专利名称：一种风力机叶片翼型族的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力机叶片翼型族，特别涉及一种风力机叶片的钝尾缘厚翼型族。
背景技术：
随着世界能源问题日益突出，风能作为环境友好的可再生能源得到迅速发展。风 力机叶片是风电机组的核心部件，而叶片又是由翼型沿其展向叠加而成，因此翼型性能的 好坏直接决定了风电机组性能的优劣。随着风电机组不断大型化发展，叶片越来越长，特别 是叶片根部对翼型的结构和气动特性都有更高的要求，因此设计开发厚翼型、钝尾缘翼型 成为必然需求。增加翼型厚度能够提高翼型的结构特性，但是随着翼型厚度的增加，翼型气动性 能会降低，比如翼型的最大升力系数和最大升阻比会降低，翼型的前缘粗糙敏感性会增加 等。而采用钝尾缘能够在满足翼型结构特性的同时提高厚翼型的气动特性，增加翼型尾缘 厚度可以减小翼型吸力面的负压梯度，延迟翼型湍流分离，从而提高翼型升力系数、降低翼 型前缘粗糙敏感性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风力机叶片专用的钝尾缘厚翼型族，以适应风力机大 型化发展，将厚翼型用于叶片根部以取代传统的圆柱型结构，从而提高叶片性能。为实现上述目标，本发明提供的风力机叶片翼型族，包含第一至第四不同相对厚 度的翼型，所述的相对厚度是各翼型上下两个面之间的最大厚度与弦线的长度的比值；
每个翼型均由前缘、尾缘、吸力面、压力面组成；
尾缘具有从前缘至尾缘弦长59Tll%的厚度，压力面为四个不同程度的S形后加载； 该翼型族的相对厚度为45%-60% ；
该翼型族的最大相对厚度的位置在距前缘点32. 19Γ33.洲弦长处； 其中，第一至第四个翼型的几何外形，是由压力面和吸力面上各点的无量纲二维坐标 平滑连接形成，所述的无量纲二维坐标是各点的横坐标和纵坐标与弦长的比值。本发明的风力机叶片翼型族的具有以下优点
1、本发明的风力机叶片翼型族在几何结构上满足了大型风力机叶片片根部翼型的结 构要求；
2、本发明的风力机叶片翼型族具有优良的气动特性，有效改善了叶片性能，可提高叶 片根部的升力系数、升阻比，减小叶片根部的粗糙敏感性；
3、本发明的风力机叶片翼型族可减小叶片的重量，降低叶片成本。
图1为应用本发明翼型族构造的一个风力机叶片的透视图。图2为本发明的风力机叶片翼型族的复合图。图3为本发明的风力机叶片翼型族的第一翼型的轮廓图。图4为本发明的风力机叶片翼型族的第二翼型的轮廓图。图5为本发明的风力机叶片翼型族的第三翼型的轮廓图。图6为本发明的风力机叶片翼型族的第四翼型的轮廓图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明加以详细说明，应指出的是，所描述的具体实施例仅旨在 便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。现在参照图1，图1显示了使用本发明的风力机叶片翼型族A的风力机叶片B。本 发明的风力机叶片翼型族优选的可以用于水平轴风力机叶片。叶片B包括紧邻轮毂(未显 示)的内侧区110、外侧区120和叶尖区130。一般地，内侧区110约占叶片100展长的50%， 外侧区约占叶片100展长的30%,叶尖区130约占叶片100展长的20%。图2显示了本发明风力机翼型族A。翼型族A包括有前缘A00、吸力面A20、尾缘 A10、压力面A30。弦线A40从翼型族A的每个前缘AOO延伸到尾缘A10。图2中所示第一 翼型150、第二翼型160、第三翼型170、第四翼型180的前缘角度、吸力面厚度、尾缘厚度、压 力面弧度、翼型厚度等均不相同，适合使用在图1所示的叶片B的内侧区110。各翼型之间都具有良好的几何兼容性，在叶片中各翼型断面按照本领域中公知的 方法，由连接任何两个相邻翼型形状之间的相应部分的过渡面连接，翼型横断面按照公知 的方法可以变换角度，以便对叶片输入有效的阻力，从而形成由空气动力性能要求所确定 的变化的叶片迎角。翼型厚度是指翼型上下表面之间的距离，最大厚度与弦长的比值称为翼型的相对 厚度。本发明中翼型族 A的相对厚度的范围为45%-60%，最大厚度的位置在距前缘点 32. 19Γ33. 2%%弦长处。适用于叶片长度20米以上、功率MW以上的、失速型或变桨型的风力 机。本发明的翼型族在Re=3X106的工况下，具有高的升力系数，小攻角时失速范围较小。 从翼型族A的外部几何特征上可以看出，在本发明中，优选的，翼型族A的尾缘AlO都有一 定的厚度，厚度范围为59Tll%弦长，压力面具有的不同程度的S型后加载。随着翼型厚度 的增加，翼型分离失速的形式从尾缘分离转到压力面分离，本翼型族的相对厚度大于45%， 翼型会在小攻角是就出现压力面分离，增加翼型尾缘厚度会有效改善这种情况。翼型若采 用较大的S型后加载会使翼型在小攻角下压力面出现大范围分离，而太小的S型后加载虽 然会抑制小攻角时压力面分离，但会使翼型升力系数较低。本翼型族从两方面综合考虑，使 翼型具有合适的S型后加载形状。图3-图6显示了本发明翼型族A所包含的四个翼型的实施例，各实施例中翼型的 外形轮廓。表1-8中吸力面栏分别列出本发明翼型族A的第一翼型150、第二翼型160、第三 翼型170以及第四翼型180吸力面的无量纲二维坐标数据点。每个翼型的弦线从前缘延伸至尾缘，弦线的长度为弦长，每个翼型吸力面上的各点的横坐标和纵坐标除以该翼型的弦 长后得到该翼型吸力面的无量纲几何坐标。表1-8中压力面栏分别列出上述翼型压力面的 无量纲二维坐标数据点。每个翼型压力面上的各点的横坐标和纵坐标除以该翼型的弦长后 得到该翼型压力面的无量纲几何坐标。根据表中所列数据点由样条曲线光滑连接即可分别 形成上述翼型的吸力面和压力面轮廓。第一、第二、第三翼型、第四翼可以作为风力机叶片 内侧区翼型。表中x/c值表示吸力面或者压力面上的某点在弦线方向上相对于前缘的位置，y/ c值表示从弦线到吸力面或者压力面上某点的高度。表中描述翼型的无量纲二维坐标数据 可以放大和缩小而保持翼型的形状不变，坐标的缩放方案为表1-8中的χ、y坐标值乘以或 除以不为零的常数，继而得到满足设计要求的不同弦长大小的翼型。下面具体说明每个翼型
图3显示了本发明翼型族A的第一翼型150，优选的，该翼型的相对厚度为45%，用于叶 片B的内侧区110。翼型在雷诺数在3X106的工况下进行工作，并且同风力机专用翼型族 A中其他翼型有着良好的几何兼容性。
第一翼型150具有第一翼型前缘151，第一翼型弦线152，第一翼型吸力面153，第一翼 型尾缘154，第一翼型压力面155。第一翼型弦线152从第一翼型前缘151延伸至第一翼型 尾缘154。第一翼型150的第一翼型吸力面153优选的，按照表1中压里面栏中列出的无量 纲二维坐标数据点光滑连接所形成。具体形状在表1、2中以无量纲坐标形式给出。x/c值表示吸力面153或压力面155 上某点在弦线152方向上相对于前缘151的位置，y/c值则表示从弦线152到吸力面153或 压力面155上某点的高度。这些值是作为相同的常数或数量的函数可缩放的，以提供比例 放大或缩小而形状保持不变的翼型。表1第一翼型吸力面
权利要求
1.一种风力机叶片翼型族，所述的翼型族(A)包含第一至第四不同相对厚度的翼型 (150、160、170、180)，所述的相对厚度是各翼型上下两个面之间的最大距离与弦长(c)的比 值，所述的弦长(c)是翼型前缘到尾缘的弦线(A40)的长度，其特征在于每个翼型均由前缘(A00)、尾缘(A10)、吸力面(A20)、压力面(A30)组成； 所述翼型族(A)的尾缘厚度为59Tll%弦长； 所述翼型族(A)的压力面为S形后加载； 所述翼型族(A)的相对厚度为45%-60% ；所述翼型族(A)的最大相对厚度的位置在距前缘32. 19Γ33. 2%弦长处； 其中，每个翼型的几何外形，由压力面和吸力面上各点的无量纲二维坐标平滑连接形 成，所述的无量纲二维坐标是各点的横坐标和纵坐标与弦长的比值。
2.根据权利要求1所述的风力机叶片翼型族，其中，第一翼型(150)的吸力面和压力面 的无量纲二维坐标分别为第一翼型(150)吸力面
3.根据权利要求1所述的风力机叶片翼型族，其中，第二翼型(160)吸力面和压力面的 无量纲二维坐标分别为 第二翼型(160)吸力面
4.根据权利要求1所述的风力机叶片翼型族，其中，第三翼型(170)吸力面和压力面的 无量纲二维坐标分别为 第三翼型(170)吸力面
5.根据权利要求1所述的风力机叶片翼型族，其中，第四翼型(180)吸力面和压力面的 无量纲二维坐标分别为 第四翼型(180)吸力面
6.根据权利要求1至5任一项所述的风力机叶片翼型族，其特征在于，所述的风力机叶 片翼型族(A)用于水平轴风力机叶片。
7.根据权利要求1至5任一项所述的风力机叶片翼型族，其特征在于，所述翼型族(A) 适用于叶片长度20米以上、功率兆瓦以上、失速型或变桨型的风力机。
8.根据权利要求1至5任一项所述的风力机叶片翼型族，其特征在于，所述翼型族(A) 适用于风力机叶片的内侧区。
全文摘要
一种风力机叶片翼型族，包含第一至第四不同相对厚度的翼型，所述的相对厚度是各翼型上下两个面之间的最大距离与弦长的比值，所述的弦长是翼型前缘到尾缘的弦线的长度；每个翼型均由前缘、尾缘、吸力面、压力面组成。该风力机叶片翼型族的前缘半径为10.203%~15.345%弦长，尾缘的厚度为5%~11%弦长，相对厚度为45%-60%，最大相对厚度的位置在距前缘32.1%~33.2%弦长处，压力面为四个不同的S形后加载。所述风力机叶片翼型族的每一个翼型的几何外形，由每个翼型的压力面和吸力面上各点的无量纲二维坐标平滑连接形成，所述的无量纲二维坐标是各点的横坐标和纵坐标与弦长的比值。
文档编号F03D1/06GK102062044SQ20101060269
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者徐建中, 杨科, 白井艳 申请人:中国科学院工程热物理研究所