KR20080063085A - Root airfoil of wind power generator for stall control and steady speed operation in low wind speed with improved contamination dullness - Google Patents

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KR20080063085A
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Abstract

A root airfoil of a blade for a wind power generator to steadily operate at a low speed with improved contamination sensitivity is provided to employ a thickness ratio of the root airfoil in the range of 24% to 26%. A root airfoil is a profile of a root of a blade of a wind power generator. The root airfoil is provided with a leading edge(9) and a trailing edge(13). A predetermined distance exists between the leading edge and the trailing edge. The root airfoil has an upper surface(7) and a lower surface(8). The upper and lower surfaces are positioned between the leading edge and the trailing edge. The operational raynolds numbers of the root airfoil is in the range of 500,000 to 1,600,000. The sensitivity for surface contamination corresponds to 40% to 80%. The maximum lift coefficient of the root airfoil is in the range of 1.4 to 1.65.

Description

오염둔감도가 향상된 저풍속 실속제어/정속운전용 풍력발전기 블레이드의 루트 에어포일{Root airfoil of wind power generator for stall control and steady speed operation in low wind speed with improved contamination dullness} Root 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 루트 에어포일에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍력발전기에 사용되는 블레이드의 단면형상인 에어포일 가운데 루트에어포일의 형상에 관한 것이다.The present invention relates to a root air foil of a wind turbine blade for low speed stall control / constant speed operation, and more particularly, to a shape of a root 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 루트에어포일의 대이놀즈의 수는 500,000~1,600,000의 범위로 한정된다.In particular, in order to optimize the shape of the blade at low wind speeds of less than 6m / s, the number of Daeinols of the root air foil is limited to the range of 500,000 ~ 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 루트 부분의 운전특성에 특화된 형상을 가지는 에어포일을 제공하여 풍력발전기 효율 및 성능을 향상시키는 것이다.An object of the present invention devised to solve the above problems is an airfoil shape specialized for a wind turbine blade, in particular, an air having a shape specialized for the driving characteristics of the root portion of a 100 kW low wind speed / stall control / constant speed wind turbine generator. 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 루트부분의 단면인 루트에어포일에 있어서, 상기 루트에어포일은 앞전과, 상기 앞전으로부터 공간을 가지며 형성되는 뒷전과, 상기 앞전과 뒷전 사이에 형성되는 윗면 및 아랫면을 포함하고, 운전레이놀즈수는 500,000~1,600,000이며, 표면오염 둔감도는 40~80%인 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, in the root air foil which is a cross-section of the root portion of the wind turbine blade, the root air foil is the front and back, formed with a space from the front and back, between the front and rear Including the upper and lower surfaces formed in, the driving Reynolds number is 500,000 ~ 1,600,000, the surface contamination insensitivity is characterized in that 40 to 80%.

상기 루트에어포일의 최대양력계수는 1.4~1.65 것을 특징으로 한다.The maximum lift coefficient of the root air foil is characterized in that 1.4 ~ 1.65.

또, 상기 루트에어포일은 두께비가 24~26%인 것을 특징으로 한다.In addition, the root air foil is characterized in that the thickness ratio of 24 to 26%.

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 루트에어포일은 유효두께비가 94~96%인 것을 특징으로 한다.In addition, the root air foil is characterized in that the effective thickness ratio is 94 ~ 96%.

또, 표면오염 둔감도를 향상시키기 위해 낮아진 최대양력계수를 증가시키도록 아랫면 뒷전 부근의 압력계수 분포가 상승하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that the pressure coefficient distribution in the vicinity of the back of the lower surface is increased so as to increase the lower maximum lift coefficient in order to improve the sensitivity of surface contamination.

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

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 루트에 어포일의 구조를 정리한다.First, the structure of the afoil is summarized in terms of the terms and blades described in order to explain the present invention and the root and the structure of the blade.

일반적인 풍력발전기(1)는 도 1에 도시된 바와 같으며, 바람에 회전이 가능하도록 중심의 허브(3)에 연결된 블레이드(2)가 설치된다.The general wind power generator 1 is shown in FIG. 1, and a blade 2 connected to the hub 3 is installed to be rotatable 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.

루트에어포일은 도 2에 도시된 바와 같이, 블레이드 전체의 길이를 R이라 하고, 상기 허브(3)에 고정된 부분으로부터 길이를 r이라하면, r/R이 20%에 해당하는 위치의 단면형상을 말한다.As shown in Fig. 2, the root airfoil has a length of the entire blade as R, and a length r from the part fixed to the hub 3, where r / R is 20% of the cross-sectional shape. 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 루트에어포일을 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 blade length is 10 to 12 m, and the root airfoil is designed to be suitable for this.

그리고, 상기 루트에어포일의 두께(t)는 도 4에 도시된 바와 같이 루트에어포일 중 최대두께를 의미하며, 코드길이(c)는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 루트에어포일의 수평방향 최대길이를 의미한다.And, the thickness (t) of the root air foil means the maximum thickness of the root air foil as shown in Figure 4, the code length (c) is the maximum horizontal direction of the root 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, 루트에어포일은 블레이드의 하중을 견딜 수 있는 두께를 가져야 하며, 시동(始動)을 위하여 높은 최대양력계수와 높은 양항비를 가져야한다.In general, the root airfoil must have a thickness that can withstand the load of the blade, and must have a high maximum lift coefficient and a high lifting ratio for starting.

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 루트 에어포일의 두께비는 구조적인 강도를 이유로 24%이상이 적절한 것으로 알려져 있으며 두께비가 작을 수록 성능이 좋아지는 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, root airfoil thickness ratio is more than 24% for structural strength, and the smaller the thickness ratio, the better the performance.

따라서 본 발명에서는 두께비를 24~26%로 정하여 에어포일 형상을 설계하였다.Therefore, in the present invention, the airfoil shape was designed by setting the thickness ratio to 24 to 26%.

또, 상기 유효두께비라 함은 날개의 중심 뼈대인 날개보(Spar)의 관성모멘트(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 (W) of the wing beam to match the value of the moment of inertia of the spar (Spar), which is the central skeleton of the wing (where the thickness between the wing beams is t). It means the ratio (t e / t) of the effective thickness (t e ) to the thickness t between the wing beam.

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 94~96%, 바람직하게는 95%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 is designed to have an effective thickness ratio of 94 to 96%, preferably 95%.

운전레이놀즈 수는 풍속에 따른 루트에어포일의 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 500,000~1,600,000이다.The driving Reynolds number refers to the operating conditions of the root air foil according to the wind speed, and as shown in FIG. 7, the wind speed varies greatly at 6 m / s. Therefore, the present invention is intended for the blade to be used for low wind speed of 6m / s or less, so the range of operating Reynolds number is 500,000-1,600,000.

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(%) 비율을 말한다. 최대 파워의 제어를 위하여 최대 양력 계수에 대하여 에어포일 표면의 표면오염에 대한 둔감도 특성이 뛰어나야 한다. Insensitivity to surface contamination (surface roughness) is the ratio of the yield ratio in the rough state where the surface of the airfoil adheres to the contaminants and the cleanness ratio in the clean state of the surface. 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 500,000~1,600,000의 범위에서 설계되며, 시동토크를 위해 높은 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, it is designed in the range of 500,000 ~ 1,600,000 ray nozzles, has a high maximum lift coefficient for starting torque, 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 1.4~1.65의 최대 양력계수와 108의 최대 양항비를 갖는다. 최대양력계수는 클수록 좋으나 한계가 있기 때문에 일반적인 연구결과에서 실속제어형 블레이드의 루트에어포일로서 최대양력계수는 1.2이상이 바람직하다고 알려져있다. In particular, it has a maximum lift factor of 1.4-1.65 and a maximum lift ratio of 108 at this design point. The larger the maximum lift coefficient, the better, but it is limited. Therefore, in general studies, the maximum lift coefficient is preferably more than 1.2 as the root airfoil of the stall-controlled blade.

또한, 실속제어를 위하여 표면오염에 대한 둔감도를 40~80% 수준이 되도록 형상이 고안 되었다.In addition, the shape was designed to be 40 to 80% of the sensitivity to surface contamination for stall control.

실속제어형 블레이드에서 루트에어포일은 시동 토크를 발생시키는 것에 관계되는데, 이상적으로 둔감도가 100%가 됨이 바람직하지만 현실적으로 불가능하므로, 블레이드의 작동효율을 고려하여 본 발명에서는 이보다 낮은 수준인 40~80%를 기준으로 하였다.In the stall control type blade, the root airfoil is related to generating starting torque. Ideally, the insensitivity is preferably 100%, but since it is practically impossible, in consideration of the operating efficiency of the blade, in the present invention, the lower level is 40 to 80. It was based on%.

또, 에어포일의 형상 설계를 위하여 다음과 같은 에어포일 표면의 압력계수(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* 풍속2 * 코드길이)Pressure Coefficient (Cp) = Pressure / (0.5 * Air Density * Wind Speed 2 * Cord Length)

이러한 압력계수를 도시하면 도 9에 도시된 바와 같이 일반적인 에어포일 표면에서는 매끄러운 곡선으로 이루어지게 된다. 그래프에서 상측곡선은 루트에어포일의 윗면에 대응되고, 하측곡선은 루트에어포일의 아랫면에 대응된다.As shown in FIG. 9, the pressure coefficient has a smooth curve on a general airfoil surface. In the graph, the upper curve corresponds to the upper surface of the root airfoil, and the lower curve corresponds to the lower surface of the root airfoil.

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 10에 도시된 바와 같이, 루트에어포일을 설계시 강제로 천이램프영역(B영역)을 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 10, when the root air foil is designed to forcibly form a transition lamp region (B region), that is, by forcibly forming the transition lamp region in a clean surface state free of contaminants In this state, the target design conditions are satisfied, so that the transition lamp region is insensitive to the contamination after the contaminants are attached.

이를 위해, 에어포일 윗면의 앞전(A영역)에서 압력 계수(Cp)이 급격하게 변화하는 첨점을 이루도록 하였다.To this end, the pressure coefficient (Cp) in the leading edge (area A) of the upper surface of the airfoil to achieve a peak that changes rapidly.

또한, 높은 최대 양력 계수와 양항비를 위하여 에어포일 뒷전 아랫면 부근(C영역)에 추가 하중이 발생할 수 있는 압력계수(Cp) 분포가 만들어지게 하였다.In addition, for high maximum lift coefficient and lift ratio, the pressure coefficient (Cp) distribution was developed to generate additional load near the bottom of the front of airfoil (C area).

상기 C영역에서는 일반적으로 Cp값이 감소하는데 반하여, 본원발명에서는 최저점을 가지며 반대로 상승하도록 하였다.In the region C, the Cp value generally decreases, whereas in the present invention, the Cp value has the lowest point and rises conversely.

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

본 고안의 루트에어포일(6)은 특별히 설계된 윗면(7)과 아랫면(8)의 형상을 가지고 있다. The root airfoil 6 of the present invention has the shape of the upper surface 7 and the lower surface 8 which are specially designed.

표면오염에 대한 둔감도를 향상시키기 위하여 앞전(9)의 반지름이 0.03349으로 고안 되었으며 최대 양력계수의 증가를 위하여 S테일(10)을 가지도록 고안 되었다.In order to improve the insensitivity to surface contamination, the radius of the leading edge (9) was designed to be 0.03349, and it was designed to have the S tail (10) to increase the maximum lift coefficient.

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.

윗면좌표Top coordinate 아랫면 좌표Bottom coordinates x/c y/cx / c y / c x/c y/cx / c y / c 0.000919 0.001741 0.002648 0.008161 0.005645 0.014666 0.009868 0.021222 0.015299 0.027868 0.021992 0.034685 0.030099 0.041752 0.039867 0.049151 0.051649 0.056956 0.065919 0.065227 0.083253 0.073990 0.104275 0.083176 0.129482 0.092552 0.159002 0.101662 0.19246 0.109877 0.22921 0.116576 0.268714 0.121355 0.310599 0.124088 0.354512 0.124792 0.40011 0.123508 0.447272 0.120264 0.496117 0.115234 0.546307 0.108798 0.596994 0.101167 0.647756 0.092317 0.698605 0.082244 0.749547 0.071029 0.80036 0.058824 0.850369 0.045923 0.898038 0.032851 0.941168 0.020107 0.978465 0.007717 1.000000 0.000000 0.000919 0.001741 0.002648 0.008161 0.005645 0.014666 0.009868 0.021222 0.015299 0.027868 0.021992 0.034685 0.030099 0.041752 0.039867 0.049151 0.051649 0.056956 0.065919 0.065227 0.083253 0.073990 0.104275 0.083176 0.129482 0.092552 0.159002 0.101662 0.19246 0.109877 0.22921 0.116576 0.268714 0.121355 0.310599 0.124088 0.354512 0.124792 0.40011 0.123508 0.447272 0.120264 0.496117 0.115234 0.546307 0.108798 0.596994 0.101167 0.647756 0.092317 0.698605 0.082244 0.749547 0.071029 0.80036 0.058824 0.850369 0.045923 0.898038 0.032851 0.941168 0.020107 0.978465 0.007717 1.000000 0.000000 0.000425 -0.004478 0.001085 -0.010727 0.002927 -0.017189 0.005926 -0.023794 0.010034 -0.030547 0.015257 -0.037487 0.021689 -0.044652 0.029507 -0.052056 0.038965 -0.059704 0.050384 -0.067595 0.064167 -0.075729 0.080796 -0.084073 0.100793 -0.092511 0.124600 -0.100808 0.152327 -0.108604 0.183487 -0.115383 0.217037 -0.120498 0.251960 -0.123303 0.287825 -0.123313 0.324832 -0.120306 0.363416 -0.114310 0.403827 -0.105466 0.446091 -0.093895 0.490262 -0.079693 0.536498 -0.063107 0.584166 -0.045136 0.630621 -0.028052 0.674685 -0.013416 0.716914 -0.001584 0.757901 0.007488 0.797842 0.013885 0.836649 0.017614 0.874213 0.018622 0.910510 0.016887 0.945479 0.012491 0.978865 0.005660 1.000000 0.0000000.000425 -0.004478 0.001085 -0.010727 0.002927 -0.017189 0.005926 -0.023794 0.010034 -0.030547 0.015257 -0.037487 0.021689 -0.044652 0.029507 -0.052056 0.038965 -0.059704 0.050384 -0.067595 0.064167 -0.075729 0.080796 -0.084073 0.100793 -0.092508 604 0.120498 0.251960 -0.123303 0.287825 -0.123313 0.324832 -0.120306 0.363416 -0.114310 0.403827 -0.105466 0.446091 -0.093895 0.490262 -0.079693 0.536498 -0.063107 0.584166 -0.045136 0.630621 -0.028052 0.674685 -0.013416 0.716914 -0.001584 0.757901 0.018685 0.005660 1.000000 0.000000

도 10 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 루트 에어포일의 받음각에 따른 최대양력계수, 양력계수, 양향비, 표면둔감도를 각각 나타내고 있다.10 to 13 illustrate the maximum lift coefficient, lift coefficient, lift ratio, and surface dullness, respectively, according to the angle of attack of the root air foil according to the embodiment of the present invention.

도 10에서는 최대양력계수가 레이놀즈수가 1,000,000이고 블레이드 표면이 깨끗한 상태인 경우에 대해 1.5보다 크게 나타나고 있다.In FIG. 10, the maximum lift coefficient is greater than 1.5 for the case where the Reynolds number is 1,000,000 and the blade surface is clean.

양력계수는 도 11에 도시된 바와 같이, 받음각에 따라 표면이 오염된 경우와 청결한 경우가 대략 일치하도록 나타나고 있다.As shown in FIG. 11, 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 12에 도시된 바와 같다. 레이놀즈 수가 1,000,000인 경우 및 500,000인 경우와, 청결한 상태 및 오염된 상태에 대해 각각 표시되고 있다. 레이놀즈 수가 1,000,000이고 청결한 상태에서 최대양향비가 100 이상으로 나타나고 있다.And, the ratio is as shown in FIG. Reynolds numbers of 1,000,000 and 500,000 and for clean and contaminated states, respectively. The Reynolds number is 1,000,000 and the cleansing ratio is over 100.

이러한 양향비를 토대로 계산된 표면오염에 대한 둔감도는 도 13에 도시된 바와 같이, 받음각에 따라 상승하며 2가지의 레이놀즈수에 따른 운전조건에서 모두 대략 80%까지 도달하고 있다.As shown in FIG. 13, 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 13에서, 받음각 4°이상에서 표면오염 둔감도가 50%이상인 것을 파악할 수 있다. 따라서, 이로부터 본 발명의 루트에어포일의 형상은 블레이드의 표면오염에 둔감함을 알 수 있다.Accordingly, it can be seen from FIG. 13 that the sensitivity of surface contamination is 50% or more at the angle of attack of 4 ° or more. Therefore, it can be seen from this that the shape of the root air foil of the present invention is insensitive to surface contamination of the blade.

종래기술에 따른 루트에어포일과의 비교를 위해 도 14에서는 본발명의 루트에어포일과 종래기술에 따른 루트에어포일을 서로 겹쳐서 도시하였다.For comparison with the root air foil according to the prior art, Figure 14 shows the root air foil according to the present invention and the root air foil according to the prior art overlapped with each other.

본 발명에 따른 루트에어포일은 앞전과 뒷전 사이에 시위선을 기준으로 두께를 가지도록 상측으로 볼록한 윗면과 하측으로 볼록한 아랫면이 형성되고, 상기 아랫면의 후측으로 상기 뒷전과 만나며 상기 상측으로 오목한 S테일이 형성된다.The root air foil according to the present invention has an upper surface convex upwardly and a lower surface convex downwardly formed so as to have a thickness based on a protest line between the front and rear anterior, and the rear surface of the lower surface meets the rear anterior and concave upwards. Is formed.

또, 상기 S테일의 일부는 상기 시위선보다 높게 형성된다.In addition, a part of the S tail is formed higher than the demonstration line.

도 15 내지 도 17은 상기와 같은 특징을 가지는 본 발명에 따른 루트에어포일과 종래기술에 따른 루트에어포일의 특성, 즉 표면오염둔감도, 양력계수, 및 양항비의 그래프를 도시한다.15 to 17 show a graph of the characteristics of the root air foil according to the present invention and the root air foil according to the prior art, that is, surface contamination insensitivity, lift coefficient, and the lifting ratio, which have the above characteristics.

도 15에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 루트에어포일의 표면오염둔감도는 현저하게 향상되고 있다.As shown in Fig. 15, the surface contamination insensitivity of the root air foil according to the present invention is significantly improved.

또, 양력계수는 도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 루트에어포일이 기존의 루트에어포일보다 조금 크게 나타난다.In addition, the lift coefficient is as shown in Figure 16, the root air foil according to the present invention appears slightly larger than the existing root air foil.

또, 도 17에 도시된 바와 같이, 동일한 레이놀즈수 하에서 운전된 본 발명과 종래기술의 양향비를 비교하면, 본 발명의 루트에어포일이 훨씬 크게 나타났다.In addition, as shown in FIG. 17, comparing the ratio of the present invention operated under the same Reynolds number with the prior art, the root airfoil of the present invention was much larger.

따라서, 상기와 같은 프로파일로 형성된 루트에어포일에 의해 블레이드 표면의 오염도(표면거칠기)에 대한 둔감도를 향상시키며 높은 양력 계수와 양항비를 가질 수 있다.Therefore, the root airfoil formed in the profile as described above may improve the insensitivity to the 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 루트 에어포일의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a root airfoil according to an embodiment of the present invention.

도 4는 루트에어포일의 두께를 설명하는 도면이다.4 is a view for explaining the thickness of the root air foil.

도 5는 루트에어포일의 코드 길이를 설명하는 도면이다.5 is a view for explaining the code length of the root air foil.

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 일반적인 루트에어포일에서 표면이 깨끗한 상태에서의 압력계수 그래프이다.8 is a pressure coefficient graph in a state where the surface is clean in a typical root air foil.

도 9은 본 발명의 실시예에 따른 루트에어포일에서 표면이 깨끗한 상태에서의 압력계수 그래프이다.9 is a graph of the pressure coefficient in a state that the surface is clean in the root air foil according to an embodiment of the present invention.

도 10은 8은 본 발명의 실시예에 따른 루트 에어포일의 받음각과 최대양력계수의 관계를 설명하는 그래프이다.10 is a graph illustrating the relationship between the angle of attack and the maximum lift coefficient of the root air foil according to an embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 루트에어포일의 받음각과 양력계수 사이의 그래프이다.11 is a graph between the angle of attack and lift coefficient of the root air foil according to an embodiment of the present invention.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 루트 에어포일의 받음각과 양향비 사이의 그래프이다.12 is a graph between the angle of attack and the ratio of root airfoil according to an embodiment of the present invention.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 루트 에어포일의 받음각과 표면민감도 사 이의 그래프이다.13 is a graph between the attack angle and the surface sensitivity of the root air foil according to an embodiment of the present invention.

도 14는 본발명의 루트에어포일과 종래기술에 따른 루트에어포일을 서로 겹쳐서 도시한 그래프이다.14 is a graph showing the root air foil of the present invention and the root air foil according to the prior art superimposed on each other.

도 15는 본발명의 루트에어포일과 종래기술에 따른 루트에어포일의 표면오염둔감도를 도시한 그래프이다.15 is a graph showing the surface contamination insensitiveness of the root air foil according to the present invention and the prior art root air foil.

도 16은 본발명의 루트에어포일과 종래기술에 따른 루트에어포일의 양력계수를 도시한 그래프이다.Figure 16 is a graph showing the lift coefficient of the root air foil according to the present invention and the root air foil according to the prior art.

도 17은 본발명의 루트에어포일과 종래기술에 따른 루트에어포일의 양항비를 도시한 그래프이다.FIG. 17 is a graph illustrating the ratio of the lift ratio of the root air foil according to the present invention and the root air foil according to the related 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 (8)

풍력발전기 블레이드의 루트부분의 단면인 루트에어포일에 있어서, In the root air foil which is a cross section of the root portion of the wind turbine blade, 상기 루트에어포일은 앞전과, 상기 앞전으로부터 공간을 가지며 형성되는 뒷전과, 상기 앞전과 뒷전 사이에 형성되는 윗면 및 아랫면을 포함하고, The root 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 500,000~1,600,000이며,Driving Reynolds number is 500,000 ~ 1,600,000, 표면오염 둔감도는 40~80%인 것을 특징으로 하는 루트에어포일.Root air foil, characterized in that the sensitivity to surface contamination is 40 to 80%. 제1항에 있어서, 상기 루트에어포일의 최대양력계수는 1.4~1.65 것을 특징으로 하는 루트에어포일.The root airfoil of claim 1, wherein the maximum lift coefficient of the root airfoil is 1.4 to 1.65. 제1항에 있어서, 상기 루트에어포일은 두께비가 24~26%인 것을 특징으로 하는 루트에어포일.The root air foil of claim 1, wherein the root air foil has a thickness ratio of 24 to 26%. 제1항에 있어서, 표면오염 둔감도를 향상시키기 위해 윗면에 하나 이상의 천이램프영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 루트에어포일.2. The root 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 루트에어포일.The route air foil 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. 제4항에 있어서, 표면오염 둔감도를 향상시키기 위해 낮아진 최대양력계수를 증가시키도록 아랫면 뒷전 부근의 압력계수 분포가 상승하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 루트에어포일.5. The root airfoil of claim 4, wherein the distribution of pressure coefficients in the vicinity of the rear end of the lower surface is increased to increase the lowered maximum lift coefficient to improve the surface contamination sensitivity. 제1항에 있어서, 상기 루트에어포일은 유효두께비가 94~96%인 것을 특징으로 하는 루트에어포일.The root air foil of claim 1, wherein the root air foil has an effective thickness ratio of 94 to 96%. 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 루트에어포일.The root 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 with respect to the front point. Airfoil. 윗면좌표Top coordinate 아랫면 좌표Bottom coordinates x/c y/cx / c y / c x/c y/cx / c y / c 0.000919 0.001741 0.002648 0.008161 0.005645 0.014666 0.009868 0.021222 0.015299 0.027868 0.021992 0.034685 0.030099 0.041752 0.039867 0.049151 0.051649 0.056956 0.065919 0.065227 0.083253 0.073990 0.104275 0.083176 0.129482 0.092552 0.159002 0.101662 0.19246 0.109877 0.22921 0.116576 0.268714 0.121355 0.310599 0.124088 0.354512 0.124792 0.40011 0.123508 0.447272 0.120264 0.496117 0.115234 0.546307 0.108798 0.596994 0.101167 0.647756 0.092317 0.698605 0.082244 0.749547 0.071029 0.80036 0.058824 0.850369 0.045923 0.898038 0.032851 0.941168 0.020107 0.978465 0.007717 1.000000 0.000000 0.000919 0.001741 0.002648 0.008161 0.005645 0.014666 0.009868 0.021222 0.015299 0.027868 0.021992 0.034685 0.030099 0.041752 0.039867 0.049151 0.051649 0.056956 0.065919 0.065227 0.083253 0.073990 0.104275 0.083176 0.129482 0.092552 0.159002 0.101662 0.19246 0.109877 0.22921 0.116576 0.268714 0.121355 0.310599 0.124088 0.354512 0.124792 0.40011 0.123508 0.447272 0.120264 0.496117 0.115234 0.546307 0.108798 0.596994 0.101167 0.647756 0.092317 0.698605 0.082244 0.749547 0.071029 0.80036 0.058824 0.850369 0.045923 0.898038 0.032851 0.941168 0.020107 0.978465 0.007717 1.000000 0.000000 0.000425 -0.004478 0.001085 -0.010727 0.002927 -0.017189 0.005926 -0.023794 0.010034 -0.030547 0.015257 -0.037487 0.021689 -0.044652 0.029507 -0.052056 0.038965 -0.059704 0.050384 -0.067595 0.064167 -0.075729 0.080796 -0.084073 0.100793 -0.092511 0.124600 -0.100808 0.152327 -0.108604 0.183487 -0.115383 0.217037 -0.120498 0.251960 -0.123303 0.287825 -0.123313 0.324832 -0.120306 0.363416 -0.114310 0.403827 -0.105466 0.446091 -0.093895 0.490262 -0.079693 0.536498 -0.063107 0.584166 -0.045136 0.630621 -0.028052 0.674685 -0.013416 0.716914 -0.001584 0.757901 0.007488 0.797842 0.013885 0.836649 0.017614 0.874213 0.018622 0.910510 0.016887 0.945479 0.012491 0.978865 0.005660 1.000000 0.0000000.000425 -0.004478 0.001085 -0.010727 0.002927 -0.017189 0.005926 -0.023794 0.010034 -0.030547 0.015257 -0.037487 0.021689 -0.044652 0.029507 -0.052056 0.038965 -0.059704 0.050384 -0.067595 0.064167 -0.075729 0.080796 -0.084073 0.100793 -0.092508 604 0.120498 0.251960 -0.123303 0.287825 -0.123313 0.324832 -0.120306 0.363416 -0.114310 0.403827 -0.105466 0.446091 -0.093895 0.490262 -0.079693 0.536498 -0.063107 0.584166 -0.045136 0.630621 -0.028052 0.674685 -0.013416 0.716914 -0.001584 0.757901 0.018685 0.005660 1.000000 0.000000
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