一种风力机叶片尖部小翼及其制备方法

本发明属于风力发电机设备技术领域，具体涉及一种风力机叶片尖部波状前缘小翼及其制备方法。

背景技术：

风力机是吸收风能，将风能转化为机械能的装置，叶片是风力机中最为基础和关键的部件，对于风能的转换效率起到重要作用。风力机叶片旋转时，由于叶尖压力面和吸力面存在压差，气流会由压力面绕过叶尖流到吸力面，形成叶尖涡，产生诱导阻力，造成叶尖损失，使得叶片效率降低、疲劳载荷增加以及叶尖噪声增大。通过在风力机叶片尖部安装或者设计一体化的小翼结构，可以改变叶尖区域附近的诱导速度方向，降低诱导阻力，减小叶尖涡的影响，从而提高叶片气动性能和风电机组的发电效率，降低机组的噪声等级。

现有技术中所提供的风力机叶尖小翼大多参考飞行器翼梢小翼的分析和设计方法，并未考虑偏航、风剪切、阵风、极限风况等复杂环境因素以及风力机正常运行、停机、空载和紧急停机等复杂运行工况的影响，导致现有的风力机叶尖小翼流动控制效果有限。

因此，需提供一种新型风力机叶片尖部小翼来解决上述问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明目的在于提供一种风力机叶片尖部小翼，所述尖部小翼的尾缘线为平滑线，所述尖部小翼与所述风力机叶片的过渡段之间设为波浪形前缘起始平面，从所述波浪形前缘起始平面起沿着翼展翼展方向将尖部小翼的前缘设为波浪形前缘。

本发明所提供的风力机叶片尖部小翼，还具有这样的特征，所述波浪形前缘弦长cmod(s)为：

式中cbase(s)表示基准小翼翼型弦长，a表示弦长波浪形变化的幅值，λ表示弦长波浪形变化的波长，s表示该波浪形前缘平面沿着翼展方向与起始平面之间的距离，

其中，基准小翼指尾缘线与所述尖部小翼尾缘线重合并设有平滑前缘线的小翼。

本发明所提供的风力机叶片尖部小翼，还具有这样的特征，所述幅值a为10-100mm。

本发明所提供的风力机叶片尖部小翼，还具有这样的特征，所述幅值a与基准小翼翼型弦长的比值为0.02-0.12.

本发明所提供的风力机叶片尖部小翼，还具有这样的特征，所述波长λ为40mm-200mm。

本发明所提供的风力机叶片尖部小翼，还具有这样的特征，所述波浪形前缘与尾缘之间的过渡线不超过叶片尖部的最大厚度位置。

本发明的另一目的在于，提供一种风力机叶片尖部小翼的制备方法，所述方法用于制备如上述任一项所述的风力机叶片尖部小翼。

本发明所提供的风力机叶片尖部小翼的制备方法，还具有这样的特征，所述方法为对基准小翼进行改型，所述尖部小翼与所述基准小翼的尾缘线重合，从起始平面开始，沿着翼展方向对翼型进行改型，改型翼型形成波浪形的前缘线。

本发明所提供的风力机叶片尖部小翼的制备方法，还具有这样的特征，所述方法包括如下步骤：

s1：选定一款具有平滑前缘的叶尖小翼作为基准小翼；

s2：选定基准小翼某一位置作为波状前缘起始平面；

s3：从起始平面开始，沿着翼展方向选定一系列翼展位置s作为控制面，并提取控制面上基准小翼原始翼型弦长cbase(s)；

s4：选定波状前缘小翼弦长波浪形变化的幅值a和波长λ；

s5：计算各个控制面上波状前缘小翼改型翼型弦长cmod(s)，进而确定改型翼型前缘点位置；

s6：选定改型翼型过渡位置，保持过渡位置到尾缘点改型翼型轮廓与原始翼型重合，过渡位置到前缘点改型翼型轮廓通过插值得到，进而得到完整的改型翼型轮廓线；

s7：将各个控制面上的改型翼型轮廓线导入三维建模软件，以波状前缘线、最大厚度线和尾缘线作为引导线，通过扫掠形成波状前缘小翼。

有益效果：

本发明所提供的风力机叶片尖部小翼通过设置波状前缘，在翼面形成反向旋转的流向涡对，有利于抑制叶尖涡沿翼展方向的扩展，同时在大攻角下能推迟流动分离和失速的发生，有利于进一步优化叶片尖部小翼在削弱叶尖涡影响、提升气动性能、降低叶尖噪声等方面的作用，同时增强非设计工况下的流动控制效果，能有效提升风力机叶片的发电能力和综合性能，具有良好的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的风力机叶片整体几何图示意图；

图2为本发明所提供的叶片尖部波状前缘小翼几何图；

图3为本发明所提供的波状前缘小翼距离起始平面翼展位置为s的控制面内翼型截面示意图。

其中：1：叶片尖部小翼；2：过渡段；3：叶中段；4：叶根段；5：波浪形前缘；6：基准小翼平滑前缘；7：尾缘线；8：波状前缘起始平面；9：翼展方向；10：距离起始平面翼展位置为s的控制面；11：原始基准小翼；12：尖部小翼；13：最大厚度位置；14：尾缘点；15：原始翼型前缘点；16：改型翼型前缘点；17：基准小翼翼型弦长；18：改型翼型弦长；19：改型翼型过渡位置。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明所提供的切割装置作具体阐述。

在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

如图1-3所示，提供一种风力机叶片尖部小翼，所述尖部小翼12的尾缘线7为平滑线，所述尖部小翼12与所述风力机叶片的过渡段2之间设为波状前缘起始平面8，从所述波浪形前缘起始平面8起沿着翼展翼展方向将尖部小翼的前缘设为波浪形前缘。

如图1所示，为风力机叶片整体几何示意图，发动机叶片依次为叶根段4、叶中段5、过渡段2以及设置在过渡段尖部的叶片尖部小翼1。上述实施例所提供的风力机叶片尖部小翼1与具有平滑前缘的传统叶片尖部小翼相比，具有特殊的波状前缘。波状前缘结构通过在翼面形成反向旋转的转向涡对，有利于抑制叶尖涡沿翼展方向的扩展，同时在大攻角下能推迟流动分离和失速的发生，具有良好的非设计工况性能，并具有一定的降噪效果。如图2所示，该尖部小翼为在基准小翼的基础上通过改型得到的，基准小翼为传统叶片尖部小翼，具有基准小翼平滑前缘线6；该实施例所述的尖部小翼与基准小翼的尾缘线7保持重合，从波状前缘起始平面8开始，沿着翼展方向对翼型进行改型，改型翼型弦长18按照一定波纹规律变化，形成波浪形前缘线5。

在部分实施例中，所述波浪形前缘弦长cmod(s)，即改型翼型弦长18为：

式中cbase(s)表示基准小翼翼型弦长17，a表示弦长波浪形变化的幅值，λ表示弦长波浪形变化的波长，s表示该波浪形前缘平面沿着翼展方向与起始平面之间的距离，即图2中距离起始平台翼展位置为s的控制面，其中，沿着尖部小翼远离叶根段4的方向为翼展方向9，基准小翼指尾缘线与所述尖部小翼尾缘线重合并设有平滑前缘线的小翼。

在部分实施例中，所述幅值a为10-100mm。

在部分实施例中，所述幅值a与基准小翼翼型弦长的比值为0.02-0.12.

在部分实施例中，所述波长λ为40mm-200mm。

在部分实施例中，所述波浪形前缘5与尾缘之间的过渡线不超过叶片尖部的最大厚度位置13。

如图2-3所示，上述实施例所提供的风力机叶片尖部小翼的制备方法，包括如下步骤：

s1：选定一款具有平滑前缘的叶尖小翼作为基准小翼，得到原始基准小翼11；

s2：选定原始基准小翼11某一位置作为波状前缘起始平面8；

s3：从波状前缘起始平面8开始，沿着翼展方向9选定一系列距离起始平面翼展位置为s的控制面10，并提取控制面上基准小翼原始翼型弦长17，设为cbase(s)；

s4：选定波状前缘小翼弦长波浪形变化的幅值a和波长λ；

s5：计算各个控制面上波状前缘小翼改型翼型弦长18，设为cmod(s)，进而确定改型翼型前缘点16位置；

s6：选定改型翼型过渡位置19，保持改型翼型过渡位置19到尾缘点14改型翼型轮廓与原始翼型重合，改型翼型过渡位置19到原始翼型前缘点15改型翼型轮廓通过插值得到，进而得到完整的改型翼型轮廓线；

s7：将各个控制面上的改型翼型轮廓线导入三维建模软件，以波状前缘线、最大厚度线和尾缘线作为引导线，通过扫掠形成波状前缘小翼1。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。