 에어포일과, NACA643-618 에어포일의 양력계수 비교 그래프
도 8은 본 발명의 에어포일과, NACA643-618 에어포일의 양항비 비교 그래프1 is a wind turbine perspective view
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1.
3 is a cross-sectional view of a typical airfoil
4 is a cross-sectional view of the KWA026-180 airfoil of the present invention.
5 is a graph comparing the camber distribution of the airfoil and NACA643-618 airfoil of the present invention.
Figure 6 is a graph comparing the thickness distribution of the airfoil and NACA643-618 airfoil of the present invention
Figure 7 is a graph of the lift coefficient of the airfoil and NACA643-618 airfoil of the present invention
Fig. 8 is a graph showing the ratio of the positive and negative airfoils of the present invention and NACA643-618 airfoils;

먼저 본 발명을 설명하기 위해 기재되는 용어 및 에어포일의 구조를 정리한다.First, the terms and structures of airfoils described for describing the present invention are summarized.

도 3을 참조하면, 에어포일(300)은 앞전(Leading edge)(210)과, 앞전(210)으로부터 공간을 가지며 형성되는 뒷전(Trailing edge)(220)과, 앞전(210)과 뒷전(220) 사이에 형성되는 윗면(240) 및 아랫면(250)을 포함한다.Referring to FIG. 3, the airfoil 300 includes a leading edge 210, a trailing edge 220 formed with a space from the front edge 210, and a front edge 210 and a rear edge 220. The upper surface 240 and the lower surface 250 is formed between the ().

양항비는 에어포일(300)이 받는 양력(Lift)과 항력(Drag)의 비를 말한다. 또는 양항비는 양력계수와 항력계수의 비로 표현하는 것도 가능하다. 이를 식으로 나타내면 다음과 같다.Lifting ratio refers to the ratio of the lift (Lift) and drag (Drag) received by the airfoil (300). Alternatively, the drag ratio may be expressed as the ratio of the lift coefficient and the drag coefficient. This can be expressed as follows.

Figure 112012086186107-pat00002
Figure 112012086186107-pat00002

Figure 112012086186107-pat00003
Figure 112012086186107-pat00003

Figure 112012086186107-pat00004

Figure 112012086186107-pat00004

코드길이(230, c)는 에어포일(300) 단면의 수평방향 최대길이를 의미한다. 또 두께비(Thickness-ratio)는 에어포일(300)의 임의의 위치에서의 두께(t)/코드길이(c)로 정의한다.Cord lengths 230 and c mean the maximum horizontal length of the cross section of the airfoil 300. In addition, thickness-ratio is defined as thickness t / cord length c at arbitrary positions of the airfoil 300.

에어포일(300)의 단면 형상에는, 캠버(Mean Camber Line)(260)가 존재한다. 캠버(260)는 에어포일(300)의 윗면(240)과 아랫면(250)의 중간지점을 앞전(210)에서부터 뒷전(220)까지 연결한 선이다.In the cross-sectional shape of the airfoil 300, a camber line 260 exists. The camber 260 is a line connecting an intermediate point between the upper surface 240 and the lower surface 250 of the airfoil 300 from the front 210 to the rear 220.

일반적으로 내부 구조물의 제작을 위하여 두께비가 높아야 한다. 그러나 두께비가 커지면 양항비 등의 에어포일(300)의 성능이 감소하게 된다. 그러므로 두께비는 구조물 응력설계와 에어포일 성능설계에서 타협점이 존재하게 된다. 일반적인 연구결과에서 에어포일(300)의 두께는 얇아질수록 성능향상이 있으나 지나치게 얇으면 내부 구조물의 제작 및 구조 강도에 문제가 생기기 때문에 블레이드 팁 부분에서는 12% 이상이 적절한 것으로 알려져 있다.
In general, the thickness ratio should be high for the manufacture of the internal structure. However, if the thickness ratio is large, the performance of the airfoil 300, such as the lifting ratio is reduced. Therefore, there is a compromise between thickness ratio and structural design of airfoil. In general research results, the thinner the thickness of the airfoil 300, the better the performance, but too thin is known to be more than 12% in the blade tip portion because the problem of manufacturing and structural strength of the internal structure.

본 발명은 풍력발전기용 블레이드의 에어포일에 관한 것으로, 뒷전부에 에일러론의 제어를 위한 공력제어장치가 내설 가능하도록 뒷전부의 두께를 기존의 에어포일에 비해 두껍게 형성하되, 기존의 에어포일의 공력 성능은 그대로 유지할 수 있도록 함에 그 특징이 있다.The present invention relates to an airfoil of a blade for a wind power generator, and has a thicker rear thickness than that of a conventional airfoil so that an aerodynamic control device for control of aileron can be installed at the rear, but has aerodynamic performance of a conventional airfoil. Has the feature of being kept intact.

이를 위해 본 발명의 에어포일은 에어포일의 코드길이상의 앞전으로부터 85% 지점의 두께비가 6% 이상이 되도록 함에 주목적을 가지고 발명되었다. 또한 상기와 같은 조건을 만족하면서도, 최대 양력계수는 1.3 이상, 최대 양항비는 130 이상을 만족하도록 구성되었다.To this end, the airfoil of the present invention was invented with the main purpose that the thickness ratio of 85% of the point before the cord length of the airfoil is 6% or more. In addition, while satisfying the above conditions, the maximum lift coefficient is 1.3 or more, the maximum lifting ratio is configured to satisfy 130 or more.

이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, an embodiment of the present invention as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 에어포일(KWA026-180)은 기존의 풍력발전기용 에어포일(NACA643-618) 보다 뒷전부의 두께를 두껍게 제작하여 뒷전부에 상술된 공력제어장치의 내설이 용이하도록 구성하였다.4 to 6, the airfoil (KWA026-180) of the present invention is made thicker in the rear front than the conventional wind generator airfoil (NACA643-618) to the inside of the aerodynamic control apparatus described above in the rear It was configured to facilitate the installation.

상술된 본 발명의 에어포일(KWA026-180)의 자세한 형상은 아래 표 1과 같다. 앞전부는 종래의 에어포일 형상과 유사하므로, 뒷전부의 좌표만 언급하기로 한다. 표의 x/c 값과, y/c 값은 모두 코드길이(230)에 의해 무차원화 된 값이다.The detailed shape of the above-described airfoil (KWA026-180) of the present invention is shown in Table 1 below. Since the front part is similar to the conventional airfoil shape, only the back front coordinates will be mentioned. The x / c and y / c values in the table are both dimensioned by the code length 230.

Upper Surface
x/cUpper surface
x / c Upper Surface
y/cUpper surface
y / c Lower Surface
x/cLower surface
x / c Lower Surface
y/cLower surface
y / c 1One 00 1One 00 0.9708020.970802 0.0087770.008777 0.9699180.969918 -0.00453-0.00453 0.9105850.910585 0.0256230.025623 0.9088290.908829 -0.01262-0.01262 0.8473720.847372 0.0415740.041574 0.843550.84355 -0.01916-0.01916 0.783150.78315 0.0563370.056337 0.7772010.777201 -0.02566-0.02566 0.7180690.718069 0.0703610.070361 0.7107860.710786 -0.03284-0.03284 0.6524420.652442 0.0840420.084042 0.644490.64449 -0.04-0.04 0.5872980.587298 0.0972120.097212 0.5789450.578945 -0.04614-0.04614 0.5233950.523395 0.1089530.108953 0.5137550.513755 -0.05086-0.05086

상술된 좌표 이외의 형상은 기존의 풍력발전기용 에어포일(NACA643-618)의 형상과 유사하게 구성될 수 있다.
The shape other than the above-described coordinates may be configured similarly to the shape of the conventional wind generator airfoil NACA643-618.

도 7 및 도 8을 참조하면, 상기와 같은 구성의 본 발명의 블레이드 에어포일(KWA026-180)은 기존의 에어포일(NACA643-618)에 비해 뒷전부의 두께는 증가 하였으나, 도 7에 도시된 바와 같이 기존의 에어포일(NACA643-618)과 유사한 양력계수를 가지며, 도 8에 도시된 바와 같이 기존의 에어포일(NACA643-618)과 유사한 양항비를 유지함을 알 수 있다.
Referring to Figures 7 and 8, the blade airfoil (KWA026-180) of the present invention having the configuration as described above has increased the thickness of the rear front portion compared to the conventional airfoil (NACA643-618), as shown in FIG. As shown in FIG. 8, it has a lift coefficient similar to that of the conventional airfoil (NACA643-618) and maintains a similar lift ratio as that of the conventional airfoil (NACA643-618).

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
The technical idea should not be construed as being limited to the above-described embodiment of the present invention. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, such modifications and changes are within the scope of protection of the present invention as long as it is obvious to those skilled in the art.

300 : 에어포일(Airfoil) 210 : 앞전(Leading Edge)
220 : 뒷전(Trailing Edge) 230 : 코드길이(Chord length)
240 : 윗면(Upper surface) 250 : 아랫면(Lower surface)
260 : 캠버(Mean Camber Line)300: Airfoil 210: Leading Edge
220: trailing edge 230: chord length
240: Upper surface 250: Lower surface
260: Camber (Mean Camber Line)

Claims (3)

풍력발전기용 블레이드 에어포일에 있어서,
상기 블레이드 에어포일은, 앞전과, 상기 앞전으로부터 공간을 가지는 뒷전과, 상기 앞전과 뒷전 사이에 형성되는 윗면 및 아랫면을 포함하며,
상기 에어포일의 코드길이 상의 앞전으로부터 85% 지점의 두께비는 6% 이상인, 공력제어장치 삽입이 가능한 뒷전 형상을 갖는 풍력발전기의 블레이드 에어포일.
In the blade airfoil for wind power generator,
The blade airfoil includes a front face, a rear face having a space from the front face, and an upper face and a lower face formed between the front face and the rear face,
A blade airfoil of a wind power generator having a trailing edge shape capable of inserting an aerodynamic control device, wherein a thickness ratio of 85% from the front edge on the cord length of the airfoil is 6% or more.
제 1항에 있어서,
상기 에어포일의 최대 양력계수는, 1.3 이상이고, 최대 양항비는 130 이상인, 공력제어장치 삽입이 가능한 뒷전 형상을 갖는 풍력발전기의 블레이드 에어포일.
The method of claim 1,
The maximum lift coefficient of the airfoil, 1.3 or more, the maximum lifting ratio is 130 or more, the blade airfoil of the wind turbine having a back-front shape capable of inserting aerodynamic control device.
제 1항에 있어서,
상기 윗면과 아랫면의 뒷전부 프로파일(profile)은 상기 앞전을 기준으로 하여 아래의 표에 대응하는 수평좌표값(x/c)과, 수직좌표값(y/c)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 공력제어장치 삽입이 가능한 뒷전 형상을 갖는 풍력발전기의 블레이드 에어포일.
Figure 112012086186107-pat00005
The method of claim 1,
The front and rear rear profiles of the upper and lower surfaces are formed by a horizontal coordinate value (x / c) and a vertical coordinate value (y / c) corresponding to the table below on the basis of the front front. , Blade airfoil of a wind turbine having a rear shape that can be inserted into the aerodynamic control unit.
Figure 112012086186107-pat00005
KR1020120117716A 2012-10-23 2012-10-23 Blade airfoil for wind turbine generator having trailing edge shape which possible inserting of aerodynamic control unit KR101331961B1 (en)

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