一種大型風(fēng)力機(jī)葉片的厚翼型族的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于水平軸風(fēng)力機(jī)翼型設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種大型風(fēng)力機(jī)葉片的厚翼型族，共包括相對(duì)厚度分別為0.35、0.40、0.45、0.50、0.55、0.60、0.65及0.70的8種翼型，它們均有較厚的鈍尾緣，適用于高雷諾數(shù)下工作的MW級(jí)以上大型風(fēng)力機(jī)葉片的內(nèi)側(cè)和根部，它們比現(xiàn)有對(duì)照翼型有更大的升力系數(shù)，更高的升阻比，并且有更大的失速攻角，因此為葉片提供更大的升力和扭矩，使得風(fēng)力機(jī)的啟動(dòng)風(fēng)速更低，功率系數(shù)更高，輸出功率更大，而且更大的設(shè)計(jì)攻角對(duì)減小葉片扭轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì)非常有利，這對(duì)葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和葉片大梁的剛性、強(qiáng)度及制造都十分有利，以此保證使用本發(fā)明厚翼型族的風(fēng)力機(jī)葉片重量更輕，同時(shí)翼型的鈍尾緣設(shè)計(jì)改善了葉片制造工藝性并有效降低生產(chǎn)成本。
【專利說(shuō)明】
-種大型風(fēng)力機(jī)葉片的厚翼型族
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于水平軸風(fēng)力機(jī)翼型設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體設(shè)及高雷諾數(shù)下工作的MW級(jí)W上大 型風(fēng)力機(jī)葉片內(nèi)側(cè)和根部翼型。
【背景技術(shù)】
[0002] 葉片是風(fēng)力機(jī)捕獲風(fēng)能W進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的核屯、部件，而翼型則是葉片最重要的組 成要素，特別是葉片外側(cè)和尖部翼型，它們對(duì)風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能有決定性的影響，因此人們通 常只注重外側(cè)和尖部薄翼型的研究。隨著風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的日漸成熟，近些年來(lái)人們也開(kāi) 始關(guān)注內(nèi)側(cè)和根部過(guò)渡段翼型的研究，而葉片根部過(guò)渡段的形狀，通常往往通過(guò)葉片最厚 (即靠根部的）翼型與根部圓柱段之間進(jìn)行插值來(lái)造型。近年來(lái)風(fēng)力機(jī)越做越大，葉片也越 來(lái)越長(zhǎng)，目前葉片長(zhǎng)度已達(dá)80米，因而葉片根部承受的載荷越來(lái)越大，厚翼型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和 氣動(dòng)性能都備受重視;同時(shí)其工作壽命要求20年W上，運(yùn)就對(duì)葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝和重 量也提出了更嚴(yán)格的要求。盡管運(yùn)些內(nèi)側(cè)和根部過(guò)渡段厚翼型對(duì)整個(gè)風(fēng)力機(jī)做功的貢獻(xiàn)較 少，但對(duì)于長(zhǎng)葉片來(lái)說(shuō)，每個(gè)截面翼型性能的稍許提高所產(chǎn)生的累積效應(yīng)卻不可忽視，它們 在風(fēng)力機(jī)整個(gè)壽命期內(nèi)所產(chǎn)生的累積經(jīng)濟(jì)效益可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出它們的制造成本。另外，由于 葉片越來(lái)越長(zhǎng)，為了適應(yīng)不同的來(lái)流方向，要求葉片尖部與根部之間翼型的扭轉(zhuǎn)角越大，運(yùn) 對(duì)葉片制造及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛性都不利;依據(jù)葉片設(shè)計(jì)理論，根部扭轉(zhuǎn)角往往很大，但由于制 造方面的限制，目前一般都不超過(guò)20°，運(yùn)就大大偏離了理論上入流角要求的最佳扭轉(zhuǎn)角。 而對(duì)于根部厚翼型，翼型實(shí)際工作攻角往往很大，而厚翼型本身(特別是尖尾緣）的設(shè)計(jì)攻 角又很小，極易產(chǎn)生流動(dòng)分離，因而翼型往往工作在失速狀態(tài)，其性能自然很差?；蚴怯捎?一直W來(lái)人們對(duì)于葉片根部翼型的關(guān)注不夠等種種原因，此前世界上很少有相對(duì)厚度45% (包括45%) W上的厚翼型的研究成果公開(kāi)，因此風(fēng)力機(jī)技術(shù)的發(fā)展急需內(nèi)側(cè)特別是過(guò)渡段 厚翼型的研究成果。近年來(lái)中科院工程熱物理所先后開(kāi)發(fā)并公開(kāi)了 3套相對(duì)厚度0.35-0.60 的專利厚翼型，打破了厚翼型多年空缺的局面。運(yùn)些厚翼型要求在更大攻角下有盡可能高 的升力系數(shù)，有更高的升阻比，一是給風(fēng)力機(jī)提供更大的扭矩，W降低啟動(dòng)風(fēng)速，并提高其 功率系數(shù)，再者是減少葉片的扭轉(zhuǎn)角，W有利于葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高其強(qiáng)度和剛性，節(jié)省 材料，減少葉片乃至整個(gè)風(fēng)力機(jī)的重量，降低生產(chǎn)成本。另一方面，葉片從外側(cè)的翼型區(qū)向 內(nèi)側(cè)W及葉根圓柱段過(guò)渡，過(guò)去主要考慮的是滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要，而對(duì)其氣動(dòng)性能沒(méi)有要 求，而現(xiàn)在不僅要求在大攻角的高度=維流動(dòng)條件下有更好的氣動(dòng)性能，而且要求其更利 于葉片結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛性的設(shè)計(jì)和制造，所W具有大厚度純尾緣翼型的設(shè)計(jì)對(duì)于風(fēng)力機(jī)的大 型化具有重要意義。本發(fā)明公開(kāi)了滿足上述諸方面要求的厚翼型族。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于為大型風(fēng)力機(jī)葉片內(nèi)側(cè)和根部過(guò)渡段提供一個(gè)大厚度專用翼 型族，用W提供翼型更大的升力系數(shù)，W降低啟動(dòng)風(fēng)速并提高風(fēng)能利用效率。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種大型風(fēng)力機(jī)葉片的厚翼型族，所 述翼型族包括相對(duì)厚度依次分別為0.35、0.40、0.45、0.50、0.55、0.60、0.65及0.70等8個(gè)翼 型，每個(gè)翼型由前緣、尾緣、吸力面和壓力面組成。
[0005] 所述相鄰各翼型彼此幾何相容，可W彼此光滑銜接。
[0006] 所述翼型的尾緣(相對(duì))厚度依次約為2.8% ,4.5% ,8.0% ,12% ,16% ,20% ,24% 和 28 %;
[0007] 所述翼型均采用S型壓力面后加載，對(duì)于所有后加載S型壓力面，其各翼型的壓力 面均在其弦線下方，而不與弦線相交。
[0008] 上述翼型適用于大型風(fēng)力機(jī)葉片的內(nèi)側(cè)和根部過(guò)渡段，通常在葉片半徑的40% W 下，而且隨著半徑的減小，翼型厚度越來(lái)越厚；相鄰各翼型彼此光滑銜接，保證葉片制造的 工藝性及翼型性能的發(fā)揮。
[0009] 本發(fā)明的有益效果及特點(diǎn):每個(gè)翼型比現(xiàn)有對(duì)照翼型或葉片的(根部過(guò)渡段)幾何 截面有大得多的設(shè)計(jì)攻角，運(yùn)就可能大大減小葉片外形的設(shè)計(jì)扭轉(zhuǎn)角，從而有利于葉片大 梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加其強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛性，減輕葉片重量，節(jié)省材料用量和成本；同時(shí)在設(shè)計(jì) 狀態(tài)有更高的升阻比，運(yùn)大大提高了葉片及風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)性能;此外翼型更大的升力系數(shù)， 則給風(fēng)力機(jī)提供更大的扭矩，W降低啟動(dòng)風(fēng)速，并提高其功率系數(shù)，并使得使用本發(fā)明厚翼 型族的風(fēng)力機(jī)葉片重量更輕，載荷更小，風(fēng)力機(jī)的功率系數(shù)更高，輸出功率更大，更穩(wěn)定，生 產(chǎn)成本降低。另外，本發(fā)明厚翼型族的各個(gè)翼型均具有較厚的純尾緣，運(yùn)就減少了翼型吸力 面后段的壓力梯度，有利于提高翼型的升力系數(shù)和失速攻角，而且特別有利于進(jìn)一步提高 葉片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛性，并改善了葉片制造工藝性。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1為本發(fā)明厚翼型族的復(fù)合圖。
[0011] 圖2為本發(fā)明厚翼型族相對(duì)厚度0.35的翼型沿其弦線各位置的無(wú)量綱坐標(biāo)值的范 圍說(shuō)明圖。
[0012] 圖3為本發(fā)明厚翼型族相對(duì)厚度0.40的翼型沿其弦線各位置的無(wú)量綱坐標(biāo)值的范 圍說(shuō)明圖。
[0013] 圖4為本發(fā)明厚翼型族相對(duì)厚度0.45的翼型沿其弦線各位置的無(wú)量綱坐標(biāo)值的范 圍說(shuō)明圖。
[0014] 圖5為本發(fā)明厚翼型族相對(duì)厚度0.50的翼型沿其弦線各位置的無(wú)量綱坐標(biāo)值的范 圍說(shuō)明圖。
[0015] 圖6為本發(fā)明厚翼型族相對(duì)厚度0.55的翼型沿其弦線各位置的無(wú)量綱坐標(biāo)值的范 圍說(shuō)明圖。
[0016] 圖7為本發(fā)明厚翼型族相對(duì)厚度0.60的翼型沿其弦線各位置的無(wú)量綱坐標(biāo)值的范 圍說(shuō)明圖。
[0017] 圖8為本發(fā)明厚翼型族相對(duì)厚度0.65的翼型沿其弦線各位置的無(wú)量綱坐標(biāo)值的范 圍說(shuō)明圖。
[0018] 圖9為本發(fā)明厚翼型族相對(duì)厚度0.70的翼型沿其弦線各位置的無(wú)量綱坐標(biāo)值的范 圍說(shuō)明圖。
[0019] 圖10和圖11分別為本發(fā)明相對(duì)厚度0.35的翼型350與DU99-W-350翼型升阻比特性 的比較W及升力特性的比較(RFOIL計(jì)算，Re = 3e6，Ma = 0.15,自由轉(zhuǎn)換）。
[0020] 圖12和圖13分別為本發(fā)明相對(duì)厚度0.40的翼型400與DU99-W-405A翼型升阻比特 性的比較W及升力特性的比較(RF0IL計(jì)算，Re = 3e6，Ma = 0.15,自由轉(zhuǎn)換）。
[0021] 圖14和圖15分別為本發(fā)明相對(duì)厚度0.50的翼型500的升阻比特性W及升力特性 (RF0IL計(jì)算，Re = 3e6，Ma = 0.15,自由轉(zhuǎn)換）。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0023] 本發(fā)明實(shí)施例中每個(gè)翼型都包括前緣、尾緣、吸力面和壓力面。
[0024] 本發(fā)明的厚翼型族一般用于葉片展向長(zhǎng)度的內(nèi)側(cè)和根部過(guò)渡段，基本在40%葉輪 半徑W內(nèi)的位置;從葉片外側(cè)向葉片輪穀部位，翼型越來(lái)越厚，依次分布為翼型350、400、 450、500、550、600、650和700，其相對(duì)厚度分別為0.35、0.40、0.45、0.50、0.55、0.60、0.65和 0.70。
[0025] 參照?qǐng)D1，顯示了本發(fā)明厚翼型族100中各翼型的基本型線輪廓，共包括8個(gè)翼型： 350、400、450、500、550、600、650和700，它們有前緣101，尾緣102，弦線103^及各自的吸力 面和壓力面，位于葉片上的相鄰二翼型之間有很好的幾何相容性;本發(fā)明厚翼型族中所有 翼型的尾緣102不再是吸力面與壓力面在尾緣處交于一點(diǎn)的"尖尾緣"，而是吸力面與壓力 面在尾緣處不再相交且隔開(kāi)一定距離的"純尾緣"，本發(fā)明厚翼型族中各翼型的純尾緣的厚 度各有不同，翼型越厚，其尾緣的厚度也越大。翼型前緣101和尾緣1〇2(平面中點(diǎn)）之間的連 線叫弦線，其長(zhǎng)度定義為翼型的弦長(zhǎng)C，通常弦長(zhǎng)也叫弦線。翼型的最大厚度與弦長(zhǎng)C的比值 叫做翼型的相對(duì)厚度(無(wú)量綱厚度），如相對(duì)厚度0.50表示翼型的最大厚度為其弦長(zhǎng)C的 50%。圖中，x/C值表示翼型表面上某點(diǎn)的無(wú)量綱橫坐標(biāo)，即相對(duì)于尾緣102而言該點(diǎn)處于弦 線103上的位置;在前緣點(diǎn)101處，x/C = 0.0,在尾緣102處，x/C= 1.0,弦長(zhǎng)103的無(wú)量綱長(zhǎng)度 為1.0,從前緣l(n到尾緣102，x/c依次為0,0.1，0.2，-，，1.0;而7/(：值則表示翼型表面上該 點(diǎn)的無(wú)量綱縱坐標(biāo)，即各自的吸力面或壓力面上該點(diǎn)距弦線103的相對(duì)距離，在吸力面上的 點(diǎn)一般是正值，而在壓力面上的點(diǎn)一般是負(fù)值。在應(yīng)用中，x，y的實(shí)際大小可根據(jù)設(shè)計(jì)需要 按同等比例放大或縮小。對(duì)于翼型表面(吸力面或壓力面)上的點(diǎn)的坐標(biāo)給定方式一般是從 尾緣102開(kāi)始，x/C= 1.0,沿吸力面逆時(shí)針向前依次給定不同弦線位置，例如x/C = 0.9， 0.8----直到翼型前緣101的x/C = 0處對(duì)應(yīng)點(diǎn)的縱坐標(biāo)y/C，然后再?gòu)那熬?01(x/C = 0)開(kāi) 始，同樣逆時(shí)針?lè)较蜓貕毫γ婊氐轿簿?02，x/C= 1.0，完成對(duì)整個(gè)翼型的無(wú)量綱坐標(biāo)數(shù)據(jù) 給定，從而得到翼型的幾何外形。
[0026] 參照?qǐng)D2,為翼型350,其相對(duì)厚度約為35%，適用于葉片內(nèi)側(cè)區(qū)，其吸力面114和壓 力面115的無(wú)量綱坐標(biāo)如表1所示，表中x/C值表示翼型表面上某點(diǎn)的無(wú)量綱橫坐標(biāo)，即在弦 線103上相對(duì)于尾緣102的位置，而y/C值表示翼型表面上該點(diǎn)的無(wú)量綱縱坐標(biāo)，即吸力面 114或壓力面115上的點(diǎn)距弦線103的距離。翼型350不必為表1中給定的精確數(shù)據(jù)，它可W上 下浮動(dòng)，表2中給定了翼型無(wú)量綱坐標(biāo)y/C的上下浮動(dòng)范圍，圖中351對(duì)應(yīng)坐標(biāo)上限的"翼 型"，352則對(duì)應(yīng)下限的"翼型"，其實(shí)"翼型"351、352不是精確的翼型，所給定的數(shù)據(jù)點(diǎn)間只 用直線連接，而真實(shí)的翼型則需要在前緣101、尾緣102之間進(jìn)行曲線擬合。
[0027]表 1
[00281
[
[0030]表 2
[0031]
.ssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssss-
[0033] 參照?qǐng)D3,為翼型400,其相對(duì)厚度約為40%，適用于葉片內(nèi)側(cè)區(qū)，其吸力面124和壓 力面125的無(wú)量綱坐標(biāo)如表3所示，表中x/C值表示翼型表面上某點(diǎn)的無(wú)量綱橫坐標(biāo)，即在弦 線103上相對(duì)于尾緣102的位置，而y/C值表示翼型表面上該點(diǎn)的無(wú)量綱縱坐標(biāo)，即吸力面 124或壓力面125上的點(diǎn)距弦線103的距離。翼型400不必為表3中給定的精確數(shù)據(jù)，它可W上 下浮動(dòng)，表4中給定了翼型無(wú)量綱坐標(biāo)y/C的上下浮動(dòng)范圍，圖中401對(duì)應(yīng)坐標(biāo)上限的"翼 型"，402則對(duì)應(yīng)下限的"翼型"，其實(shí)"翼型"401、402不是精確的翼型，所給定的數(shù)據(jù)點(diǎn)間只 用直線連接，而真實(shí)的翼型則需要在前緣101、尾緣102之間進(jìn)行曲線擬合。
[0034] 表 3
[00351
[
[0037]表 4
[00；3 引 [
[0040] 參照?qǐng)D4,為翼型450,其相對(duì)厚度約為45%，適用于葉片內(nèi)側(cè)區(qū)和根部過(guò)渡段，其 吸力面134和壓力面135的無(wú)量綱坐標(biāo)如表5所示，表中x/C值表示翼型表面上某點(diǎn)的無(wú)量綱 橫坐標(biāo)，即在弦線103上相對(duì)于尾緣102的位置，而y/C值表示翼型表面上該點(diǎn)的無(wú)量綱縱坐 標(biāo)，即吸力面134或壓力面135上的點(diǎn)距弦線103的距離。翼型450不必為表5中給定的精確數(shù) 據(jù)，它可W上下浮動(dòng)，表6中給定了翼型無(wú)量綱坐標(biāo)y/C的上下浮動(dòng)范圍，圖中451對(duì)應(yīng)坐標(biāo) 上限的"翼型"，452則對(duì)應(yīng)下限的"翼型"，其實(shí)"翼型"45U452不是精確的翼型，所給定的數(shù) 據(jù)點(diǎn)間只用直線連接，而真實(shí)的翼型則需要在前緣101、尾緣102之間進(jìn)行曲線擬合。
[0041] 表 5 「00421
[0044]表 6
[0045]
[0046] 參照?qǐng)D5,為翼型500,其相對(duì)厚度約為50%，適用于葉片內(nèi)側(cè)區(qū)和根部過(guò)渡段，其 吸力面144和壓力面145的無(wú)量綱坐標(biāo)如表7所示，表中x/C值表示翼型表面上某點(diǎn)的無(wú)量綱 橫坐標(biāo)，即在弦線103上相對(duì)于尾緣102的位置，而y/C值表示翼型表面上該點(diǎn)的無(wú)量綱縱坐 標(biāo)，即吸力面144或壓力面145上的點(diǎn)距弦線103的距離。翼型500不必為表7中給定的精確數(shù) 據(jù)，它可W上下浮動(dòng)，表8中給定了翼型無(wú)量綱坐標(biāo)y/C的上下浮動(dòng)范圍，圖中501對(duì)應(yīng)坐標(biāo) 上限的"翼型"，502則對(duì)應(yīng)下限的"翼型"，其實(shí)"翼型"501、502不是精確的翼型，所給定的數(shù) 據(jù)點(diǎn)間只用直線連接，而真實(shí)的翼型則需要在前緣101、尾緣102之間進(jìn)行曲線擬合。
[0047] 表 7 「AAC 4 I
[0052]參照?qǐng)D6,為翼型550,其相對(duì)厚度約為55%，適用于葉片內(nèi)側(cè)區(qū)和根部過(guò)渡段，其 吸力面154和壓力面155的無(wú)量綱坐標(biāo)如表9所示，表中x/C值表示翼型表面上某點(diǎn)的無(wú)量綱 橫坐標(biāo)，即在弦線103上相對(duì)于尾緣102的位置，而y/C值表示翼型表面上該點(diǎn)的無(wú)量綱縱坐 標(biāo)，即吸力面154或壓力面155上的點(diǎn)距弦線103的距離。翼型550不必為表9中給定的精確數(shù) 據(jù)，它可W上下浮動(dòng)，表10中給定了翼型無(wú)量綱坐標(biāo)y/C的上下浮動(dòng)范圍，圖中551對(duì)應(yīng)坐標(biāo) 上限的"翼型"，552則對(duì)應(yīng)下限的"翼型"，其實(shí)"翼型"551、552不是精確的翼型，所給定的數(shù) 據(jù)點(diǎn)間只用直線連接，而真實(shí)的翼型則需要在前緣101、尾緣102之間進(jìn)行曲線擬合。
[005；3]表 9 rn〇Mi
550翼型尤量綱坐標(biāo)范圃 「0化71
[005引參照?qǐng)D7,為翼型600,其相對(duì)厚度約為60%，適用于葉片內(nèi)側(cè)區(qū)和根部過(guò)渡段，其 吸力面164和壓力面165的無(wú)量綱坐標(biāo)如表11所示，表中x/C值表示翼型表面上某點(diǎn)的無(wú)量 綱橫坐標(biāo)，即在弦線103上相對(duì)于尾緣102的位置，而y/C值表示翼型表面上該點(diǎn)的無(wú)量綱縱 坐標(biāo)，即吸力面164或壓力面165上的點(diǎn)距弦線103的距離。翼型600不必為表11中給定的精 確數(shù)據(jù)，它可W上下浮動(dòng)，表12中給定了翼型無(wú)量綱坐標(biāo)y/C的上下浮動(dòng)范圍，圖中601對(duì)應(yīng) 坐標(biāo)上限的"翼型"，602則對(duì)應(yīng)下限的"翼型"，其實(shí)"翼型"60U602不是精確的翼型，所給定 的數(shù)據(jù)點(diǎn)間只用直線連接，而真實(shí)的翼型則需要在前緣101、尾緣102之間進(jìn)行曲線擬合。 [0化9] 表11 「00601
[0063]
[0064] 參照?qǐng)D8,為翼型650,其相對(duì)厚度約為65%，適用于葉片內(nèi)側(cè)區(qū)和根部過(guò)渡段，其 吸力面174和壓力面175的無(wú)量綱坐標(biāo)如表13所示，表中x/C值表示翼型表面上某點(diǎn)的無(wú)量 綱橫坐標(biāo)，即在弦線103上相對(duì)于尾緣102的位置，而y/C值表示翼型表面上該點(diǎn)的無(wú)量綱縱 坐標(biāo)，即吸力面174或壓力面175上的點(diǎn)距弦線103的距離。翼型650不必為表13中給定的精 確數(shù)據(jù)，它可W上下浮動(dòng)，表14中給定了翼型無(wú)量綱坐標(biāo)y/C的上下浮動(dòng)范圍，圖中651對(duì)應(yīng) 坐標(biāo)上限的"翼型"，652則對(duì)應(yīng)下限的"翼型"，其實(shí)"翼型"65U652不是精確的翼型，所給定 的數(shù)據(jù)點(diǎn)間只用直線連接，而真實(shí)的翼型則需要在前緣101、尾緣102之間進(jìn)行曲線擬合。 [00化]表13
[OOAAl
[0067]
r0070I
[0071] 參照?qǐng)D9,為翼型700,其相對(duì)厚度約為70%，適用于葉片內(nèi)側(cè)區(qū)和根部過(guò)渡段，其 吸力面184和壓力面185的無(wú)量綱坐標(biāo)如表15所示，表中x/C值表示翼型表面上某點(diǎn)的無(wú)量 綱橫坐標(biāo)，即在弦線103上相對(duì)于尾緣102的位置，而y/C值表示翼型表面上該點(diǎn)的無(wú)量綱縱 坐標(biāo)，即吸力面184或壓力面185上的點(diǎn)距弦線103的距離。翼型700不必為表15中給定的精 確數(shù)據(jù)，它可W上下浮動(dòng)，表16中給定了翼型無(wú)量綱坐標(biāo)y/C的上下浮動(dòng)范圍，圖中701對(duì)應(yīng) 坐標(biāo)上限的"翼型"，702則對(duì)應(yīng)下限的"翼型"，其實(shí)"翼型"70U702不是精確的翼型，所給定 的數(shù)據(jù)點(diǎn)間只用直線連接，而真實(shí)的翼型則需要在前緣101、尾緣102之間進(jìn)行曲線擬合。
[0072] 表15
[0073]
、、、、、、、、、、、、' .、、、、、、、、、、、?.
[0077]
[007引參照?qǐng)D10-15，運(yùn)是在自由轉(zhuǎn)換狀態(tài)，雷諾數(shù)Re = 3000000，馬赫數(shù)Ma = O . 15情況 下，由RFOIL軟件對(duì)各翼型氣動(dòng)性能的計(jì)算結(jié)果。
[0079] 參照?qǐng)D10和圖11，分別是相對(duì)厚度0.35的本發(fā)明翼型350與對(duì)照翼型DU99-W-350 的升阻比曲線的比較，見(jiàn)圖10中的355與356, W及升力系數(shù)曲線的比較，見(jiàn)圖11中的357與 358。圖中橫坐標(biāo)是翼型的工作攻角，a = -l〇°-20°，縱坐標(biāo)分別是決定翼型氣動(dòng)性能的升阻 比及升力系數(shù)，從中可見(jiàn)本發(fā)明厚翼型族中相對(duì)厚度35%的翼型350比對(duì)照翼型DU99-W- 350的最大升阻比從100.2(7°)提高到126.6(10°)，提高了 26.3%，而且升阻比曲線在高性 能(例如升阻比>100)區(qū)攻角范圍比對(duì)照翼型也寬得多，從1°增加到6.5%運(yùn)就為本發(fā)明翼 型提供了良好的設(shè)計(jì)狀態(tài)及非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能，因而提高風(fēng)力機(jī)的年發(fā)電能力，進(jìn)一步保證了 風(fēng)力機(jī)的性能穩(wěn)定。同時(shí)，設(shè)計(jì)狀態(tài)下升力系數(shù)從1.16(7°)提高到1.70(10°)，提高了 47%， 最大升力系數(shù)從1.38(10.5°)提高到1.85(12.5°)，提高了 34%升力系數(shù)的顯著提高及對(duì)應(yīng) 攻角的明顯增大對(duì)提高風(fēng)力機(jī)性能及啟動(dòng)能力非常有利，運(yùn)不僅給風(fēng)力機(jī)提供更大的扭 矩，W降低啟動(dòng)風(fēng)速，并提高其功率系數(shù)，而且還可能進(jìn)一步減小葉片外形的設(shè)計(jì)扭轉(zhuǎn)角， 從而有利于葉片大梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加其強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛性，減輕葉片重量，節(jié)省材料用量和 成本。另外，本發(fā)明厚翼型族的各個(gè)翼型均具有較厚的純尾緣，運(yùn)不僅減少了翼型吸力面后 段的壓力梯度，有利于提高翼型的升力系數(shù)和失速攻角，而且特別有利于進(jìn)一步提高葉片 的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛性，并改善了葉片制造工藝性。
[0080] 參照?qǐng)D12和圖13,分別是相對(duì)厚度0.40的本發(fā)明翼型400與對(duì)照翼型DU99-W-405A 的升阻比曲線的比較，見(jiàn)圖12中的405與406, W及升力系數(shù)曲線的比較，見(jiàn)圖13中的407與 408。圖中橫坐標(biāo)是翼型的工作攻角，a = -l〇°-20°，縱坐標(biāo)分別是決定翼型氣動(dòng)性能的升阻 比及升力系數(shù)，從中可見(jiàn)本發(fā)明厚翼型族中相對(duì)厚度40%的翼型400比對(duì)照翼型DU99-W- 405的最大升阻比從64.5(6°)提高到111.7(10.5°)，提高了 73.2%，而且升阻比曲線在較高 性能(例如升阻比>50)區(qū)攻角范圍比對(duì)照翼型也寬得多，從5°增加到10%運(yùn)就為本發(fā)明翼 型提供了良好的設(shè)計(jì)狀態(tài)及非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能，因而提高風(fēng)力機(jī)的年發(fā)電能力，進(jìn)一步保證了 風(fēng)力機(jī)的性能穩(wěn)定。同時(shí)，設(shè)計(jì)狀態(tài)下升力系數(shù)從0.89(6°)提高到1.68(10.5°)，提高了 88.8%，最大升力系數(shù)從1.12(10°)提高到1.78(11.5°)，提高了 58.9%!升力系數(shù)的顯著提 高及對(duì)應(yīng)攻角的明顯增大對(duì)提高風(fēng)力機(jī)性能及啟動(dòng)能力非常有利，運(yùn)不僅給風(fēng)力機(jī)提供更 大的扭矩，W降低啟動(dòng)風(fēng)速，并提高其功率系數(shù)，而且還可能進(jìn)一步減小葉片外形的設(shè)計(jì)扭 轉(zhuǎn)角，從而有利于葉片大梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加其強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛性，減輕葉片重量，節(jié)省材料 用量和成本。另外，本發(fā)明厚翼型族的各個(gè)翼型均具有較厚的純尾緣，運(yùn)不僅減少了翼型吸 力面后段的壓力梯度，有利于提高翼型的升力系數(shù)和失速攻角，而且特別有利于進(jìn)一步提 高葉片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛性，并改善了葉片制造工藝性。
[0081] 參照?qǐng)D14和圖15,分別是相對(duì)厚度0.50的本發(fā)明翼型500的升阻比曲線505W及升 力系數(shù)曲線507,因?yàn)槿绱舜蠛穸鹊囊硇蜎](méi)有可用的公開(kāi)資料做比較，故運(yùn)里僅僅公開(kāi)本發(fā) 明翼型的計(jì)算結(jié)果。圖中橫坐標(biāo)是翼型的工作攻角，a = -l〇°-20%縱坐標(biāo)分別是決定翼型 氣動(dòng)性能的升阻比及升力系數(shù)，從中可見(jiàn)本發(fā)明厚翼型族中相對(duì)厚度50%的翼型500的最 大升阻比達(dá)到54.4(10.5°)，而且升阻比MO的攻角范圍仍然有5%須知對(duì)運(yùn)樣大厚度的葉 片過(guò)渡段的截面，一般沒(méi)有什么翼型，通常是用楠圓或某種"流線體"來(lái)實(shí)現(xiàn)的，針對(duì)運(yùn)樣形 狀的非升力表面，只是在很小攻角時(shí)氣流就分離了，更談不上產(chǎn)生什么升力，而且阻力還很 大，升阻比幾乎為0,因而其對(duì)風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)力矩和功率的貢獻(xiàn)微乎其微。本發(fā)明翼型500提供 了寬攻角范圍內(nèi)的高升阻比，具有良好的設(shè)計(jì)狀態(tài)及非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能，因而提高風(fēng)力機(jī)的年 發(fā)電能力，進(jìn)一步保證了風(fēng)力機(jī)的性能穩(wěn)定。同時(shí)，本發(fā)明翼型設(shè)計(jì)狀態(tài)下升力系數(shù)達(dá)1.52 (10.5°)，最大升力系數(shù)達(dá)到1.58(11°)升力系數(shù)的顯著提高及對(duì)應(yīng)攻角的明顯增大對(duì)提高 風(fēng)力機(jī)性能及啟動(dòng)能力非常有利，運(yùn)不僅給風(fēng)力機(jī)提供更大的扭矩，W降低啟動(dòng)風(fēng)速，并提 高其功率系數(shù)，而且還可能進(jìn)一步減小葉片外形的設(shè)計(jì)扭轉(zhuǎn)角，從而有利于葉片大梁的結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)，增加其強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛性，減輕葉片重量，節(jié)省材料用量和成本。另外，本發(fā)明厚翼型 族的各個(gè)翼型均具有較厚的純尾緣，運(yùn)不僅減少了翼型吸力面后段的壓力梯度，有利于提 高翼型的升力系數(shù)和失速攻角，而且特別有利于進(jìn)一步提高葉片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛性，并改 善了葉片制造工藝性。
[0082] 除上述厚翼型350、400及500之外，其它厚翼型的計(jì)算結(jié)果均未示出，但都有很好 的結(jié)果，如本發(fā)明厚翼型族中相對(duì)厚度60%的翼型600的最大升阻比達(dá)到40.0(10°)，并且 設(shè)計(jì)狀態(tài)下升力系數(shù)達(dá)1.74(10°)，最大升力系數(shù)達(dá)到1.79(10.5°);而相對(duì)厚度70%的翼 型700的最大升阻比達(dá)到30.0,并且設(shè)計(jì)狀態(tài)下升力系數(shù)和最大升力系數(shù)達(dá)到1.76(9.5°)。 升力系數(shù)的顯著提高及對(duì)應(yīng)攻角的明顯增大對(duì)提高風(fēng)力機(jī)性能非常有利，運(yùn)不僅給風(fēng)力機(jī) 提供更大的扭矩，W降低啟動(dòng)風(fēng)速，并提高其功率系數(shù)，而且還可減小葉片外形的設(shè)計(jì)扭轉(zhuǎn) 角，從而有利于葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加其強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛性，減輕葉片重量，節(jié)省材料用量和 成本。
【具體實(shí)施方式】
[0083]
[0084] 為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明針對(duì)上述翼型族中各個(gè)翼型，其特點(diǎn)是翼型的吸力面更 低，壓力面更凸，尾緣厚度更大，壓力面呈S型后加載，同時(shí)前緣半徑較大。根據(jù)上述基本理 念，本發(fā)明使用基于XfoiK由美國(guó)MIT開(kāi)發(fā)的基于粘性-無(wú)粘迭代的滿面元方法的軟件，在 亞聲速失速前狀態(tài)下的翼型計(jì)算具有足夠的精度)的Profi 1 i Pro軟件構(gòu)造新的翼型，包 括相對(duì)彎度的大小及位置變化、相對(duì)厚度大小及位置的變化、前緣半徑及尾緣厚度的變化 等，并在Re = 3000000工況下進(jìn)行光滑條件下的性能計(jì)算，最終用RFOIL軟件（由DUT、ECN及 NLR合作開(kāi)發(fā)的Xfoil軟件的擴(kuò)展版，?？谟糜陲L(fēng)力機(jī)翼型設(shè)計(jì)和氣動(dòng)特性分析的商業(yè)軟 件，比Xfoil有更強(qiáng)的功能，主要優(yōu)點(diǎn)是改進(jìn)了失速區(qū)域的翼型氣動(dòng)性能的計(jì)算穩(wěn)定性和準(zhǔn) 確性，并能夠求解風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)過(guò)程中翼型的空氣動(dòng)力性能。）對(duì)多種方案進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，最終 確定其性能。計(jì)算狀態(tài)選定雷諾數(shù)Re = 3000000,馬赫數(shù)Ma = O. 15。
[0085] 每個(gè)翼型都包括前緣、尾緣、吸力面和壓力面。連接前緣和尾緣的連線即翼型的弦 線，其長(zhǎng)度即翼型的弦長(zhǎng)C。為了便于比較，翼型的幾何參數(shù)通常用相對(duì)值(無(wú)量綱數(shù)）的百 分?jǐn)?shù)表示，如（相對(duì))厚度、（相對(duì))彎度等;例如翼型厚度為0.45,即表示該翼型的最大厚度 是弦長(zhǎng)的45%等。
[0086] 本發(fā)明厚翼型族的目的是盡可能提高翼型的最大升力系數(shù)，并在盡可能大的攻角 下達(dá)到盡可能高的升阻比性能，W便減少葉片面積W減輕葉片重量和載荷，顯著減小葉片 外形的設(shè)計(jì)扭轉(zhuǎn)角，從而增加葉片大梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛性，并顯著改善葉片根部的復(fù)雜的 流動(dòng)狀態(tài)，提高其氣動(dòng)性能。同時(shí)為了提高葉片的尾緣制造工藝性及葉片結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛性， 為了更方便從葉片外側(cè)的薄翼型向根部圓柱段的過(guò)渡，本發(fā)明厚翼型族均采用了更大厚度 的純尾緣翼型，運(yùn)大大減輕了翼型吸力面后段的逆壓梯度，對(duì)進(jìn)一步提高翼型的設(shè)計(jì)攻角 及升阻比很有利。
[0087] 為了最大限度提高翼型的設(shè)計(jì)攻角，本發(fā)明厚翼型族在厚翼型設(shè)計(jì)中，盡量壓低 吸力面而使得壓力面更凸，而且必須對(duì)翼型的各種幾何參數(shù)進(jìn)行精屯、設(shè)計(jì)，W致本發(fā)明厚 翼型族的厚翼型的中弧線不像傳統(tǒng)翼型那樣單調(diào)地位于弦線上方，而是在翼型的前部均有 一定的負(fù)彎度，運(yùn)一點(diǎn)在翼型坐標(biāo)中都有反映。
[0088] 考慮到翼型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝問(wèn)題，同時(shí)為了提高其升力系數(shù)和升阻比，本發(fā) 明的所有厚翼型都采用了不同程度的"后彎"，即S型壓力面后加載，但是對(duì)于后加載的S型 壓力面，由于翼型尾緣較厚，其各翼型的壓力面與其弦線并不相交。
[0089] W上所述，僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于此，任何熟悉該 技術(shù)的人員在本發(fā)明所披露的計(jì)算范圍內(nèi)可想到的任何變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的 范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大型風(fēng)力機(jī)葉片的厚翼型族，共包括8個(gè)翼型，每個(gè)翼型由前緣、尾緣、吸力面和 壓力面組成，其特征在于：所述8個(gè)翼型的相對(duì)厚度分別為0.35、0.40、0.45、0.50、0.55、 0.60、O . 65及0.70，所述各翼型都有鈍尾緣，所述翼型的鈍尾緣厚度依次為2.8 %，4.5 %， 8.0%，12%，16%，20%，24%和28%，且相鄰各翼型彼此幾何相容，可以彼此光滑銜接； 所述翼型的中弧線在翼型的前部均有負(fù)彎度； 所述翼型均采用S型壓力面后加載，對(duì)于所有后加載S型壓力面，其各翼型的壓力面均 在其弦線下方，而不與弦線相交。2. 如權(quán)利要求1所述的大型風(fēng)力機(jī)葉片的厚翼型族，其特征在于:所述各翼型形狀的無(wú) 量綱坐標(biāo)數(shù)據(jù)由下表規(guī)定:其中χ/C值表示翼型上某點(diǎn)的橫坐標(biāo)，即該點(diǎn)在弦線方向上相對(duì) 于尾緣的距離;Y/C值則表示翼型上某點(diǎn)的縱坐標(biāo)，該點(diǎn)距弦線的垂直距離，在弦線上方為 正，在弦線下方為負(fù)，坐標(biāo)次序從翼型尾緣X/C = 1.0開(kāi)始，沿吸力面向前到前緣X/C = 0.0， 再?gòu)那熬壯貕毫γ婊氐轿簿塜/C= 1.0為止： 表11 0,014 0. 90425 0. 04087 0. 80594 0. 06645 0. 70163 0.09378 0.60182 0.1 1962 0.49875 0.14329 0.40994 0.15816 0.30347 0,16366 0.20465 0.14988 0.10446 0.11127 0 ? 0.1 0076 -0.13159 0.20416 -0.17718 0.30342 -0.18693 0, 40477 -0, 16967 0. 4996 -0. '13939 0.60086 -0.1 0074 0. 70494 -0. 05993 0.80194 -0.02702 0.90719 -0. 0Θ7 I -0. 014I 0. 0112 0, 01:66 0.9 0.0391 62 0,04441 9 0. 8 0.064392 0, 071098 0. 7 0. 08962 ?. 098829 0.6 0. 114214 0.126273 0. 5 0.135391 0.150056 0.4 0. 15081 0. 16774 0.3 0:.154752 0.172574 0. 2 0.140271 0.1 56602 0.1 0.1 02381 ?. 114344 0 0 0 0.1 -0. 1249 -0. 13698 Ο, 2 -0.16794 -0.18431 0, 3 -0.17863 -0.19638 0.4 -0. 1626 -0. 17951 0. 5 -0.13172 -0,14646 0. 6 -0. 09546 -0.10745 0.7 -0.05729 -0. 06647 0. 8 -0.02403 -0. 03083 0,9 -0,00481 -0.01015 1 -0.0112 -0.0166χ/C y/C (下限)y/C (上限） I 0. 01887 0.02610..9 0. 044424 0.051483 ?. 8 ?. 0691 1 7 0.07741 0, 7 0.096654 0.107427 0.6 0.1 23956 ?. 137859 0.5 0. 14695 0. 163907 0.4 0.163975 0.183489 0.3 0.166276 0.186525 0. 2 0.150157 0.168838 0, 1 0, 111645 0,125795 0 Θ 0 0. 1 -0.15515 -0.1 6924 0. 2 -0, 2014 -0.22006 0. 3 -0.21325 -0.23354 0.4 -0. 1 968 -0, 21 631 0. 5 -0.15947 -0.17639 0.6 -0, 11698 -0.13092 0. 7 -0, Q7339 -0. 0:8415 0, 8 -0.03815 -0,04642 ? 9 -0. 0183 -0,025:33 1 -0. 01887 -0. 02:61 1 0. 040.90122 0.06:211 0/79459 0. 08714 0.69834 ?. 11365 0.60208 0.14058 0. 50448 0. 16432 0,40305 0.18112 0.30817 0.18255 0.20542 0.1 6546 0, 10491 0, 12497 0 0 0.10319 -0.19525 0.20005 -0.25146 0. 3(!〇9 -0. 2.6862 0.40838 -0.25002 0.50168 -0.2099 0.60573 -0.15586 0.70945 -0.1 01 29 0.8001 8 -0.06282 0, 9043 -0. 03837 1 ~0. Q4I 0. 03492 ?, 0449 0. 9 0.057535 0. 066809 0.8 0.080346 0.09075 0.7 0.106806 ?. 11988! 0.6 0.133317 0.149818 0/5 0.155308 0. 175029 0. 4 0, 170449 0, 192812 0.3 0.170953 0,193929 0,2 Ο, 15353 0.17453 0. 1 0.114087 0.1299 0 0 0 II -0.18394 -0.1 9969 0.2 -0.24068 -0,26158 0. 3 -0. 25734 -0.2.8016 0, 4 -0, 24147 -0.26372 0.5 -Q. 2()053 -0.22022 0. 6 -0.15106 -0.16746 0. 7 09937 -CU1238 0.8 -0.05739 -0.06782 0.9 -0. 034 -0. 04332 I 03492 -(I. 0449I 0. 0597 0. 9129 Ο, 08116 0.81125 0,10704 0, 70573 0,13268 0.60458 0.1 5565 0.4999 0.17722 0.40024 0,19183 0.30777 0.1937 0.20288 0.1802 0.1 0078 0.14319 0 O ?. 10236 -0,22433 0.2031 6 -0.28785 0, 3:0517 -0.30541 0.40272 -0.28938 0.50941 -0,24329 0.60094 -0.19267 0. 7006 -0. 1 3564 0. 80395 -0. 1)8694 0.9029! -0. 06049 1 -0. 0597I 0. 053 0. 0665 0. 9 0. 077854 ?. 09036 0.8 0.102637 0.116159 0.7 0. 126055 0.14223 0, 6 0.14736 0. 1 66686 0.5 0.165583 0,18791 8 0.4 0.1 79451 ?. 204334 0.3 0.1 80838 ?, 206261 0. 2 0.167363 0.1 90849 Q. 1 0,132916 0.151146 0 0 0 0. 1 -0.21265 -0.23104 0. 2 -0.27495 -0.29853 0.3 -0.29327 -0.31864 Ο, 4 -0.27801 -0,30285 0.5 -0,23665 -0.2591 2 Ο? 6 -0.18415 -0.20342 0, 7 -0. 12802 -0.14411 0.8 -0.08144 -0.09514 0, 9 -α. 05446 -0. 0:671 1 -0. 053 -0. 0665x/C y/C
【文檔編號(hào)】F03D1/06GK106014853SQ201610546194
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月12日
【發(fā)明人】申振華
【申請(qǐng)人】申振華