專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高效低載水平軸風(fēng)力機(jī)葉片專(zhuān)用翼型及其設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水平軸風(fēng)力機(jī)葉片的專(zhuān)用翼型設(shè)計(jì)方法，尤其涉及一種基于反設(shè)計(jì)方法的具有高效低載、良好變工況特性及平滑失速特性的水平軸風(fēng)力機(jī)葉片專(zhuān)用翼型的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)電葉片是風(fēng)電機(jī)組的核心部件，風(fēng)力機(jī)葉片專(zhuān)用翼型的性能好壞直接影響著風(fēng)力機(jī)葉片的性能。而葉片不僅有氣動(dòng)性能的要求還有載荷要求，我們希望風(fēng)力機(jī)具有較高的輸出功率，同時(shí)又能具有較低的載荷，特別是極限載荷的增加對(duì)風(fēng)電葉片的影響更大。
一直以來(lái)風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)要求風(fēng)力機(jī)專(zhuān)用翼型具有高的最大升力系數(shù)，以提高葉片的輸出功率，特別是葉片外側(cè)的翼型。然而實(shí)際中葉片多運(yùn)行在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)附近，而不是最大升力系數(shù)附近，并且高的設(shè)計(jì)升力系數(shù)可以減小翼型的弦長(zhǎng)，以減小葉片的重量、降低載荷。而最大升力系數(shù)對(duì)葉片的輸出功率的影響很小，最大升力系數(shù)的增加反而會(huì)造成葉片極限載荷的增加。
風(fēng)力機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，由于陣風(fēng)的影響或控制不及時(shí)等各種因素，風(fēng)力機(jī)并不能完全運(yùn)行在設(shè)計(jì)工況下，要求風(fēng)力機(jī)翼型具有良好的變工況特性及平滑的失速特性。
因此開(kāi)發(fā)一種具有·高效低載、良好的變工況特性及平滑失速特性的水平軸風(fēng)力機(jī)葉片專(zhuān)用翼型是非常必要的，它應(yīng)該具有高的最大升阻比、高的設(shè)計(jì)升力系數(shù)、具有較低的最大升力系數(shù)、在前緣粗糙條件下設(shè)計(jì)升力系數(shù)下降較小以及良好的變工況特性和平滑失速特性。發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有技術(shù)中，具有多種翼型設(shè)計(jì)方法，常見(jiàn)的有各種形式的智能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，如目前廣泛使用的基于遺傳算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，另外一種常見(jiàn)的翼型設(shè)計(jì)方法是反問(wèn)題設(shè)計(jì)方法，無(wú)論使用哪一種設(shè)計(jì)方法都可以得到合適的翼型，但是現(xiàn)有的翼型設(shè)計(jì)方法中，過(guò)于重視最大升力系數(shù)等的提高，并通常以獲得較大的最大升力系數(shù)作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，實(shí)踐證明，基于這一理念設(shè)計(jì)出的翼型在使用中往往表現(xiàn)出效率較低、載荷較大等不足，這大大限制了風(fēng)力機(jī)葉片的發(fā)展。
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種具有高效低載、良好的變工況及平滑失速特性的水平軸風(fēng)力機(jī)葉片專(zhuān)用翼型的設(shè)計(jì)方法及具備上述特性的水平軸風(fēng)力機(jī)葉片專(zhuān)用翼型。
由于風(fēng)力機(jī)多運(yùn)行在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)(即設(shè)計(jì)攻角)附近，而不是最大升力系數(shù)附近。由下列功率P的計(jì)算公式可以得出，從翼型氣動(dòng)性能上來(lái)講，提高翼型的最大升阻比·^和I d設(shè)計(jì)升力系數(shù)C1是提高葉片輸出功率的關(guān)鍵。并且高的設(shè)計(jì)升力系數(shù)可以減小翼型的弦長(zhǎng)，以減小葉片的重量、降低載荷。
權(quán)利要求
1.一種水平軸風(fēng)力機(jī)葉片專(zhuān)用翼型的設(shè)計(jì)方法，基于通用的翼型反設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述設(shè)計(jì)方法包括以下步驟給定翼型目標(biāo)壓力分布和初始基本翼型；調(diào)整基本翼型的壓力分布得到中間翼型；使用Euler方程計(jì)算中間翼型的壓力分布；比較中間翼型的壓力分布和目標(biāo)壓力分布，根據(jù)二者的差異程度來(lái)判斷是否需要繼續(xù)調(diào)整中間翼型，如果所述差異程度在允許的誤差范圍內(nèi)，則終止所述調(diào)整，得到目標(biāo)翼型， 否則，繼續(xù)調(diào)整中間翼型的壓力分布，直至中間翼型的壓力分布滿足要求為止；
2 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，針對(duì)應(yīng)用于葉片外側(cè)的相對(duì)厚度小于等于25%的翼型，在所述判斷是否需要繼續(xù)調(diào)整中間翼型的步驟中，還需進(jìn)一步判斷中間翼型的各氣動(dòng)參數(shù)是否滿足如下條件(a)高效性
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述計(jì)算粗糙條件下翼型的設(shè)計(jì)升力系數(shù)c ldesig 的步驟，是對(duì)設(shè)計(jì)中得到的中間翼型，通過(guò)在上表面1%弦長(zhǎng)、下表面10%弦長(zhǎng)位置設(shè)置固定轉(zhuǎn)捩時(shí)計(jì)算得到的設(shè)計(jì)升力系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的水平軸風(fēng)力機(jī)葉片專(zhuān)用翼型的設(shè)計(jì)方法得到的水平軸風(fēng)力機(jī)葉片專(zhuān)用翼型。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種水平軸風(fēng)力機(jī)葉片專(zhuān)用翼型的設(shè)計(jì)方法及基于該方法得到的水平軸風(fēng)力機(jī)葉片專(zhuān)用翼型，所述設(shè)計(jì)方法基于反設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出的翼型具有高效低載、良好的變工況特性及平滑失速特性。本發(fā)明的有益效果是第一、改變傳統(tǒng)的翼型設(shè)計(jì)目標(biāo)，提出一種具有高效低載、良好的變工況特性及平滑失速特性的水平軸風(fēng)力機(jī)葉片專(zhuān)用翼型應(yīng)具有的氣動(dòng)特性具有高的最大升阻比、高的設(shè)計(jì)升力系數(shù)、具有較低的最大升力系數(shù)、在前緣粗糙條件下設(shè)計(jì)升力系數(shù)下降較小以及良好的變工況特性和平滑失速特性。第二、采用反設(shè)計(jì)方法來(lái)實(shí)施高效低載、良好的變工況特性及平滑失速特性的水平軸風(fēng)力機(jī)葉片專(zhuān)用翼型設(shè)計(jì)。第三、針對(duì)應(yīng)用風(fēng)力機(jī)葉片外側(cè)的相對(duì)厚度小于等于25%翼型，提出相應(yīng)的氣動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)指標(biāo)。
文檔編號(hào)F03D1/06GK103047079SQ20121056479
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月22日
發(fā)明者白井艷, 楊科, 李星星, 徐建中 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所