一种倒角锯齿-多孔耦合翼型

本发明涉及一种倒角锯齿-多孔耦合翼型，属于风力机降噪技术领域。

背景技术：

随着风力发电被更为广泛地应用，其噪声问题也愈加受到关注。风力机产生的噪声主要分为气动噪声、机械噪声以及电磁噪声。其中，以尾缘噪声为主体的气动降噪研究成为重点关注对象及方向。目前，改变风力机叶片尾缘几何形状被普遍认为是抑制尾缘噪声产生的有效方法。锯齿及多孔介质应用也成为其中两类较为热门的降噪方式。

首先，对于锯齿尾缘，其主要作用原理是利用锯齿结构破坏原有尾缘流动中的涡的尺度，改变该区域内流动状态。对于小攻角翼型，锯齿结构可产生弦向尾涡，破坏原尾涡系统的周期性，减少音调噪声；对于大攻角翼型，可有效减少宽频噪声。但对于传统间隙无填充的锯齿尾缘，齿间间隙内的流动可能会产生附加音调噪声。因此，单一的锯齿尾缘结构被认为只具有有限的降噪能力。

多孔介质在风力机叶片上的应用也有一定研究基础。此方法最早起源于猫头鹰翅膀后部类似多孔介质的构造。实验及研究表明，多孔介质本身为吸声材料，能够通过摩擦耗散作用降低噪声的同时，对流场流动、湍流及涡脱运动产生一定影响，能够有效的实现宽频降噪。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种倒角锯齿-多孔耦合翼型，以解决现有技术风力机叶片尾缘噪声的缺陷。

一种倒角锯齿-多孔耦合翼型，包括：

翼型前主体，所述翼型前主体的端部通过伸缩机构连接有尾缘锯齿；所述翼型前主体内设有用于尾缘锯齿滑动的滑轨；

所述尾缘锯齿的尖端进行倒角处理，且齿间间隙设有多孔介质进行填充。

进一步地，所述伸缩机构包括电机、丝杆、轴套、连接板和连杆；

所述电机通过丝杆带动轴套转动，所述轴套与连接板连接，所述连接板与连杆连接，所述连杆与尾缘锯齿连接，所述轴套转动带动尾缘锯齿沿着滑轨伸缩。

进一步地，所述电机通过联轴器与丝杆连接。

进一步地，所述翼型前主体内设有用于支撑电机的支撑架。

进一步地，所述翼型前主体两端活动连接有挡板。

进一步地，所述挡板其中一端通过铰链与翼型前主体连接。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

首先，该尾缘锯齿为翼型前主体的延伸附加部分，前主体保持原有翼型的几何外形，不会对其气动性能产生影响。同时，延伸尾缘结构可在一定程度上增加有效弦长，从而增加翼型升力。

多孔介质在该间隙内的应用可有效抑制相邻齿间形成典型链状涡旋结构。通过多孔介质改变沿锯齿边缘及齿隙间的剪切力分布，从而消除链状涡旋的产生，避免了音调噪声的生成。其次，对于尖角锯齿，其尖锐外形可使得该处产生较为剧烈的流动分离，产生不必要的湍流及涡旋结构。通过倒角处理，可避免尖端产生附加噪声源。此外，在翼型内部设计出伸缩装置，可控制锯齿-多孔尾缘伸出或收回，避免了安装、拆卸带来的不便。

附图说明

图1是本发明的翼型整体图；

图2是翼型内部伸缩装置图；

图3是内部传动系统示意图；

图4是翼型前主体尾端a部放大图；

图5是由多孔填充齿隙的倒角型锯齿尾缘图；

图6是倒角锯齿局部放大图；

图7是多孔材料结构示意图；

图中：1、翼型前主体；2、尾缘锯齿；3、多孔介质；4、电机；5、丝杆；6、轴套；7、连接板；8、连杆；9、支撑架；10、滑轨；11、挡板；12、联轴器；13、铰链。

具体实施方式

为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，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1-图7所示，公开了一种倒角锯齿-多孔耦合翼型，包括：

翼型前主体1，所述翼型前主体1的端部通过伸缩机构连接有尾缘锯齿2；所述翼型前主体1内设有用于尾缘锯齿2滑动的滑轨10；

所述尾缘锯齿2的尖端进行倒角处理，且齿间间隙设有多孔介质3进行填充；锯齿尖端进行倒角处理，尖锐的几何外形会引起较为强烈的流动分离，带来消极的湍流及涡旋结构；倒角后的尾缘锯齿2结构可避免该情况发生，从而降低声源强度。尾缘锯齿2结构可有效降低翼型宽频噪声，但齿间间隙的流动会增加音调噪声，多孔介质3的加入可消除该部分音调噪声的产生，并进一步实现宽频噪声降低。

在本实施例中，伸缩机构包括：电机4、丝杆5、轴套6、连接板7和连杆8；

所述电机4通过丝杆5带动轴套6转动，所述轴套6与连接板7连接，所述连接板7与连杆8连接，所述连杆8与尾缘锯齿2连接，所述轴套6转动带动尾缘锯齿2沿着滑轨10伸缩；所述电机4通过联轴器12与丝杆5连接。

在本实施例中，所述翼型前主体1内设有用于支撑电机4的支撑架9；支撑架9用于安装并固定电机4，并对整个伸缩机构起到支持作用，伸缩机构则用于控制活动尾缘的收回或伸出。

在本实施例中，为了避免尾缘锯齿2在收回时，翼型前主体1后缘两端间形成缺口，对翼型气动性能及流场流动产生影响，如图4所示，在翼型前主体1两端活动连接有挡板11，所述挡板11其中一端通过铰链13与翼型前主体1连接；当尾缘锯齿2伸出时，挡板11随之展开，覆于尾缘表面，由于挡板11厚度及长度较小，可忽略其对尾缘的流动影响；当尾缘锯齿2收回翼型内部时，挡板11在铰链13作用下实现尾缘闭合。

在本实施例中，多孔介质3材料可为金属型或非金属型（如铝制纤维、陶瓷泡沫、尼龙），材料本身也为吸声材料。由于多孔介质3具有可渗透性，气流可流通该区域，并在此过程中流体部分能量被转化为热能耗散，声能产生损耗。同时，多孔介质3改变原流场状况，湍流及涡的发展将得到一定抑制，能够较为有效的实现叶片宽频噪声降低。

如图5所示，由传统的尾缘锯齿2与多孔介质3齿间间隙填充共同构成。尾缘锯齿2的降噪机理可概括为：锯齿破坏了原有流动涡的结构，改变了尾缘区域的流动状态。可有效地在宽频实现对钝涡涡脱噪声的抑制作用。同时，锯齿结构可推迟压力面边界层的流动分离，改变原尾缘周期性涡脱过程，从而破坏尾缘附近压力波动的周期性，进而减弱了整个翼型面的压力脉动，从机理上实现气动降噪。对于尾缘锯齿2如图6所示，在典型的尖角锯齿基础上进行倒角处理。该方法可避免锯齿的尖锐外形引起附加的流动分离、湍流及涡旋结构，可降低声源强度，从而使锯齿尾缘达到更优的降噪效果。

其中，对于锯齿的规格、尺寸，可根据不同的降噪要求选用不同的锯齿尾缘波长λ及齿根-齿间高度2h。对于锯齿高度，一般被建议设置在直缘位置边界层厚度的两倍及以上。目前所研究的锯齿尾缘高度范围大约为5%-20%弦长。实验表明，15%弦长以上长度的锯齿具有更优的降噪效果。同时，波长与高度比值较大的锯齿也显示出更好的降噪特性。综上所述，应尽可能选择波长较大、波长高度比较大的锯齿形状。

对于齿间间隙内填充的多孔材料，如图7所示，具有一定的孔隙率，能够实现部分气流在其内部流通。该材料本身具有一定降噪能力，一方面，气流可在多孔介质内部流动，在此过程中，摩擦碰撞会损耗气流部分能量，从而减少了向声能转化的动能；另一方面，多孔介质3本身可改变流场流动实现宽频降噪，其内部流动控制方程可参考hsu和cheng使用的如下动量方程：

(1)

式中，u，ф，p，re，k分别为速度、孔隙率、压力、雷诺数以及内部摩擦阻力。对于内部摩擦阻力k，可定义为

（2）

式中，，k为渗透性；l为特征长度，da数表征了多孔介质渗透能力的大小，da越大表示多孔介质可渗透度越大。其中，渗透率与孔隙率的关系可定义为如下关系式：

（3）

式中，ф为孔隙率；dp为粒子直径；a,b为ergun常数，a=150，b=1.75。

此外，在齿间间隙加入多孔介质3，可抑制传统锯齿相邻齿间的链状涡旋结构，改变锯齿边缘以及间隙内的应力分布，从而消除链状涡旋产生。填充后的尾缘锯齿2整体保持沿展向的直尾缘形态，从而减少了钝性涡旋脱落产生的噪声。综上，加入多孔介质3可消除锯齿齿隙的音调噪声并在中低频段实现显著的降噪效果。

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形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。