KR20130112770A - 윈드 터빈을 위한 플랫백 슬랫 - Google Patents

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KR20130112770A
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드류 아이젠베르그
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지멘스 악티엔게젤샤프트
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Abstract

윈드 터빈 블레이드(22)의 인보드 부분을 따라 연장하면서 그에 인접하게 이격되어 있는 플랫백 후단 에지(44F)를 갖는 공기 역학적 슬랫(30F)이 개시된다. 적어도 슬랫의 선단 에지(42F)는 공기 유입 각도의 범위에 걸쳐 윈드 터빈 블레이드의 흡입 측부(40)에 대체로 나란한 기류의 구역(48) 내에 배치될 수 있다. 스플리터 플레이트(52)는 와류 흘림을 감소시키고 슬랫의 유효 시위선을 연장하기 위해 플랫백 후단 에지로부터 후방으로 연장할 수 있다. 와류 생성기(60)는 슬랫에 부착될 수 있다. 플랫백 슬랫은 허브 스피너(28)에 또는 블레이드의 스파 캡(56)에 대해 이들을 부착함으로써 윈드 터빈 로터(20)에 개장될 수 있다. 플랫백 슬랫은 인보드 부분의 어택 각도의 범위에 걸쳐 윈드 터빈 블레이드의 저양력 인보드 부분 상에 양력을 제공한다.

Description

윈드 터빈을 위한 플랫백 슬랫 {FLATBACK SLAT FOR WIND TURBINE}
본 출원은 2012년 4월 3일자로 출원된 미국 출원 번호 제13/438,040호(대리인 문서 번호 2011P18073US)의 부분 연속 출원이며, 상기 출원은 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
본 발명은 일반적으로 윈드 터빈에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 윈드 터빈 블레이드를 위한 인보드 슬랫(inboard slat)에 관한 것이다.
윈드 터빈 블레이드의 인보드 부분은 아웃보드 블레이드 영역에 의해 블레이드 루트 상에 배치된 구심 및 양력 부하를 지지하기 위해 두껍게 형성된다. 여기서, "인보드"는 허브에 연결된 블레이드의 부분인 블레이드 루트를 향한 반경방향 내부를 의미한다. "아웃보드"는 반경방향 외부 또는 블레이드 팁을 향한 부분을 의미한다. 각 블레이드의 인보드 부분은 강도를 위해 허브를 향한 에어포일 시위에 수직으로 점진적으로 더 두꺼워지며, 통상적으로, 장착의 용이성을 위해 허브에 인접해서는 원통형이 되어, 블레이드 피치 조절 메커니즘과 인터페이스를 형성한다. 상대적 공기 유입 각도는 도입 바람에 대해 증가하는 블레이드 속도에 기인하여 회전 중심으로부터 거리에 따라 변한다. 제조상의 이유로, 블레이드의 시위 각도 또는 비틀림(twist) 각도는 기류 방향에 대해 블레이드 에어포일 섹션의 최적의 배향을 제공하기 위해 충분히 신속하게 변할 수 없어서, 루트에 근접하여 증가하는 과도한 어택 각도를 초래한다. 이들 인보드 부분은 코닝각(coning angle), 풍속 변동 및 블레이드의 낮은 속도에 기인한 어택 각도의 높은 변동을 받게 된다. 블레이드 두께, 에어포일 형상의 구조적 한계 및 높은 어택 각도에 기인하여, 블레이드의 인보드 부분은 항공 역학적으로 비효율적이며, 심지어 영구적으로 실속됨으로써(stalled) 바람 에너지 변환 효율을 감소시킬 수 있다. 여기서, "어택 각도"는 블레이드 회전을 고려한, 상대적 바람 벡터와 에어포일 시위선(chord line) 사이의 각도를 의미한다. 실속 상태는 어택 각도가 너무 높고 에어포일의 흡입 측부 위를 지나는 공기가 블레이드의 표면으로부터 분리되어 분리된 유동 영역을 생성할 때 발생한다. 따라서, 블레이드의 인보드 영역은 낮은 양력(lift) 및 결과적으로 낮은 토크를 생성하며, 따라서, 윈드 터빈의 파워에 거의 기여하지 않는다. 슬랫 및 플랩을 포함하는 유동 변경 장치가 윈드 터빈 블레이드에 추가되어 그 국지적 및 전체적 항공 역학 성능을 개선시킨다.
본 발명이 도면을 참조하여 이하의 설명에서 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈드 터빈 로터의 다운윈드(downwind) 측부를 도시하고 있는 도면이며,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈드 터빈 블레이드의 인보드 부분의 사시도이며,
도 3은 횡단면에서 종래 기술 윈드 터빈 블레이드 에어포일 프로파일을 도시하고 있는 도면이며,
도 4는 슬랫의 횡단면에서 플랫백 슬랫(flatback slat) 에어포일 프로파일을 도시하고 있는 도면이며,
도 5는 도 1의 라인 5-5를 따라 취한 윈드 터빈 블레이드의 내부 부분의 프로파일을 도시하고 있는 도면이며,
도 6은 종래 기술 슬랫과 블레이드 프로파일을 도시하고 있는 도면이며,
도 7은 스파 캡에 대한 본 발명의 슬랫의 일 실시예의 부착을 도시하고 있는 도면이며,
도 8은 와류 흘림(voltex shedding)을 생성하는 플랫백 슬랫을 도시하고 있는 도면이며,
도 9는 플랫백 후단 에지의 중간 두께로부터 후방으로(aft) 연장하는 스플리터 플레이트를 도시하고 있는 도면이며,
도 10은 슬랫의 흡입 측부와 동일 평면의 플랫백 후단 에지로부터 후방으로 연장하는 스플리터 플레이트를 도시하고 있는 도면이며,
도 11은 플랫백 후단 에지로부터 하향으로 각도를 이루는 스플리터 플레이트를 도시하고 있는 도면이며,
도 12는 플랫백 슬랫이 윈드 터빈 로터의 스피너(spinner)에 부착되어 있는 일 실시예를 도시하고 있는 도면이며,
도 13은 중간점으로부터 후단 에지 두께의 상부 부분까지 스플리터 플레이트가 이동하는 플랫백 후단 에지의 일 실시예의 후면도이며,
도 14는 슬랫의 반경방향 스팬을 따라 테이퍼진 두께를 갖는 플랫백 후단 에지의 일 실시예의 후면도이며,
도 15는 슬랫의 전방 흡입 측부를 따라 와류 생성기를 구비하는 플랫백 슬랫의 일 실시예의 흡입측 측면도이며,
도 16은 와류 생성기를 구비한 플랫백 슬랫의 프로파일을 도시하고 있는 도면이며,
도 17은 상대적 바람의 유입 각도의 8°변동을 갖는 터빈 블레이드를 중심으로 한 유동 각도의 변동의 예시적 윤곽을 도시하고 있는 도면이며,
도 18은 종래 기술 다중 요소 에어포일의 평균 캠버 라인(mean camber line)을 도시하고 있는 도면이며,
도 19는 본 발명의 일 실시예의 다중 요소 에어포일의 평균 캠버 라인을 도시하고 있는 도면이다.
도 1은 일반적으로 회전 디스크 또는 평면(23)에서 회전하는, 때때로 에어포일 또는 주 요소라 지칭되는, 반경방향 배향 블레이드(22)를 구비하는 윈드 터빈 로터(20)의 다운윈드 측부를 도시하고 있다. 회전 요소만이 이 도면에 예시되어 있으며, 전형적 기관실(nacelle) 및 윈드 터빈의 타워는 예시되어 있지 않다. 각 메인 블레이드(22)는 반경방향 인보드 단부 또는 루트(24)를 구비한다. 루트(24)는 스피너(28)라 지칭되는 커버를 구비할 수 있는 공통 허브(26)에 부착되어 있다. 각 블레이드는 공기 역학적 지주(32) 또는 로드 또는 실속 펜스 같은 장착 구조체에 의해 각 블레이드(22)의 인보드 부분 위에 장착된, 본 명세서에 설명된 바와 같은 공기 역학적 플랫백 슬랫(30F)을 구비한다.
도 2는 선단 에지(42)와 후단 에지(44) 사이에 흡입 측부(40)와 압력 측부(38)를 구비하는 블레이드(22)의 인보드 부분(36)의 사시도이다. 횡단면 프로파일은 루트(34)의 원통형(Pc)으로부터 블레이드(22) 상의 가장 긴 현의 위치인 견부(37)의 또는 견부를 지나서의 에어포일 형상(Pa)까지 변할 수 있다. 후술된 바와 같은 플랫백 슬랫(30F)이 도시되어 있다.
도 3은 압력 측부(38)와 흡입 측부(40)를 갖는 종래 기술 윈드 터빈 블레이드 에어포일 프로파일(Pa)을 예시한다. 직선 시위선(Ch)은 선단 에지(42)와 후단 에지(44) 사이에 걸쳐진다. 시위선(Ch)의 길이는 에어포일 시위 길이이다. 평균 캠버 라인(Ca)은 압력 측부(38)와 흡입 측부(40) 사이의 중간점의 세트이다. 평균 캠버 라인(Ca)은 에어포일(Pa)이 시위선(Ch)을 중심으로 대칭인 경우 시위선(Ch)과 일치한다. 에어포일의 시위 길이에 대한 최대 두께(Tm)는 에어포일 프로파일의 두께 또는 얇기의 정도를 규정하기 위해 사용될 수 있다.
벡터(Vw)는 로터의 영향 외부의 풍속을 나타낸다. 축방향 자유-스트림 벡터(Va)는 축방향 유도 인자(α)에 의한 풍속(Vw)의 감속 이후 블레이드(22)에서의 공기 유입의 축방향 성분을 나타낸다. 아래의 공지된 공식에서, U1은 로터의 영향 외부의 풍속이고, U2는 로터에서의 풍속이다.
Figure pat00001

접선방향 속도성분(Vt)과 Va를 조합하는 것은 회전 평면(23)에 대해 각도(Φ)의 상대적 유입 벡터(Vr)를 제공한다. 어택 각도(AoA)는 시위선(Ch)과 상대적 유입 벡터(Vr) 사이의 각도이다. 비틀림 각도(θ)는 시위선(Ch)과 회전 평면(23) 사이의 각도이다. 양력 벡터(L)는 상대적 유입 벡터(Vr)에 수직이다. 항력 벡터(D)는 유입 벡터(Vr)에 나란하게 후방으로 지향된다.
윈드 터빈 에어포일을 위한 설계 목표는 축방향 자유 스트림 벡터 Va ≒ Vw·2/3을 제공하는 약 1/3의 축방향 유도 인자(α)일 수 있다. 그러나, 축방향 유도 인자(α)는 공기 역학적 실속 또는 분리에 기인하여 블레이드의 내부 부분(36) 상에서 1/3보다 매우 작을 수 있으며, 공기 역학적 실속 또는 분리는 동작 조건, 비효율적 에어포일 형상 및 에어포일의 높은 어택 각도의 넓은 동작 범위하에서 비교적 높은 두께(Tm)에 기여할 수 있다. 슬랫은 본 발명의 양태에 준하여 주 블레이드의 이러한 영역을 따른 양력에 대해 최적화될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들과 함께 사용될 수 있는 바와 같이 플랫백 슬랫(30F)의 프로파일을 도시하고 있으며, 이는 선단 에지(43F)로부터 플랫백 후단 에지(44F)의 중간점까지의 시위선(ChF) 및 평균 캠버 라인(CaF)을 갖는다. 본 명세서의 플랫백 슬랫은 플랫백 후단 에지(44F)를 갖는 슬랫이다. 이는 후단 에지가 횡단면 프로파일에서 슬랫(30F)의 시위선(ChF)에 대해 또는 평균 캠버 라인(CaF)에 대해 일반적으로 ±40°또는 ±30°인 평탄한 또는 일반적으로 평탄한 표면을 포함한다. 플랫백 후단 에지(44F)는 슬랫의 횡단 프로파일에서 흡입 측부(40F)와 압력 측부(38F) 사이에서 측정된 두께(Tf)를 갖는다. 두께(Tf)는 다양한 실시예에서의 슬랫의 시위 길이의 5-30% 또는 5-12.5% 또는 슬랫(30F)의 시위 길이(ChF)의 5% 이상일 수 있다. 플랫백 후단 에지(44F)의 두께는 도 14에 도시되어 있는 바와 같이 주 블레이드 요소의 루트(24)로부터 거리가 증가함에 따라 감소할 수 있다.
도 5는 도 3에서보다 더 큰 어택 각도(AoA)에서 유입(Vr)을 수용하는 주 블레이드(22)의 내부 부분의 예시적 프로파일을 도시하고 있다. 실속된 또는 분리된 기류 영역(46)이 도시되어 있다. 기류가 -10°와 30° 사이의 임의의 위치의 유입 어택 각도와 같은 주 블레이드 요소에 대한 유입 각도(Φ)에서 8°이상의 변동 전반에 걸쳐 ±6°또는 ±4°로 나란한 것 같이 흡입 측부(40)에 일반적으로 기류가 나란한 주 블레이드 요소(22)의 전방 흡입 측부(40) 위의 구역(48)이 존재한다. 이는 구역(48) 내의 유동 라인에 대한 접선이 흡입 측부(40)의 프로파일에 대한 각각의 접선에 대해 일반적으로 ±6°또는 ±4°로 나란한 것을 의미한다. 또한 참조번호 48로 본 명세서에서 표시되어 있는 유사한 구역 내에서, 주 블레이드 요소(22)에 대한 어택 각도(AoA)의 N°의 변화가 주 블레이드 요소에 대한 유입 각도(Φ)에서 8°이상의 변동의 전반에 걸쳐 단지 N/2까지의 슬랫에 대한 유입 각도의 변화를 초래한다. 본 발명자는 슬랫(30F)이 이 구역(48) 내에 배치되어 있는 경우 또는 적어도 슬랫(30F)의 선단 에지(42F)가 이 구역(48)에 배치되는 경우, 슬랫은 주 요소(22)의 어택 각도(AoA)의 범위에 걸쳐 더욱 일정한 공기 유입 각도를 수용한다는 것을 인지하였다. 이는 구역(48)의 전방에 슬랫을 위치시키는 종래 기술 장치보다 더 넓은 범위의 동작 조건(AoA의 높은 변동) 하에서 효과적인 슬랫 성능을 가능하게 한다.
일 실시예에서, 슬랫(30F)은 그 선단 에지(42)에서 주 블레이드 요소(22)의 평균 캠버 라인(Ca)에 수직으로 그려진 라인(50) 배후에 배치될 수 있다. 슬랫은 슬랫의 반경방향 스팬 전반에 걸쳐 주 블레이드 요소(22)의 인보드 부분의 흡입 측부(40)로부터 예시된 단면도의 최소 거리 지점에서 측정된 거리(43)로 이격될 수 있다. 주 블레이드 요소(22)의 흡입 측부(40)로부터의 슬랫(30F)의 거리(43)는 예컨대 주 블레이드 요소(22)의 선택된 시위 길이(Ch)의 5% 내지 10%일 수 있다. 선택된 시위 길이(Ch)는 견부(47)에서의 최대 시위 길이일 수 있거나(도 2) 슬랫의 스팬을 따른 주 블레이드 요소(22)의 평균 시위 길이일 수 있다. 대안적으로, 간격 거리(43)는 슬랫의 반경방향 스팬을 따른 그 횡단면에 대하여 결정되어 거리(43)가 슬랫의 스팬을 따라 변하게 할 수 있다. 슬랫(30F)의 시위 길이(ChF)는 예컨대 다양한 실시예의 주 블레이드 요소의 선택된 또는 국지적 시위(Ch)의 예컨대 10% 내지 40% 또는 12.5% 내지 40% 또는 15% 내지 40%일 수 있다.
슬랫 시위선(ChF)은 플랫백 후단 에지(44F)의 중간점과 선단 에지(42F) 사이의 슬랫(30F)의 횡단면당 규정될 수 있다. 주 요소(22)의 각각의 시위선(Ch)과 슬랫(30F)의 시위선(ChF) 사이의 발산 각도(51)는 예컨대 10°내지 30°일 수 있다. 도 6에 도시되어 있는 바와 같은 종래의 슬랫(30P)은 선단 에지(42)의 전방에 일반적으로 위치되며, 70°내지 90°의 Ch와 ChF 사이의 시위 발단 각도(51)를 갖는다. 이들은 슬랫 양력을 위해서가 아니라 주 요소 상의 실속을 지연시키기 위해 위치된다. 이들은 약간의 양력을 생성할 수 있지만 단지 높은 어택 각도에서만 그러하다. 본 발명의 슬랫(30F)은 슬랫의 반경방향 스팬 전반에 걸쳐 구역(48)에 위치될 수 있거나, 적어도 선단 에지(42F)가 그렇게 배치될 수 있다. 이는 슬랫(30F)을 위치 설정하며, 여기서, 이는 동작 조건의 넓은 범위에 걸쳐 양력을 제공할 수 있다. 또한, 이 위치는 슬랫이 도 7에 도시되어 있는 바와 같이 주 블레이드 요소(22)의 스파 캡(56)에 부착될 수 있게 하며, 여기서 이는 도 6의 기존 슬랫 위치에서 보다 견고히 부착되기 용이하며 개장 부착 키트를 실용적이 되게 한다. 이런 키트는 슬랫(30F)과, 기존 윈드 터빈 로터에 슬랫을 연결하기 위한 로드(58) 또는 지주(32)(도 2) 같은 지지 구조체 및 선택적으로, 스크류, 블라인드 볼트 및/또는 접착제 같은 체결 장치를 포함할 수 있다. 시위 발산 각도(51)는 주 블레이드 요소(22)의 루트(24)로부터 거리를 두고 슬랫의 스팬에 걸쳐 감소될 수 있으며, 그 이유는 반경방향 스팬의 함수로서 비틀림이 주 요소(22)와 슬랫(30F) 사이에서 다르고, 즉, 슬랫의 비틀림 율은 슬랫의 반경방향 스팬을 따른 주 요소(22)의 대응 비틀림 율을 초과할 수 있다.
도 8은 일부 조건 하에서 발생할 수 있는 바와 같은 폰 카르만 와류 흘림(von Karman vortex shedding)을 생성하는 플랫백 슬랫(30F)을 도시하고 있다. 이를 피하기 위해, 도 9는 플랫백 후단 에지(44F)로부터 후방으로 연장하는 스플리터 플레이트(52)를 도시하고 있다. 스플리터 플레이트(52)는 다른 방식에서는 후단 에지(44F)에 대해 두 개의 고정 와류(54)를 보유함으로써 와류 흘림이 발생하게될 때에도 와류 흘림을 방지한다. 이는 슬랫의 유효 시위 길이(ChF)를 연장하며, 슬랫의 흡입 측부 위의 유동을 위한 표면외 압력 회복을 촉진한다. 흘림 와류는 플랫 후단 에지(44F)를 가로질러 진동/요동 압력 필드를 생성하며, 따라서, 대량의 압력 항력을 생성한다. 스플리터 플레이트(52)를 추가하고, 스탠딩 와류(54)를 생성함으로써, 요동하는 유동은 준정적 유동으로 대체되며, 항력이 감소된다. 추가적 이득은 슬랫의 공기 역학적 영향이 추가적 하류로 연장되며, 이는 주 요소와 슬랫 사이의 유동을 추가로 가속시키고 주 요소(22) 상의 유동 분리의 발생을 지연시킨다는 것이다. 스플리터 플레이트(52)는 예컨대 슬랫의 시위 길이의 5% 이상의 거리만큼 플랫백 후단 에지로부터 카르만 와류 흘림을 방지하는데 유효한 거리만큼 플랫백 후단 에지(44F)로부터 후방으로 연장할 수 있다. 일 실시예에서, 스플리터 플레이트(52)는 플랫백 후단 에지의 두께(Tf)의 중간점으로부터 플랫백 후단 에지(44F)로부터 후방으로 연장할 수 있다. 일 실시예에서, 스플리터 플레이트(52)는 플랫백 후단 에지(44F)에 대해 일반적으로 ±20°로 배향될 수 있다. 도 10에서, 스플리터 플레이트(52)는 슬랫(30F)의 흡입 측부(40F)와 동일 평면의 플랫백 후단 에지로부터 후방으로 연장함으로써, 슬랫의 흡입 측부의 후향 연장부를 형성하며, 슬랫 상의 양력을 증가시킨다. 도 11에서, 스플리터 플레이트(52)는 플랫백 슬랫 후단 에지(Tf)에서 캠버 라인(CaF)에 대해 30°까지 같은 주 블레이드 요소를 향해 또는 하향 각져있다. 이는 주 블레이드 요소(22)와 슬랫 사이의 노즐 효과를 증가시킨다. 스플리터 플레이트(52)는 플랫백 후단 에지(44F)의 두께(Tf)의 20% 미만의 두께를 가질 수 있으며, 이는 평탄한 플레이트일 수 있다. 스플리터 플레이트(52)는 플랫백 후단 에지(44F)에 인접한 하나 이상의 고정 와류를 위한 공간을 남길 수 있으며, 즉, 이는 압력 및 흡입 측부들(38F, 40F) 양자 모두의 동일 평면의 연장부를 형성하지 않는다. 스플리터 플레이트(52)는 도 13에서 추후에 도시되어 있는 바와 같이, 슬랫(30F)의 인보드 단부(30A)의 플랫백 후단 에지(44F)의 두께(Tf) 상의 중간점으로부터 슬랫의 아웃보드 단부(30B)에서 플랫백 후단 에지의 상부 부분까지 이동할 수 있다.
도 12는 플랫백 슬랫(30F)이 블레이드(22)의 인보드 부분을 따라 연장하고 그에 인접하게 이격되도록 윈드 터빈 로터(20)의 허브(26)에 부착되는 일 실시예를 도시하고 있다. 본 실시예는 기존 윈드 터빈 로터에 슬랫(30F)을 부착하기 위한 개장 키트(retrofit kit)에 제공될 수 있다. 예로서, 키트의 지지 구조체는 허브 또는 스피너에 볼트 결합될 수 있는 링, 플레이트 또는 브래킷을 포함할 수 있다. 대안적으로, 지지 구조체는 슬랫 장착부로 제조된 교체 스피너를 포함할 수 있다.
도 13은 슬랫의 인보드 단부(30A)에서 플랫백 후단 에지(44F)의 두께(Tf)의 중간점으로부터 슬랫의 아웃보드 단부(30B)의 플랫백 후단 에지(44F)의 상부 부분까지 이동하는 스플리터 플레이트(52)를 구비하는 플랫백 후단 에지(44F)의 일 실시예의 후면도를 도시하고 있다.
도 14는 주 블레이드 요소의 루트로부터의 거리 증가에 따라 플랫백 후단 에지의 두께(Tf)가 감소하는, 플랫백 후단 에지(44F)의 일 실시예의 후면도를 도시하고 있다. 슬랫의 인보드 단부(30A)는 슬랫의 아웃보드 단부(30B)보다 주 블레이드 요소의 루트(24)에 더 근접한다.
도 15는 흡입 측부(40F), 선단 에지(42F), 후단 에지(44F) 및 슬랫(30F)의 전방 흡입 측부(40F)를 따른 복수의 와류 생성기(60)를 구비하는 플랫백 슬랫(30F)의 일 실시예의 흡입측 측면도를 도시하고 있다. 도 16은 압력 측부(38F), 흡입 측부(40F), 선단 에지(42F), 후단 에지(44F), 시위선(ChF), 평균 캠버 라인(CaF) 및 와류 생성기를 구비하는 플랫백 슬랫(30F)의 프로파일을 도시하고 있다. 와류 생성기(60)의 높이(Hv)는 예로서 슬랫 상의 경계 층 두께의 80% 이상일 수 있다. 와류 생성기(60)는 플랫백 슬랫의 후방 흡입 측부 상의 유동 분리를 감소시킨다. 이들은 또한 플랫백 후단 에지(44F) 배후의 와류 흘림을 감소시킬 수 있다. 이들은 전술된 스플리터 플레이트(52)와 상승 작용적으로 사용될 수 있거나, 이들은 스플리터 플레이트 없이 사용될 수 있다. 슬랫 상의 그 효과에 추가로, 이들은 또한 주 블레이드 요소(22)의 흡입 측부(40) 상의 유동 분리를 감소시킬 수 있다. 슬랫을 설치하기 위해 전술된 개장 옵션은 슬랫(30F) 상의 와류 생성기(60)를 통한 주 블레이드(22) 상의 유동 분리를 감소시키는 방식을 제공한다.
도 17은 상대적 바람의 유입 각도(Vr)의 8°변동을 갖는 터빈 블레이드를 중심으로한 유동 각도의 변동의 예시적 윤곽을 도시하고 있다. 이런 윤곽으로부터, 전술된 바와 같은 유입 각도의 감소된 변동 또는 나란한 유동의 구역(48)은 내부에 슬랫(30F)을 위치 설정하도록 선택될 수 있다.
도 18은 조합된 다중 요소 에어포일(22C)의 유효 길이를 연장시키는 주 에어포일 요소(22)의 전방에 위치된 종래 기술 슬랫(30P)을 도시하고 있다. 다중 요소 에어포일(22C)의 평균 캠버 라인(CaC)은 전방으로 연장하지만 곡률은 변하지 않는다. 결과적으로, 종래의 슬랫(30P)은 모든 어택 각도에서 양력을 증가시키지 않는다. 도 19에 도시되어 있는 바와 같이, 구역(48)에 위치된 본 발명의 슬랫(30F)(도 5에 도시됨)은 다중 요소 에어포일(22C)의 유효 평균 캠버 라인(CaC)의 곡률을 증가시키며, 따라서, 모든 어택 각도에서 생성하는 양력을 증가시킨다.
본 발명의 다양한 실시예가 여기서 도시 및 설명되어 있지만, 이런 실시예는 단지 예로서 제공되어 있는 것이라는 것이 명백하다. 여기서의 본 발명으로부터 벗어나지 않고 다수의 변형, 변경 및 치환이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위의 개념 및 범주에 의해서만 한정되는 것이 의도된다.

Claims (20)

  1. 반경방향 인보드 부분을 포함하는 주 블레이드 요소, 및
    상기 인보드 부분의 반경방향 스팬(span)을 따른 주 블레이드 요소에 인접하게 이격된 플랫백 후단 에지를 포함하는 플랫백 슬랫을 포함하는,
    윈드 터빈 블레이드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랫백 후단 에지는 슬랫의 시위선(chord line)에 대해 또는 슬랫의 평균 캠버 라인(mean camber line)에 대해 보통 ±30°인 일반적으로 평탄한 표면을 포함하는,
    윈드 터빈 블레이드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랫백 후단 에지의 두께는 주 블레이드 요소의 루트로부터 거리가 증가함에 따라 슬랫의 반경방향 범위를 따라 감소하는,
    윈드 터빈 블레이드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 블레이드의 선단 에지에서 주 블레이드 요소의 평균 캠버 라인에 수직으로 라인이 규정되고, 슬랫은 상기 라인의 배후에 배치되고, 슬랫의 반경방향 스팬 전반에 걸쳐 주 블레이드 요소의 인보드 부분의 흡입 측부로부터 이격되는,
    윈드 터빈 블레이드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬랫의 선단 에지의 적어도 일부는 나란한 유동의 구역 내에 배치되고, 동작 기류는 주 블레이드 요소에 대해 유입 각도의 8°이상의 변동 전반에 걸쳐 주 블레이드 요소의 흡입 측부에 대해 ±6°로 나란히 유동하는,
    윈드 터빈 블레이드.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 슬랫은 슬랫의 반경방향 스팬 전반에 걸쳐 나란한 유동의 구역 내에 배치되는,
    윈드 터빈 블레이드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬랫의 적어도 선단 에지는 감소된 유입 각도 변동의 구역 내에 배치되며, 주 블레이드 요소에 대한 동작 공기 유입의 각도는 주 블레이드 요소의 시위선에 대해 N°만큼 변하고, 슬랫에 대한 결과적 공기 유입의 각도는 주 블레이드 요소에 대한 유입 각도가 8°이상의 변동 전반에 걸쳐 슬랫의 시위선에 대해 단지 N/2도까지만큼만 변하는,
    윈드 터빈 블레이드.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 슬랫은 슬랫의 반경방향 스팬을 따라 주 블레이드 요소의 선택된 시위(chord) 길이의 5% 내지 10%의 거리만큼 주 블레이드 요소의 흡입 측부로부터 이격되고, 슬랫은 슬랫의 반경방향 스팬 전반에 걸쳐 감소된 유입 각도 변동의 구역 내에 배치되는,
    윈드 터빈 블레이드.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬랫은 또한 주 블레이드 요소의 허브의 스피너에 부착되는,
    윈드 터빈 블레이드.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬랫 및 주 블레이드 요소를 통한 각 횡단면에 대해, 슬랫의 시위선은 10°내지 30°의 주 블레이드 요소의 각각의 시위선과의 각도를 형성하는,
    윈드 터빈 블레이드.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 각도는 슬랫의 반경방향 스팬을 따른 주 블레이드 요소의 대응 비틀림을 초과하는 슬랫의 비틀림을 통해 주 블레이드 요소의 루트로부터의 거리 증가에 따라 감소하는,
    윈드 터빈 블레이드.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랫백 후단 에지로부터 와류 흘림을 방지하는 데 유효하게 플랫백 후단 에지로부터 후방으로 연장하는 스플리터 플레이트를 더 포함하는,
    윈드 터빈 블레이드.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 스플리터 플레이트는 슬랫의 시위 길이의 5% 이상의 거리만큼 플랫백 후단 에지의 두께의 중간점으로부터 플랫백 후단 에지로부터 후방으로 연장하는,
    윈드 터빈 블레이드.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 스플리터 플레이트는 플랫백 후단 에지에 대해 보통 ±20°로 배향되는,
    윈드 터빈 블레이드.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 스플리터 플레이트는 플랫백 슬랫의 시위선에 대해 30°까지의 각도로 주 블레이드 요소를 향해 각도를 이루는,
    윈드 터빈 블레이드.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 스플리터 플레이트는 슬랫의 흡입 측부와 동일 평면의 플랫백 후단 에지로부터 후방으로 연장하고, 슬랫의 흡입 측부의 후방 연장부를 형성하는,
    윈드 터빈 블레이드.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 스플리터 플레이트는 슬랫의 인보드 단부에 있는 플랫백 후단 에지의 두께 상의 중간점으로부터 슬랫의 아웃보드 단부에 있는 플랫백 후단 에지의 상부 부분까지 이동하는,
    윈드 터빈 블레이드.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬랫의 전방 흡입 측부를 따른 복수의 와류 생성기를 더 포함하는,
    윈드 터빈 블레이드.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 블레이드 요소의 흡입 측부 스파 캡에 슬랫을 부착하는 지지 구조체를 더 포함하는,
    윈드 터빈 블레이드.
  20. 플랫백 후단 에지를 포함하는 슬랫, 및
    윈드 터빈 블레이드의 인보드 부분에 인접하게 이격된 상태로 이 부분을 따라 슬랫을 부착하기 위한 지지 구조체 및 관련 체결 메커니즘을 포함하는,
    키트.
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