一种风力机叶片抗污高性能翼型族的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种风力机叶片抗污高性能翼型族，包括几何外形不同的第一翼型(150)和第二翼型(160)，每个翼型的尾缘相对厚度为0.4％～0.6％，最大相对厚度为20.5％～21.5％，最大相对厚度的位置在距前缘32％～33％弦长处。本实用新型的风力机叶片翼型具有优于传统翼型DU93-W-210的气动特性，有效地改变了叶片的性能，可提高最大升阻比、设计升力系数、最大升力系数等；本实用新型的翼型具有优于传统翼型DU93-W-210的抗污特性，有效地减小了叶片的前缘粗糙敏感性；本实用新型的翼型比DU93-W-210传统翼型的截面积小、周长短，有效地减小了叶片的重量，可降低叶片的成本。
【专利说明】一种风力机叶片抗污高性能翼型族
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种风力机叶片翼型族，特别涉及一种风力机叶片21%相对厚度抗污高性能翼型族。
【背景技术】
[0002]风能是地球上一种储量丰富、分布广泛、利用前景广阔的能量资源。它作为替代化石能源的一种具有清洁、安全、永续特点的可再生能源形式，已受到世界各国的青睐。有效地利用风能，对于缓解能源紧缺局面、调整能源结构、保证能源安全、推动节能减排、保护环境、促进经济可持续发展具有重要的作用。
[0003]利用风能的主要设备是风力发电机，风力发电机主要有水平轴和垂直轴两种形式，目前应用广泛的是水平轴风力发电机，尤其是变桨型水平轴风力发电机。叶片是风力发电机的关键部件，叶片气动性能的优劣决定了风力机风能利用的效率。然而，叶片是由不同厚度的翼型沿展向积叠构成，因此，翼型的气动性能成为风力机叶片气动性能的主要决定因素。
[0004]对于风力机专用翼型的研究，国外在20世纪80年代就已开展，美国、丹麦、荷兰、瑞典等风能技术发达的国家相继研发出了风力机专用翼型系列，如美国NREL的S系列、丹麦RIS0系列、荷兰DU系列和瑞典FFA系列等；我国起步较晚，开展了研究的单位有中国科学院工程热物理研究所、汕头大学、重庆大学、西北工业大学、北京航空航天大学和兰州理工大学等。
[0005]然而，风力机在自然环境中运行，叶片极易受到尘土、昆虫残骸和霜雪的污染而使风力机叶片气动性能下降、风能利用效率降低和发电量减少。许多风场实验都已证实了这种结果，最为严重的功率损失高达55%。因此，为了避免污染对风力机叶片气动性能的影响，减少输出功率的损失，`提`高风能利用效率和发电量，设计开发抗污高性能翼型成为必然需求。
[0006]风力机叶片一般沿展向划分成三个区域:叶片外侧(0.6〈r / R≤ 1.0)，中区(0.4<r / 0.6)和内侧(r / R≤ 0.4)。叶片外侧是风力机的主要出功部位，对于此部位翼型的设计重点是要保证粗糙敏感性低即抗污特性好、最大升阻比大、噪声低，同时兼顾考虑最大升力系数、失速特性和几何兼容性。21%相对厚度翼型就是位于此区域，目前实际中应用最广泛的是DU93-W-210翼型，但其气动性能和抗污特性还有改善的空间。
【发明内容】
[0007]本实用新型目的在于提供一种风力机叶片21%相对厚度的翼型族，以改善风力机叶片在污染环境气动性能下降的缺陷，从而减少风力机输出功率的损失，提高风能利用效率。
[0008]为实现上述目标，本实用新型提供一种风力机叶片抗污高性能翼型族，包括几何外形不同的第一翼型和第二翼型，其特征在于，[0009]每个翼型均包括前缘、尾缘、吸力面、压力面；
[0010]每个翼型的尾缘相对厚度为0.4%~0.6% ;
[0011]每个翼型的最大相对厚度为20.5%~21.5%，最大相对厚度的位置在距前缘32%~33%弦长处；
[0012]其中，所述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横坐标与纵坐标与弦长的比值；所述弦长是指从翼型的前缘至尾缘之间的长度；所述最大相对厚度是指翼型的压力面和吸力面之间的最大厚度与弦长的比值，所述尾缘相对厚度是指翼型的尾缘厚度与弦长的比值。
[0013]优选地，所述翼型族适用于叶片长度20米以上、功率丽以上的、变桨型风力发电机。
[0014]优选地，所述翼型族应用在风力机叶片的外侧区，所述外侧区的长度约占叶片展长的40%。
[0015]优选地，所述第一翼型和第二翼型的吸力面弧度、压力面弧度均不相同。
[0016]优选地，所述第一翼型的吸力面的无量纲几何坐标为:
[0017]
【权利要求】
1.一种风力机叶片抗污高性能翼型族，包括几何外形不同的第一翼型和第二翼型，其特征在于， 每个翼型均包括前缘、尾缘、吸力面、压力面； 每个翼型的尾缘相对厚度为0.4%~0.6% ; 每个翼型的最大相对厚度为20.5 %~21.5 %，最大相对厚度的位置在距前缘32 %~33%弦长处； 其中，所述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横坐标与纵坐标与弦长的比值；所述弦长是指从翼型的前缘至尾缘之间的长度；所述最大相对厚度是指翼型的压力面和吸力面之间的最大厚度与弦长的比值，所述尾缘相对厚度是指翼型的尾缘厚度与弦长的比值。
2.根据权利要求1所述的风力机叶片抗污高性能翼型族，其特征在于，所述第一翼型和第二翼型的吸力面弧度、压力面弧度均不相同。
3.根据权利要求1或2所述的风力机叶片抗污高性能翼型族，其特征在于，所述第一翼型的吸力面的无量纲，何坐为:
4.根据权利要求3所述的风力机叶片抗污高性能翼型族，其特征在于，所述第一翼型的压力面的无量纲几何坐标为:
5.根据权利要求1或2所述的风力机叶片抗污高性能翼型族，其特征在于，所述第二翼型的吸力面的无量纲，何坐为:
6.根据权利要求5所述的风力机叶片抗污高性能翼型族，其特征在于，所述第二翼型的压力面的无量纲几何坐标为:
7.根据权利要求1所述的风力机叶片抗污高性能翼型族，其特征在于，所述第一翼型和第二翼型的最大相对厚度均为21%。
【文档编号】F03D11/00GK203594560SQ201320567103
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】黄宸武, 陈鹏, 谌海莲, 曾文武, 陈敏 申请人:宜春学院