一種高效低載水平軸風力機葉片專用翼型及其設計方法
2023-12-04 20:41:36 1
專利名稱：一種高效低載水平軸風力機葉片專用翼型及其設計方法
技術領域：
本發明涉及一種水平軸風力機葉片的專用翼型設計方法，尤其涉及一種基於反設計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力機葉片專用翼型的設計方法。
背景技術：
風電葉片是風電機組的核心部件，風力機葉片專用翼型的性能好壞直接影響著風力機葉片的性能。而葉片不僅有氣動性能的要求還有載荷要求，我們希望風力機具有較高的輸出功率，同時又能具有較低的載荷，特別是極限載荷的增加對風電葉片的影響更大。
一直以來風力機葉片設計要求風力機專用翼型具有高的最大升力係數，以提高葉片的輸出功率，特別是葉片外側的翼型。然而實際中葉片多運行在設計工況點附近，而不是最大升力係數附近，並且高的設計升力係數可以減小翼型的弦長，以減小葉片的重量、降低載荷。而最大升力係數對葉片的輸出功率的影響很小，最大升力係數的增加反而會造成葉片極限載荷的增加。
風力機運行過程中，由於陣風的影響或控制不及時等各種因素，風力機並不能完全運行在設計工況下，要求風力機翼型具有良好的變工況特性及平滑的失速特性。
因此開發一種具有·高效低載、良好的變工況特性及平滑失速特性的水平軸風力機葉片專用翼型是非常必要的，它應該具有高的最大升阻比、高的設計升力係數、具有較低的最大升力係數、在前緣粗糙條件下設計升力係數下降較小以及良好的變工況特性和平滑失速特性。發明內容
現有技術中，具有多種翼型設計方法，常見的有各種形式的智能優化設計方法，如目前廣泛使用的基於遺傳算法的優化設計方法，另外一種常見的翼型設計方法是反問題設計方法，無論使用哪一種設計方法都可以得到合適的翼型，但是現有的翼型設計方法中，過於重視最大升力係數等的提高，並通常以獲得較大的最大升力係數作為設計目標，實踐證明，基於這一理念設計出的翼型在使用中往往表現出效率較低、載荷較大等不足，這大大限制了風力機葉片的發展。
針對現有技術的上述缺點和不足，本發明要解決的技術問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力機葉片專用翼型的設計方法及具備上述特性的水平軸風力機葉片專用翼型。
由於風力機多運行在設計工況點(即設計攻角)附近，而不是最大升力係數附近。由下列功率P的計算公式可以得出，從翼型氣動性能上來講，提高翼型的最大升阻比·^和I d設計升力係數C1是提高葉片輸出功率的關鍵。並且高的設計升力係數可以減小翼型的弦長，以減小葉片的重量、降低載荷。
權利要求
1.一種水平軸風力機葉片專用翼型的設計方法，基於通用的翼型反設計方法，其特徵在於，所述設計方法包括以下步驟給定翼型目標壓力分布和初始基本翼型；調整基本翼型的壓力分布得到中間翼型；使用Euler方程計算中間翼型的壓力分布；比較中間翼型的壓力分布和目標壓力分布，根據二者的差異程度來判斷是否需要繼續調整中間翼型，如果所述差異程度在允許的誤差範圍內，則終止所述調整，得到目標翼型， 否則，繼續調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 根據權利要求1所述的設計方法，其特徵在於，針對應用於葉片外側的相對厚度小於等於25%的翼型，在所述判斷是否需要繼續調整中間翼型的步驟中，還需進一步判斷中間翼型的各氣動參數是否滿足如下條件(a)高效性
3.根據權利要求2所述的設計方法，其特徵在於，所述計算粗糙條件下翼型的設計升力係數c ldesig 的步驟，是對設計中得到的中間翼型，通過在上表面1%弦長、下表面10%弦長位置設置固定轉捩時計算得到的設計升力係數。
4.根據權利要求1至3任一項所述的水平軸風力機葉片專用翼型的設計方法得到的水平軸風力機葉片專用翼型。
全文摘要
本發明公開了一種水平軸風力機葉片專用翼型的設計方法及基於該方法得到的水平軸風力機葉片專用翼型，所述設計方法基於反設計方法，設計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。本發明的有益效果是第一、改變傳統的翼型設計目標，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力機葉片專用翼型應具有的氣動特性具有高的最大升阻比、高的設計升力係數、具有較低的最大升力係數、在前緣粗糙條件下設計升力係數下降較小以及良好的變工況特性和平滑失速特性。第二、採用反設計方法來實施高效低載、良好的變工況特性及平滑失速特性的水平軸風力機葉片專用翼型設計。第三、針對應用風力機葉片外側的相對厚度小於等於25%翼型，提出相應的氣動參數設計指標。
文檔編號F03D1/06GK103047079SQ20121056479
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月22日 優先權日2012年12月22日
發明者白井豔, 楊科, 李星星, 徐建中 申請人:中國科學院工程熱物理研究所