改变叶片后缘侧翼型分布的方法及叶片、风机和叶片制法与流程

本发明涉及一种大型风轮叶片后缘可变形的装置，属于新能源技术应用领域，尤其涉及一种可改变叶片后缘侧的翼型分布的方法，及后缘侧设有可变形装置的风轮叶片，使用该种风轮叶片的风机和该种风轮叶片的制作方法。

背景技术：

随着叶片长度的增加，风轮叶尖速度也逐渐增加。叶片在正常运行的时候，最大弦长附近部分截面迎角较大。随着迎角的增加，前驻点向后缘移动，气流绕前缘近区的吸力峰在增大，造成峰值点后的气流顶着逆压梯度向后流动越困难，气流的减速越严重。这不仅促使边界层增厚，变成湍流，而且迎角达到一定程度以后，逆压梯度达到一定数值，气流就无力顶着逆压减速了，而发生分离。气流分离后会造成吸力面靠近后缘出现不稳定脱落涡，这样一方面会减小叶片输出功率，另一方面会使最大弦长附近载荷不稳定，容易产生振动。由于吸力面靠近后缘部位的翼型分布会影响气流流动，改变该区域的翼型分布也会引起叶片在大迎角下的分离流动的变化，对后缘部位厚度进行有效的增加会对翼型的气动特性产生积极影响。

一般大型风电机组叶片在最大弦长附近使用厚度为40%的翼型，而初始设计的翼型后缘厚度较薄，相对后缘较厚的翼型，这种较薄的翼型容易出现失速现象，其失速性能也较差。当翼型靠近后缘位置厚度增加后，不仅能增加其最大升力系数，提高升阻比，也相应地降低了气流通过截面尾缘位置的逆压梯度，从而推迟或者避免气流的分离。

变桨型风轮叶片运行中，由于叶根位置相对叶尖位置在旋转平面内转速较小，当风速相同，最大弦长附近截面迎角比叶尖位置迎角大。随着风速的增加，在风速未达到额定风速时，最大弦长附近截面迎角是逐渐增加的，在额定风速时迎角达到一个较高的数值，叶片此时产生最大输出功率。随着风速的增加，叶片为了保持额定功率，进行变桨动作。当风速大于额定风速以后，随着风速的增加，最大弦长附近截面攻角也是逐渐增加的，直至风速达到切出风速。在风速达到额定风速前和风速达到切出风速前一部分风速段，最大弦长附近均出现不同程度的迎角过大现象，气流发生分离。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明目的之一是提供一种可改变叶片后缘侧的翼型分布的方法，可通过改善叶片后缘侧的翼型分布，来改善尾流。

本发明又一目的是提供一种后缘侧设有可变形装置的风轮叶片，其可改变风轮叶片后缘的翼型分布，并改善尾流，尤其是当叶片最大弦长附近出现较大迎角时，能改善叶片最大弦长附近的受载情况，并能增加叶片在该迎角运行时的发电量。

本发明又一目的是提供一种后缘侧设有可变形装置的风轮叶片的制作方法，其制作简单方便，且可根据需要调整可变形装置的刚度，以根据不同的需要获得相应的变形程度。

本发明又一目的是提供一种具有后缘侧设有可变形装置的风轮叶片的风机，其在运行过程中，不仅不会影响在正常层流时的气动性能，而且当叶片吸力面产生分离流过程中可以有效减缓载荷，增加功率。

为了达到上述目的，本发明提供的主要技术方案包括：

一种改变叶片后缘侧的翼型分布的方法，其包括：

在叶片的后缘侧的预定位置设置可因风压而产生变形的板，通过该板的变形来改变叶片后缘侧的翼型分布。

其中，为了取得更佳的改善效率，叶片的预定位置指叶片的吸力面的最大弦长处。由于最大弦长位置弦长最大，攻角更易出现失速，而靠近叶尖位置一般不会出现失速情况，并且较叶根段翼型分布明确，理论上应该在任何出现失速段都添加纤维板，但最大弦长位置添加纤维板对于改善该失速情况作用是最大的。

其中，该板的变形程度通过板的刚度大小来调整。

其中，该板具有连接部和变形部，靠近迎风面一侧的连接部连接于叶片，迎风面一侧的变形部提供该板的变形，该连接部沿叶片的弦长方向的宽度小于该变形部沿叶片的弦长方向的宽度。

一种后缘侧设有可变形装置的风轮叶片，其包括：

叶片本体，具有吸力面；以及

可变形装置，整体呈板状，具有第一表面和第二表面，第一表面靠近迎风面的一侧（连接区域）连接叶片本体的吸力面，该可变形装置远离迎风面的一侧（变形区域）能通过变形来改变叶片后缘侧的翼型分布。

其中，所述可变形装置设于叶片本体的后缘侧的吸力面的最大弦长处的预定区域，由于在叶片弦线位置30%~60%的后缘位置，所述可变形装置出现变形后其气动性能是最优的，该预定区域优选为指叶片本体的后缘侧的弦长的30%~60%。

其中，所述可变形装置设有沿叶片的弦长方向延伸的开口。该开口可以将可变形装置完全切割为两个独立的部分，或者是不完全切割，即在两部分之间设有一个或若干个断续的连接部。

其中，为了获得更好的抗疲劳性能，且易于成型，所述可变形装置为纤维板，由于玻璃纤维不仅便宜，而且能够满足极限和疲劳载荷要求，而碳纤维强度较高，能够满足对于结构和气动特性的较高要求，优选为碳纤维或玻璃纤维。

其中，由于叶片运行的时候，纤维板的各个位置受力不同，为了避免纤维板局部位置的变形影响其他位置，所述纤维板可以为两块以上，当为两块时，分设于最大弦长位置的两侧，例如可以是在最大弦长位置进行剪切，以消除对中间位置变形的影响。

其中，第二表面靠近迎风面的一侧设有斜角，斜角的角度可以是3°~10°，优选为5°。

其中，所述可变形装置的第一表面靠近迎风面的一侧（连接区域）粘接连接叶片本体的吸力面的预定宽度区域，优选为吸力面的该预定宽度区域粘接之前是经过打磨的，优选为多向打磨，优选为预定宽度区域的宽度为100cm。

其中，叶片本体的最大弦长处的所述预定区域指：由叶根至叶尖的轴向为自最大弦长位置靠近叶根侧1米到最大弦长位置靠近叶尖侧1米，由前缘至后缘的弦向为自对应的切面弦线上自前缘的(60%*弦长-0.1)米位置到后缘线。

一种风机，其具有上述任一种后缘侧设有可变形装置的风轮叶片。

一种后缘侧设有可变形装置的风轮叶片的制作方法，其其包括如下步骤：

S10、在风轮叶片的吸力面一侧的模具上，对应风轮叶片的预定区域标定位置，并在标定的位置铺放脱模布，该脱模布延伸至标定的位置外一定距离；

S20、利用经步骤S10铺放脱模布的模具制作纤维板作为可变形装置；

S30、使风轮叶片基本呈水平的置于型修支架；

S40、标记风轮叶片的吸力面的预定宽度区域，并进行打磨；

S50、在步骤S40打磨之后的预定宽度区域涂胶；

S60、将步骤S20制作的纤维板的连接区域粘接于步骤S50涂胶后的预定宽度区域，使作为可变形装置的纤维板设置于风轮叶片的预定位置。

其中，步骤S20的具体内容为，在浸胶平台上对纤维布进行浸胶，浸胶后的纤维布进行层铺，层铺前先在标定位置的区域辊涂一层风轮叶片的壳体用的树脂，层铺中用脱泡辊进行辊压，待固化后，在最大弦长位置将纤维板裁剪为两块，用砂纸打磨平整且无飞边、毛刺，优选为还将纤维板靠近前缘一边外侧用砂纸打磨出5°斜角，保证气流平缓流动。

本发明的有益效果是：

本发明通过在叶片的后缘侧的预定位置（例如可以在最大弦长附近，吸力面靠近后缘处）加装了可因风压而产生变形的板（例如可以为两块纤维板），该纤维板可以在叶片弦向靠近前缘处用胶进行粘接。当该预定区域（例如最大弦长附近）迎角较小时，纤维板受到正压作用，不发生变形，该区域翼面正常流动，不会影响正常层流时的气动性能。随着迎角的增大，该区域后缘出现不稳定的脱落涡后产生负压，纤维板在负压的作用下发生变形，吸力面靠近后缘位置产生新的形状，而新的翼型增加了后缘厚度，减小了逆压梯度，减弱了脱落涡的强度，从而使纤维板的受力减小，最终恢复为原来形状。当产生新的脱落涡，并且涡强度较大时，纤维板会再次变形，改善尾流。进而改善了叶片最大弦长附近受载情况，也增加了叶片在该迎角运行时的发电量。即在叶片吸力面产生分离流过程中可以有效减缓载荷，增加功率。纤维板的变形程度可以通过对纤维板刚度的控制来实现。

附图说明

图1是本发明一个实施例的风轮叶片上安装纤维板的立体示意图（纤维板数量为两块，其中，A为整体视图，B为局部视图）；

图2是本发明一个实施例的风轮叶片上安装有纤维板在大迎角下的立体示意图（纤维板数量为两块，其中，A为整体视图，B为局部视图）；

图3是本发明一个实施例的风轮叶片上安装有纤维板在大迎角下的切面示意图（纤维板数量为两块）；

图4是本发明一个实施例的风轮叶片上安装纤维板的俯视图（纤维板数量为两块，预定区域宽度为弦线60%）；

图5是本发明一个实施例的风轮叶片上安装有纤维板的示意图（纤维板数量为两块，预定区域宽度为弦线40%）；

图6是本发明一个实施例的风轮叶片上安装有纤维板的示意图（纤维板数量为三块）；

图7是本发明一个实施例的风轮叶片的制作方法流程图。

【附图标记说明】

图中：1.叶片本体，10.吸力面，20.最大弦长位置，30.前缘，40.后缘，X.轴向，Y.弦向，2.连接部，3.第一纤维板，4.第二纤维板。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图通过具体实施方式对本发明作详细描述。

参见图1至图5，本发明一个实施例的后缘侧设有可变形装置的风轮叶片，其具有叶片本体1、第一纤维板3和第二纤维板4。

叶片本体1具有吸力面10、最大弦长位置20、前缘30和后缘40，并将叶根叶尖的延伸方向定义为轴向X，前缘30向后缘40延伸的方向定义为弦向Y，前缘30与后缘40沿弦向Y的距离定义为弦线长度。

叶片本体1的吸力面10的预定位置供设置第一纤维板3和第二纤维板4。其中，该预定位置设于叶片本体1的最大弦长位置20附近，优选为以最大弦长位置20为轴分割为左、右两部分（例如，分别向叶根和叶尖方向延长的左右对称的设置，以叶片长度为43米，叶片最大弦长为7米为例，可以向左右各延长1米）；该预定位置设于靠近叶片本体1的后缘30，优选为由后缘30开始向前缘40方向延伸，该预定位置在弦向的延伸方向上可以分割为前、后两部分，靠近后缘30的后部分可以为弦线长度的40%左右，远离后缘30的前部分可以具有预定宽度（构成预定宽度区域供第一、第二纤维板的连接部2连接用），例如由后缘30开始向前缘40方向延伸弦线长度的40%后，再加100mm的预定宽度。

第一纤维板3和第二纤维板4分别具有连接部2和变形部，连接部2供与叶片本体1连接，变形部供提供变形，通过变形来改变叶片后缘侧的翼型分布。优选为，第一纤维板3和第二纤维板4的连接部2分别具有第一表面和第二表面，该第一纤维板3和第二纤维板4通过连接部2的第一表面连接于叶片本体1的具有预定宽度的前部分（例如可以粘接连接）。其中，粘接连接时，该前部分优选为经过打磨（例如多向打磨）和清洁，之后涂抹预定宽度的胶，再用胶粘接。

为了保证粘接后叶片本体1与第一、第二纤维板3、4粘接位置的气动性能，优选为，第一、第二纤维板3、4的连接部2的第二表面靠近叶片本体1前缘40的一侧设有斜角，该斜角可以是打磨成的（例如用砂纸打磨），该斜角的角度优选为5°，以保证气流的平缓流动。

本发明的风轮叶片在运行过程中，当最大弦长位置20附近迎角较小时，第一、第二纤维板3、4受到正压作用，不发生变形，该区域翼面正常流动，不会影响正常层流时的气动性能。随着迎角的增大，该区域后缘30出现不稳定的脱落涡后产生负压，第一、第二纤维板3、4在负压的作用下发生变形，吸力面10靠近后缘30位置产生新的形状，而新的翼型增加了后缘30厚度，减小了逆压梯度，减弱了脱落涡的强度，从而使第一、第二纤维板3、4的受力减小，最终恢复为原来形状。当产生新的脱落涡，并且涡强度较大时，第一、第二纤维板3、4会再次变形，改善尾流。进而改善了风轮叶片最大弦长位置20附近的受载情况，也增加了风轮叶片在该较大迎角运行时的发电量。

参见图7，本发明的风轮叶片可以按如下流程制作：

S10、在叶片本体1的吸力面10一侧的模具上，标定该预定位置：轴向X为（最大弦长-1）米到（最大弦长+1）米，弦向Y为相应切面弦线上从前缘开始(60%*弦长-0.1)米到后缘线，并在该区域铺放一层脱模布，脱模布应在该区域四个方向各延伸0.1米；

S20、在浸胶平台上对纤维布进行浸胶，要求浸润后的纤维布应无褶皱、无干点，纤维平直，纤维布浸润良好，含胶量适中，层铺前先在该区域辊涂一层叶片本体1的壳体用树脂，层铺中用脱泡辊进行辊压，要求辊压后铺层含胶量均匀，颜色一致，无干点、无气泡、无分层，与叶片壳体贴实，待固化后，在最大弦长位置20将纤维板裁剪为两块，第一纤维板3、第二纤维板4，用砂纸打磨平整且无飞边、毛刺等，将第一、第二纤维板3、4靠近前缘一边外侧用砂纸打磨出5°斜角，保证气流平缓流动；

S30、叶片进入型修车间，用吊车将叶片放至叶片型修支架上，检查叶片摆放姿态，确认叶片叶根处前后缘高度基本一致，叶片摆放基本水平；

S40、用记号笔在弦线方向(60%*弦长-0.1)米到（60%*弦长）米位置（具体安装位置可以是从前缘到后缘进行量取，在40%~70%的位置，从后缘侧开始量取就是30%~60%的位置，最优位置是本实施例的从前缘到后缘量取60%弦长的位置），轴向方向（最大弦长-1）米到（最大弦长+1）米）划线，使用气动打磨机（或砂布机）在该区域进行打磨，且打磨过程中需按照不同方向打磨，不得仅打磨一个方向，以提高粘接强度，打磨过程中不得伤及叶片本体1的壳体铺层，打磨完成后，用吸尘器将打磨区域及该区域周边残留灰尘清理干净，用清洗剂仔细清洗粘接区域，要求粘接区域用手触摸无水、无油污、无灰尘，以避免粘接不牢；

S50、在打磨区域涂抹1~2毫米厚度的胶2，胶2应平整、均匀；

S60、将第一纤维板3、第二纤维板4粘贴在相应位置。

该种制作方法简单易行，且可以根据需要通过调整铺层层数和纤维布的制造方式来调整纤维板的刚度。

参见图6，本发明一个实施例的后缘侧设有可变形装置的风轮叶片，其与前述实施例的区别在于，使用三块纤维板，其中两侧的两块纤维板对称设置于最大弦长位置20的两侧，另一块居中的纤维板的中心轴与最大弦长位置20重合。

综合上述可知，本发明的风轮叶片的吸力面靠近后缘位置粘贴纤维板，可以为两块或多块纤维板，材料可使用碳纤维或者玻璃纤维，例如由第一纤维板、第二纤维板靠近前缘的一边用胶粘贴在叶片本体的吸力面上的最大弦长位置附近，使得两块纤维板通过胶与叶片粘接构成一个整体，其整体即构成一种可改变后缘翼型分布，改善尾流的装置。当最大弦长位置出现大迎角时，纤维板在负压作用下产生变形，有效减缓载荷，增加功率，而在正常运行过程中又不会影响在正常层流时的气动性能。