专利名称：一种叶片的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种叶片，尤其是一种适用于叶轮机械和风力发电机领域的叶
片，该叶片具有增加升力、减小阻力、提高效率、降低噪声等特点。
背景技术：
在增升减阻方面，鲸鱼鳍被实验证实有增升减阻作用，认为鲸鱼鳍具有凹凸不平 的表面，其中突起的部分有助于形成涡旋，这些涡旋以更平稳的方式给鲸鱼带来更大的动 力，较大程度地增加了升力和减小了阻力，在大攻角下尤其效果明显。 在单纯的减阻方面，因为表面摩擦阻力在运输工具的总阻力中占有很大的比例， 例如常规的运输机和水上船只，其表面摩擦阻力约占总阻力的50%，潜艇可达70% ;飞机 飞行时占其总阻力的40-50% ;长距离管道输送中，泵站的动力几乎全部用于克服表面摩 擦阻力。所以减小表面摩擦阻力对于节能来说是一件很有意义的工作。已有的减阻措施 有肋条减阻、非光滑表面减阻、柔顺壁减阻、聚合物添加剂减阻、疏水涂层减阻、微气泡减 阻、壁面振动减阻、涡流发生器减阻 等，其中一部分已在水下航行器(水雷、潜艇)、船舶、飞 行器、管道输运系统等设备中得到了应用。相关的专利有中国专利200610168925. 2在风 力机叶片表面上设置空气动力学特征部件，包括波形和凹凸形等来改善流体流动和减小阻 力；专利200680045596. 0在水平轴风力发电机叶片表面上应用凹痕或突起减小阻力；专利 00134950. 3将非光滑表面应用在犁壁和饭勺上等等。除此以外，肋条或沟槽在翼段、机翼和 飞机上的减阻效果也已在文献中提及，一般在小攻角范围内有减阻效果；而涡流发生器已 在飞机上得到应用，在大攻角下减阻效果可观。 在降噪方面，夜间猫头鹰的行动悄无声息，是由于羽毛的锯齿状尾缘对降噪起了 作用。而尾缘噪声是叶轮机械和风力发电机的主要噪声源。 纵观以上所述，所提及的增升减阻、增效、降噪的方法均未见在叶轮机械和风力发 电机上得到很好的应用，应用也仅仅是局限于对某种减阻方式的设想，比如说非光滑表面 减阻和柔顺壁减阻等，很少见到在实际中有综合应用。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种叶片，以提高叶片的增升减阻、增效和降噪的效果。 为实现上述目的，本实用新型提供的叶片，其前缘呈鲸鱼鳍状，叶片的尾缘呈猫头 鹰羽毛锯齿状，叶片的弦面为非光滑表面，或者是在光滑的弦面上安装有涡流发生器。 本实用新型还可以在非光滑表面的弦面上安装涡流发生器。 本实用新型的非光滑表面可以是肋条、球形凹坑、球形凸起、三角锥形凹坑、三角 锥形凸起、多边形锥台凹坑和多边形锥台凸起。 本实用新型的效果是，在较大攻角范围内，最大程度的增加了叶片的升力，减小了 叶片的阻力，提高了效率和降低了噪声。
图1为风力发电机整机正面示意图。 图2是本实用新型在非光滑表面的弦面上安装涡流发生器的叶片示意图。 图3是本实用新型在肋条状的弦面上安装涡流发生器的叶片示意图。 图4是本实用新型的V形肋条的剖面放大立体示意图。 图5是本实用新型的球形凹坑的剖面放大示意图 图6是本实用新型的球形凸起的剖面放大示意图。 图7是本实用新型的三角锥形凹坑的剖面放大示意图。 图8是本实用新型的三角锥形凸起的剖面放大示意图。 图9是本实用新型的多边形锥台凹坑的剖面放大示意图。 图10是本实用新型的多边形锥台凸起的剖面放大示意图。 图11是本实用新型的涡流发生器的放大示意图。
具体实施方式本实用新型联合应用增升减阻、增效、降噪的方法，在叶轮机械和风力发电机领域 灵活运用这些方法的机理，最大范围地发挥出各自的特长，以起到增升减阻、提高效率、降 低噪声的效果。 本实用新型在叶轮机械或风力发电机叶片上，将叶片的前缘改进为仿鲸鱼鳍的结 构，尾缘改进为仿猫头鹰羽毛锯齿状，在中间弦面上单独或联合应用肋条状、非光滑表面和 涡流发生器结构。 当气流流入前缘，气流绕过仿鲸鱼鳍结构之后，流动加速，使气流在叶片上保持附 着流动，气流被引导环绕突峰运动，在叶片吸力面形成涡漩，增强了与自由层动量的交换， 降低了负压梯度。在小攻角时，升力和阻力与光滑前缘无太大差别，在大攻角时，比光滑前 缘有明显的升力增加、阻力减小。 若气流流经弦面上的非光滑表面中的一种顺流向的肋条表面，因其增加了粘性底
层的厚度，减小了壁面上的平均速度梯度，肋条尖峰阻碍了由湍流运动引起的瞬时横向流
动的发生，使边界层内整个湍动变化减小，从而使肋条表面的摩擦阻力减小。在小攻角下，
有一定的减阻效果。若气流流经的是其它形式的非光滑表面，它可以改善叶片表面的流动，
减小阻力。涡流发生器产生涡流使主流中高动量气流和叶面边界层内低动量气流进行交换
或平衡，从而使边界层内的气流增加了流动方向的动量，也增加了涡流附近气流湍流度，从
而阻止了大的反压梯度形成的边界层分离及由表面摩擦或反压梯度造成的边界层厚度增
长，减小了阻力。在大攻角下减阻尤为可观。尾缘上仿猫头鹰的锯齿状可以减小叶片尾缘
与叶片表面涡的相互作用，使噪声降低。其特殊之处在于联合应用了增升减阻、增效、降噪
的方法，分别实现多种方案，这些方案可以分别是 1)仿鲸鱼鳍前缘+非光滑表面+仿猫头鹰锯齿状尾缘； 2)仿鲸鱼鳍前缘+涡流发生器+仿猫头鹰锯齿状尾缘； 3)仿鲸鱼鳍前缘+非光滑表面+涡流发生器+仿猫头鹰锯齿状尾缘。 其中的非光滑表面可以是肋条、球形凹坑、球形凸起、三角锥形凹坑、三角锥形凸
起、多边形锥台凹坑和多边形锥台凸起中的一种或几种。[0030]
以下结合附图，以风力发电机为实例来进行说明。 如图l所示，本实用新型是用在风力发电机上的叶片4。风力发电机由塔架l，机 舱2，轮毂3和多个叶片4组成，叶片4安装在轮毂3上，当风速吹向风力发电机叶片4时， 风作用在叶片4上，将一部分风的动能转化为推动叶片4旋转的力矩，使叶片4带动轮毂3 绕机舱2的水平中心轴旋转，把风能转化为机械能，再通过机舱2中的发电机将机械能转化 为电能输出。 请结合图2和图3，本实用新型的叶片4其前缘401为仿鲸鱼鳍结构，叶片的尾缘 405为仿猫头鹰锯齿状，叶片的弦面上安装有涡流发生器404。本实用新型的弦面还可以是 各种形状的非光滑的表面403。 图2所示的叶片弦面是非光滑表面，在非光滑弦面上可以设计成凹凸不平的表面 403，，该非光滑表面的形状可以是肋条状表面(如图4所示)、球形凹坑状表面(如图5所 示)、球形凸起状表面(如图6所示)、三角锥形凹坑状表面(如图7所示)、三角锥形凸起 状表面(如图8所示)、多边形锥台凹坑状表面(如图9所示)和多边形锥台凸起状表面 (如图10所示)中的一种或几种的组合，在弦面上还安装了涡流发生器404。 图3是本实用新型的非光滑表面设计成单一的肋条状402的示意图，该肋条状402 是顺流向设置。涡流发生器404的形状如图11所示，固定在弦面上。 风流经叶片4时，是从叶片前缘401流入，然后流经非光滑表面403，或者涡流发生 器404往后缘发展，最后经过仿猫头鹰锯齿状尾缘405，流出叶片。经此过程后将达到增升 减阻、提高效率、 低噪声的效果。
权利要求一种叶片，其特征在于，该叶片的前缘呈鲸鱼鳍状，叶片的尾缘呈猫头鹰羽毛锯齿状，叶片的弦面为非光滑表面；或在弦面的光滑表面上安装有涡流发生器。
2. 如权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述非光滑表面上安装有涡流发生器。
3. 如权利要求1或2所述的叶片，其特征在于，非光滑表面为肋条、球形凹坑、球形凸 起、三角锥形凹坑、三角锥形凸起、多边形锥台凹坑和多边形锥台凸起状。
专利摘要一种叶片，其前缘呈鲸鱼鳍状，尾缘呈猫头鹰羽毛锯齿状，弦面为非光滑表面；在非光滑的弦面上还可以加装涡流发生器。本实用新型的非光滑表面为肋条、球形凹坑、球形凸起、三角锥形凹坑、三角锥形凸起、多边形锥台凹坑或多边形锥台凸起。本实用新型的效果是，在较大攻角范围内，最大程度的增加了叶片的升力，减小了叶片的阻力，提高了效率和降低了噪声。
文档编号F03D1/06GK201461226SQ20092011073
公开日2010年5月12日 申请日期2009年8月5日 优先权日2009年8月5日
发明者宋娟娟, 张明明, 徐建中, 杨兵, 黄宸武 申请人:中国科学院工程热物理研究所