燕尾型翼的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种空气动力元件(aerodynamic element)，例如用于风力祸轮机转子叶片的空气动力元件，该空气动力元件在气流方向上的横截面具有平背型翼(flatbackairfoil)(或钝后缘型翼(blunt railing edge))的后缘。该空气动力元件也可以用于其他应用中，例如翼体等。另一方面，本发明涉及一种风力涡轮机的转子叶片。
现有技术
[0002]钝后缘型翼或平背型翼是用于多种空气动力应用中的空气动力元件的示例，这些空气动力元件符合这些应用(例如翼身混合型飞机(blended wing-body aircraft)，无人驾驶飞行器和风力涡轮机转子)的结构和体积需要。此外，现有技术中已知地可以对平背型翼进行进一步改进以解决相关的问题。这些改进中的一种是使用主动流控装置(activeflow control devices)，例如微片(micro-tabs)、合成射流(synthetic jets)和微辦(micro-flaps)(通常称为智能控制)。这些装置能够在局部流场(local flow field)中带来改进并帮助减少例如阻力等。但是，所有的这些类型的解决方案都会导致翼更加复杂。为了实现这些解决方案，将会导致的结果是开发和/或生产的成本增加。并且，在维护方面(特别是空气动力)需要成本，实际上在设计阶段已经付出了这样的成本，因为需要使用更昂贵和复杂的工具来设计空气动力并预测其效果(例如涡轮性能)。一种替代方案是利用例如分裂板(split plates)。这些分裂板在弦向方向上应用到平背型翼的后缘中。
[0003]由C.P.van Dam 等人在 2008 年 3 月的《桑迪亚报告(Sandia Report) ))2008-1781上发表的《平背型翼后缘的改进(Trailing Edge Modificat1ns for FlatbackAirfoils)》中公开了一些用于平背型翼(或钝后缘型翼)的改进方法，这些改进方法能够应用在风力祸轮机叶片中，该改进包括圆形翼后缘(rounded trailing edge)，底凹(basecavity)，开槽 / 穿孔腔(slotted/perforated cavity)，分裂板和锯齿形后缘(serratedtrailing edge)。
[0004]由J.P.Baker和C.P.van Dam在2008年7月20-24日的意大利米兰的《BBAA第六届国际研讨会:阻流体的气体力学和应用(BBAA VI Internat1nal Colloquium on BluffBodies Aerodynamics&Applicat1n)》上的文章《纯后缘型翼的减阻(Drag Reduct1nof blunt trailing-edge airfoils)》中公开了减小钝后缘型翼的阻力的解决方案，这些钝后缘型翼应用在多种空气动力系统中，包括风力涡轮机叶片。本文提出了翼后缘的改进的多种实施方式，包括分裂板，使用两个分裂板的底凹，以及使用两个板的偏心腔(offsetcavity)。
[0005]另一个现有技术是由Thu Thau, Li Chenb, Jiyuan Tu在《流体与结构杂志(Journal of Fluids and Structures)))的第 26 部(part 26)，第 7-8 其月(nr 7-8)，第115-1173页上的《文章利用URANS方法对带有底凹的翼后缘湍流的数值模拟(Numericalstudy of turbulent trailing-edge flows with base cavity effects using URANS)》。这篇文章公开多个位于空气动力元件的翼后缘的空气动力元件。例如，在表I和表5中显示了方形钝缘(Squared-off Blunt) (A)，三角形腔(Triangular Cavity) (B)，半圆形腔(Sem1-Circular Cavity) (C)，和矩形腔(Rectangular Cavity) (D)0
【发明内容】
[0006]本发明试图提供一种翼体的翼型的改进设计，例如风力涡轮机的转子叶片。
[0007]根据本发明，提供了根据上文所述的空气动力元件，其中，该空气动力元件还包括燕尾形腔体(swallow tail shaped cavity body)，该燕尾形腔体与空气动力元件的后缘连接。该燕尾形腔体包括第一部件和第二部件，该第一部件具有与该空气动力元件的上表面共面的顶表面，该第二部件具有与该空气动力元件的下表面共面的底表面，所述第一部件和第二部件之间还形成有腔部。所述第一部件和第二部件分别设置在(平背型)后缘的顶部和底部，因此在第一部件和第二部件之间形成燕尾形的腔部。该腔部具有非对称(横截面)轮廓。这通过例如将第一部件在空气动力元件的气流方向上的长度选择为长于第二部件在空气动力元件的气流方向上的长度(即在空气动力元件的上方和下方)来实现。燕尾形腔体会对空气动力元件周围的气流产生积极的影响，并且会产生更好的性能。
[0008]在另一实施方式中，第一部件的下表面和第二部件的上表面形成单独的凹形后缘表面。可替代地，第一部件的下表面和第二部件的上表面形成锐缘表面(sharp edgedsurface)。
[0009]在另一实施方式中，第二部件可移动地连接到空气动力元件的后缘，并在第二部件安装之后允许对空气动力元件进行进一步的改进，从而能够与实际环境相适应。驱动器可操作地与第二部件连接，该驱动器设置为相对于空气动力元件的下表面控制第二元件的下表面的角度。这使得即使在运行过程中也能够对腔体进行主动控制。
[0010]在一种实施方式中，第一部件和第二部件合并为一个单独的燕尾形腔体，从而使得组装和安装更加简单且节约成本。可替换地，第一部件和第二部件分别为单独的元件。
[0011]另一方面，本发明涉及用于风力涡轮机的转子叶片，其中该转子叶片至少部分地设置有根据上述任意一种实施方式所述的空气动力元件。风力涡轮机的转子叶片的特定部分通常设置有平背型后缘以满足结构需要。该空气动力元件设置在具有平背型后缘的转子叶片的一部分上，以获得空气动力特性的提高。在另一实施方式中，空气动力元件设置在具有基本上为圆柱形横截面的转子叶片的一部分上。这种圆柱形横截面通常也由结构需要决定，因此适用本发明的实施方式可以提高操作性能。
【附图说明】
[0012]下面将参考附图，利用多个典型的实施方式对本发明进行更加详细的介绍，其中
[0013]图1是根据本发明第一实施方式的空气动力元件的横截面视图；
[0014]图2是根据本发明另一实施方式的空气动力元件的横截面视图；
[0015]图3是根据本发明另一实施方式的空气动力元件的部分横截面视图。
【具体实施方式】
[0016]风力涡轮机叶片的根部需要保证叶片的结构特性，即使这会降低叶片的空气动力性能。但是，随着风力涡轮机尺寸的增加，根部需要良好的空气动力性能以提高叶片的整体性能。
[0017]目前流行将平背型厚翼用作空气动力元件，该空气动力元件用于例如风力涡轮机转子叶片中，由于后缘的钝形有利于提高翼的举升性能并且还能保持翼的结构特性。这种方案的缺点是增加了底部阻力(base drag)和流动非定常性(flow unsteadiness)，并且，结果会导致噪声的增加(尽管根部的噪声并不是噪声的主要来源)。
[0018]图1是平背型翼10沿气流方向的横截面视图，例如风力涡轮机转子叶片的平背型翼10。转子叶片至少部分地(沿其长度方向)设置有根据本发明的一种实施方式的空气动力元件，例如在转子叶片的一部分上具有平背形后缘10C。该平背型翼10是一种特定类型的空气动力元件，并且该平背型翼10具有上表