專利名稱：一種風(fēng)力機(jī)葉片翼型族的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力機(jī)葉片翼型族，特別涉及一種風(fēng)力機(jī)葉片的鈍尾緣厚翼型族。
背景技術(shù)：
隨著世界能源問題日益突出，風(fēng)能作為環(huán)境友好的可再生能源得到迅速發(fā)展。風(fēng) 力機(jī)葉片是風(fēng)電機(jī)組的核心部件，而葉片又是由翼型沿其展向疊加而成，因此翼型性能的 好壞直接決定了風(fēng)電機(jī)組性能的優(yōu)劣。隨著風(fēng)電機(jī)組不斷大型化發(fā)展，葉片越來越長，特別 是葉片根部對翼型的結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)特性都有更高的要求，因此設(shè)計(jì)開發(fā)厚翼型、鈍尾緣翼型 成為必然需求。增加翼型厚度能夠提高翼型的結(jié)構(gòu)特性，但是隨著翼型厚度的增加，翼型氣動(dòng)性 能會降低，比如翼型的最大升力系數(shù)和最大升阻比會降低，翼型的前緣粗糙敏感性會增加 等。而采用鈍尾緣能夠在滿足翼型結(jié)構(gòu)特性的同時(shí)提高厚翼型的氣動(dòng)特性，增加翼型尾緣 厚度可以減小翼型吸力面的負(fù)壓梯度，延遲翼型湍流分離，從而提高翼型升力系數(shù)、降低翼 型前緣粗糙敏感性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種風(fēng)力機(jī)葉片專用的鈍尾緣厚翼型族，以適應(yīng)風(fēng)力機(jī)大 型化發(fā)展，將厚翼型用于葉片根部以取代傳統(tǒng)的圓柱型結(jié)構(gòu)，從而提高葉片性能。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明提供的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族，包含第一至第四不同相對厚 度的翼型，所述的相對厚度是各翼型上下兩個(gè)面之間的最大厚度與弦線的長度的比值；
每個(gè)翼型均由前緣、尾緣、吸力面、壓力面組成；
尾緣具有從前緣至尾緣弦長59Tll%的厚度，壓力面為四個(gè)不同程度的S形后加載； 該翼型族的相對厚度為45%-60% ；
該翼型族的最大相對厚度的位置在距前緣點(diǎn)32. 19Γ33.洲弦長處； 其中，第一至第四個(gè)翼型的幾何外形，是由壓力面和吸力面上各點(diǎn)的無量綱二維坐標(biāo) 平滑連接形成，所述的無量綱二維坐標(biāo)是各點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)與弦長的比值。本發(fā)明的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族的具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、本發(fā)明的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族在幾何結(jié)構(gòu)上滿足了大型風(fēng)力機(jī)葉片片根部翼型的結(jié) 構(gòu)要求；
2、本發(fā)明的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族具有優(yōu)良的氣動(dòng)特性，有效改善了葉片性能，可提高葉 片根部的升力系數(shù)、升阻比，減小葉片根部的粗糙敏感性；
3、本發(fā)明的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族可減小葉片的重量，降低葉片成本。


圖1為應(yīng)用本發(fā)明翼型族構(gòu)造的一個(gè)風(fēng)力機(jī)葉片的透視圖。圖2為本發(fā)明的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族的復(fù)合圖。圖3為本發(fā)明的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族的第一翼型的輪廓圖。圖4為本發(fā)明的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族的第二翼型的輪廓圖。圖5為本發(fā)明的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族的第三翼型的輪廓圖。圖6為本發(fā)明的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族的第四翼型的輪廓圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明加以詳細(xì)說明，應(yīng)指出的是，所描述的具體實(shí)施例僅旨在 便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用?，F(xiàn)在參照圖1，圖1顯示了使用本發(fā)明的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族A的風(fēng)力機(jī)葉片B。本 發(fā)明的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族優(yōu)選的可以用于水平軸風(fēng)力機(jī)葉片。葉片B包括緊鄰輪轂(未顯 示)的內(nèi)側(cè)區(qū)110、外側(cè)區(qū)120和葉尖區(qū)130。一般地，內(nèi)側(cè)區(qū)110約占葉片100展長的50%， 外側(cè)區(qū)約占葉片100展長的30%,葉尖區(qū)130約占葉片100展長的20%。圖2顯示了本發(fā)明風(fēng)力機(jī)翼型族A。翼型族A包括有前緣A00、吸力面A20、尾緣 A10、壓力面A30。弦線A40從翼型族A的每個(gè)前緣AOO延伸到尾緣A10。圖2中所示第一 翼型150、第二翼型160、第三翼型170、第四翼型180的前緣角度、吸力面厚度、尾緣厚度、壓 力面弧度、翼型厚度等均不相同，適合使用在圖1所示的葉片B的內(nèi)側(cè)區(qū)110。各翼型之間都具有良好的幾何兼容性，在葉片中各翼型斷面按照本領(lǐng)域中公知的 方法，由連接任何兩個(gè)相鄰翼型形狀之間的相應(yīng)部分的過渡面連接，翼型橫斷面按照公知 的方法可以變換角度，以便對葉片輸入有效的阻力，從而形成由空氣動(dòng)力性能要求所確定 的變化的葉片迎角。翼型厚度是指翼型上下表面之間的距離，最大厚度與弦長的比值稱為翼型的相對 厚度。本發(fā)明中翼型族 A的相對厚度的范圍為45%-60%，最大厚度的位置在距前緣點(diǎn) 32. 19Γ33. 2%%弦長處。適用于葉片長度20米以上、功率MW以上的、失速型或變槳型的風(fēng)力 機(jī)。本發(fā)明的翼型族在Re=3X106的工況下，具有高的升力系數(shù)，小攻角時(shí)失速范圍較小。 從翼型族A的外部幾何特征上可以看出，在本發(fā)明中，優(yōu)選的，翼型族A的尾緣AlO都有一 定的厚度，厚度范圍為59Tll%弦長，壓力面具有的不同程度的S型后加載。隨著翼型厚度 的增加，翼型分離失速的形式從尾緣分離轉(zhuǎn)到壓力面分離，本翼型族的相對厚度大于45%， 翼型會在小攻角是就出現(xiàn)壓力面分離，增加翼型尾緣厚度會有效改善這種情況。翼型若采 用較大的S型后加載會使翼型在小攻角下壓力面出現(xiàn)大范圍分離，而太小的S型后加載雖 然會抑制小攻角時(shí)壓力面分離，但會使翼型升力系數(shù)較低。本翼型族從兩方面綜合考慮，使 翼型具有合適的S型后加載形狀。圖3-圖6顯示了本發(fā)明翼型族A所包含的四個(gè)翼型的實(shí)施例，各實(shí)施例中翼型的 外形輪廓。表1-8中吸力面欄分別列出本發(fā)明翼型族A的第一翼型150、第二翼型160、第三 翼型170以及第四翼型180吸力面的無量綱二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)。每個(gè)翼型的弦線從前緣延伸至尾緣，弦線的長度為弦長，每個(gè)翼型吸力面上的各點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)除以該翼型的弦 長后得到該翼型吸力面的無量綱幾何坐標(biāo)。表1-8中壓力面欄分別列出上述翼型壓力面的 無量綱二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)。每個(gè)翼型壓力面上的各點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)除以該翼型的弦長后 得到該翼型壓力面的無量綱幾何坐標(biāo)。根據(jù)表中所列數(shù)據(jù)點(diǎn)由樣條曲線光滑連接即可分別 形成上述翼型的吸力面和壓力面輪廓。第一、第二、第三翼型、第四翼可以作為風(fēng)力機(jī)葉片 內(nèi)側(cè)區(qū)翼型。表中x/c值表示吸力面或者壓力面上的某點(diǎn)在弦線方向上相對于前緣的位置，y/ c值表示從弦線到吸力面或者壓力面上某點(diǎn)的高度。表中描述翼型的無量綱二維坐標(biāo)數(shù)據(jù) 可以放大和縮小而保持翼型的形狀不變，坐標(biāo)的縮放方案為表1-8中的χ、y坐標(biāo)值乘以或 除以不為零的常數(shù)，繼而得到滿足設(shè)計(jì)要求的不同弦長大小的翼型。下面具體說明每個(gè)翼型
圖3顯示了本發(fā)明翼型族A的第一翼型150，優(yōu)選的，該翼型的相對厚度為45%，用于葉 片B的內(nèi)側(cè)區(qū)110。翼型在雷諾數(shù)在3X106的工況下進(jìn)行工作，并且同風(fēng)力機(jī)專用翼型族 A中其他翼型有著良好的幾何兼容性。
第一翼型150具有第一翼型前緣151，第一翼型弦線152，第一翼型吸力面153，第一翼 型尾緣154，第一翼型壓力面155。第一翼型弦線152從第一翼型前緣151延伸至第一翼型 尾緣154。第一翼型150的第一翼型吸力面153優(yōu)選的，按照表1中壓里面欄中列出的無量 綱二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)光滑連接所形成。具體形狀在表1、2中以無量綱坐標(biāo)形式給出。x/c值表示吸力面153或壓力面155 上某點(diǎn)在弦線152方向上相對于前緣151的位置，y/c值則表示從弦線152到吸力面153或 壓力面155上某點(diǎn)的高度。這些值是作為相同的常數(shù)或數(shù)量的函數(shù)可縮放的，以提供比例 放大或縮小而形狀保持不變的翼型。表1第一翼型吸力面
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力機(jī)葉片翼型族，所述的翼型族(A)包含第一至第四不同相對厚度的翼型 (150、160、170、180)，所述的相對厚度是各翼型上下兩個(gè)面之間的最大距離與弦長(c)的比 值，所述的弦長(c)是翼型前緣到尾緣的弦線(A40)的長度，其特征在于每個(gè)翼型均由前緣(A00)、尾緣(A10)、吸力面(A20)、壓力面(A30)組成； 所述翼型族(A)的尾緣厚度為59Tll%弦長； 所述翼型族(A)的壓力面為S形后加載； 所述翼型族(A)的相對厚度為45%-60% ；所述翼型族(A)的最大相對厚度的位置在距前緣32. 19Γ33. 2%弦長處； 其中，每個(gè)翼型的幾何外形，由壓力面和吸力面上各點(diǎn)的無量綱二維坐標(biāo)平滑連接形 成，所述的無量綱二維坐標(biāo)是各點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)與弦長的比值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族，其中，第一翼型(150)的吸力面和壓力面 的無量綱二維坐標(biāo)分別為第一翼型(150)吸力面
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族，其中，第二翼型(160)吸力面和壓力面的 無量綱二維坐標(biāo)分別為 第二翼型(160)吸力面
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族，其中，第三翼型(170)吸力面和壓力面的 無量綱二維坐標(biāo)分別為 第三翼型(170)吸力面
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族，其中，第四翼型(180)吸力面和壓力面的 無量綱二維坐標(biāo)分別為 第四翼型(180)吸力面
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族，其特征在于，所述的風(fēng)力機(jī)葉 片翼型族(A)用于水平軸風(fēng)力機(jī)葉片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族，其特征在于，所述翼型族(A) 適用于葉片長度20米以上、功率兆瓦以上、失速型或變槳型的風(fēng)力機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的風(fēng)力機(jī)葉片翼型族，其特征在于，所述翼型族(A) 適用于風(fēng)力機(jī)葉片的內(nèi)側(cè)區(qū)。
全文摘要
一種風(fēng)力機(jī)葉片翼型族，包含第一至第四不同相對厚度的翼型，所述的相對厚度是各翼型上下兩個(gè)面之間的最大距離與弦長的比值，所述的弦長是翼型前緣到尾緣的弦線的長度；每個(gè)翼型均由前緣、尾緣、吸力面、壓力面組成。該風(fēng)力機(jī)葉片翼型族的前緣半徑為10.203%~15.345%弦長，尾緣的厚度為5%~11%弦長，相對厚度為45%-60%，最大相對厚度的位置在距前緣32.1%~33.2%弦長處，壓力面為四個(gè)不同的S形后加載。所述風(fēng)力機(jī)葉片翼型族的每一個(gè)翼型的幾何外形，由每個(gè)翼型的壓力面和吸力面上各點(diǎn)的無量綱二維坐標(biāo)平滑連接形成，所述的無量綱二維坐標(biāo)是各點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)與弦長的比值。
文檔編號F03D1/06GK102062044SQ20101060269
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者徐建中, 楊科, 白井艷 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所