一种风力机叶片翼型
阅读：961发布：2020-11-05
专利汇可以提供一种风力机叶片翼型专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及的一种用于 水 平轴 风 力 发 电机 叶片 的 风力 机叶片 翼型 。其应用逆向工程获取家燕翅翼翼型的上下表面的坐标值，通过风洞实验与标准翼型对比得出。仿家燕翼型最大厚度(t)所在的 位置 占弦长的27.3％～36.4％；最大弯度(f)所在的位置占弦长的45.5％～54.5％；仿家燕翼型的前缘半径比标准翼型减小了1倍左右，以减少翼型的迎风面积降低压差阻力；最大厚度(t)比标准翼型减小了1.2倍左右，可防止翼型上的气流出现过早的分离，造成升力损失；最大弯度(f)大约是标准翼型的2倍左右，使得仿生翼型上下表面流速差加大，从而使上下表面压差增大，升力升高。本实用新型具有更好的升力及 升阻比 ，可以使整体 气动 特性得到提高。，下面是一种风力机叶片翼型专利的具体信息内容。
一种风力机叶片翼型
技术领域：
[0002] 风力发电是当今世界最具发展前景的新能源发电技术之一，其大规模研发利用已成为21世纪世界各国新能源发展的重点。我国不仅是风电设备的生产大国，出口大国，也是消费大国，家用小型风力发电设备市场潜力非常巨大。
[0003] 目前风力发电机主要有两种形式：水平轴和垂直轴，世界上应用较多的是水平轴风力发电机，这种风力机适用于大规模的风电场。风力机叶片是风力发电机捕捉风能的核心部位，而构成叶片空气动力学外形的翼型决定着叶片的性能，是叶片设计的关键，它直接决定着风能转化的效率，因此研究高性能的翼型有其必然性。
[0004] 早在20世纪中期，国外就对风力机翼型进行了专门的研究。丹麦国家实验室提出了RisФ-A1、RisФ-P、RisФ-B1三种风力机专用翼型族；瑞典航空研究院设计了FFA-W1、WZ、W3风力机专用翼型族；荷兰Delft大学开发了DU翼型族。这些风力机专用翼型具有较平缓的失速特性、较低的前缘敏感度和低噪声等特性，但其转化风能的效率与Betz理论相比还有很大的发展空间，即翼型的升力及升阻比还有待进一步的提高，从而增加风能利用率，降低能源损失。
[0005] 在社会高度发展的今天，仿生学已作为一门独立的学科被越来越多的学者专家所认同，且在亿万年的发展变化中生物具备了适应大自然的性质，更有其独特的研究价值。 [0006] 在自然界中，鸟类与昆虫与空气直接接触，且鸟类的翅膀也是由一系列翼型横向排布而成，与风力发电机工况最为类似。本实用新型以家燕为研究对象，将其翅翼翼型应用到风力机上，拟在解决风能利用率低的问题。家燕是最常见的夏候鸟，也是世界上飞行最快的鸟类之一，它的翅膀狭长，这种翅翼适应于快速飞行和长距离的迁徙，具有很强的灵活性。发明内容：
[0007] 本实用新型涉及一种风力机叶片翼型，目的是针对风力发电机专用翼型升力及升阻比普遍不高的情况，使其在不同的雷诺数和不同的攻角下升力及升阻比能大幅度提升，将仿家燕翼型应用到风力发电机上能解决水平轴风力发电机风能利用率低、损失大的问题，节省能源 开支。
[0009] 一种风力机叶片翼型，是由弦长、厚度、前缘半径和弯度组成，所述弦长c为1时，最大厚度t的取值范围为0.0573～0.0617，所述前缘半径r的取值范围为0.00522～0.00679，所述弯度f的取值范围为0.0708～0.0771，且最大厚度t所在的位置占弦长c的取值范围的27.3％～36.4％，最大弯度所在的位置占所述弦长c范围的45.5％～54.5％。 [0010] 本实用新型的仿家燕翼型的前缘半径比标准翼型NACA4412减小了1倍左右，这会减小翼型的迎风面积从而降低压差阻力；最大厚度与标准翼型相比减少了1.1倍左右，可以防止翼型上的气流在流经上表面时出现过早分离，造成升力损失；仿家燕翼型的最大弯度明显高于标准翼型，大约是标准翼型的2倍左右，这就使得仿生翼型的上、下翼型表面流速差加大，从而翼型上、下表面压力差加大，故升力增加。
[0011] 本实用新型具有以下优点：本实用新型的翼型并不改变本身的形状及表面结构就能获得优良的气动特性：实验时的攻角范围为-10°～40°，雷诺数分别为60000、80000，测得仿家燕翼型的升力系数比标准翼型分别提高了36.25％、26.9％，升阻比比标准翼型分别提高了28.9％、38.5％；本实用新型的实验数据是通过实际风洞实验得到，与以往模拟分析得到的数据相比更具有说服力。附图说明：
[0012] 图1是仿生翼型的示意图。
[0013] 图2是图1A处的局部放大图。
[0014] 图3是在风洞实验实际吹风的情况下，仿家燕翼型与标准翼型NACA4412在攻角为-10°～40°，雷诺数为60000、80000时的升力系数的对比曲线图。
[0015] 图4是在风洞实验实际吹风的情况下，仿家燕翼型与标准翼型NACA4412在攻角为-10°～40°，雷诺数为60000、80000时的升阻比的对比曲线图。
[0016] 图中：r-前缘半径 t-最大厚度 f-弯度 c-弦长 d-弯度线 B-上翼面 C-下翼面具体实施方式：
[0017] 参考图1，仿家燕翼型的弦长c为单位长度1，前缘半径r为0.00679，最大厚度t为0.0573，弯度f为0.0771，最大厚度位置为：xt/c＝27.3％，即最大厚度t所在的位置为弦长c的27.3％；弯度的位置为：xf/c＝54.5％，即弯度f所在的位置占弦长的54.5％，其中xt为最大厚度所在位置在翼型上的横坐标值，xf为弯度所在位置在翼型上的横坐标值。前缘半径比标准翼型NACA4412减小了1倍左右，这会减小翼型的迎风面积从而降低压差阻力；最大厚度与标准翼型相比减少了1.1倍左右，可以防止翼型上的气流在流经上表面时出现过早分离，造成升力损失；仿家燕翼型的最大弯度明显高于标准翼型，大约是标准翼型的2倍左右，这就使得 仿家燕翼型的上、下翼型表面流速差加大，从而翼型上下表面压力差加大，故升力增加。
[0018] 仿家燕翼型1，其上、下翼面所对应的坐标值满足下表：
[0019] 表1
[0020]
[0021] 仿家燕翼型2，其上、下翼面所对应的坐标值满足下表：
[0022] 表2
[0023]
[0024] 图3为仿家燕翼型与标准翼型的升力系数随攻角的变化曲线图，是在风洞实验室经过实际吹风试验得到的。可以看出仿家燕翼型的升力系数全部大于标准翼型。且随着攻角的增加升力系数呈增长的趋势，当攻角增加到40°左右时，升力系数开始有下降的趋势。从图中可以看出当雷诺数为60000、攻角为38°时仿家燕翼型的升力系数达到最大，为0.3488；而标准翼型NACA4412在雷诺数为60000时，最大的升力系数为0.256，仿家燕翼型比标准翼型NANCA4412的升力系数可增加36.25％。当雷诺数分别为60000、80000时仿家燕翼型的升力系数比标准翼型分别提高36.25％、26.9％。
[0025] 图4为仿家燕翼型与标准翼型的升阻比在不同雷诺数和不同攻角下的曲线图。当雷诺数为80000，攻角为4°时，仿家燕翼型的升阻比最大为6.5，比标准翼型的最大升阻比5增加了30％。当雷诺数分别为60000、80000时仿家燕翼型比标准翼型的升阻比分别提高了28.9％、38.5％。
[0026] 综上可以看出当攻角为-10°～40°，雷诺数分别为60000、80000时仿家燕翼型比标准翼型NACA4412具有更好的升力和升阻比，应用到水平轴风力发电机上能更好的提高风能利用率，降低能源损失。
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