一族大厚度钝尾缘风力机翼型的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一族大厚度钝尾缘风力机翼型，在运行攻角下具有高升力系数，该翼型族包含相对厚度依次为45%、50%、55%和60%，尾缘厚度依次为7%、9%、12%和16%的四种翼型，各翼型的设计雷诺数按相对厚度的增加依次为4.0×106、3.5×106、3.0×106、2.5×106，其设计目标主要针对叶片根部区域大攻角范围内的升力系数变化特征，把升力系数随雷诺数变化的稳定性作为主要约束。数值预测结果表明，四种大厚度钝尾缘翼型在大攻角范围内，升力系数持续稳定的上升并处于较高水平。本实用新型的翼型族可提高叶片的结构强度和刚度，使得风力机获得更为高效稳定的输出。
【专利说明】一族大厚度钝尾缘风力机翼型
【技术领域】
[0001]本实用新型属于水平轴风力机翼型设计领域，具体涉及适用于大型水平轴风力机叶片根部的一族厚翼型轮廓。
【背景技术】
[0002]研发出性能优异的风力机专用翼型族是提高水平轴风力机叶片能量捕获率的关键，而风力机翼型的研发目标与风力机的发展需求密切相关。近年来，中国风电产业迅猛发展，各种规模的风场在不同地区建立，新装风力机的容量不断增加，叶片尺寸显著变长。
[0003]首先，不同的风资源环境对风力机叶片要求不同。中国南方广大地区风资源困乏，北方地区和沿海地区属于风资源丰富地区但却存在各种不利的条件。华北和西北地区风沙严重，极易对风力机叶片表面造成污染和侵蚀。沿海地区空气湿度较大且热带气旋濒临频繁。一方面温湿的空气容易对叶片表面造成腐蚀破坏其几何轮廓；另一方面，频繁的热带气旋侵犯对风力机叶片的结构强度是一个巨大考验。这要求设计出在变工况条件下性能优异且稳定的翼型系列。
[0004]其次，风力机的叶片日趋大型化对叶片的材料和结构特性提出了更高要求；同时，叶片尺寸的显著增长，风切变效应的影响更加明显，加之在风力机运行过程中叶片不同部位的风速呈线性分布使得叶片各部位翼型的流动雷诺数差异很大。这些要求开发出性能优良且随着Re变化稳定的适用于叶片中部和尾部的大厚度翼型系列。
[0005]另一方面，增加翼型厚度及尾缘厚度可以增加翼型的横截面积、改善翼型的厚度分布，显著提高翼型的结构刚度。同时适当提高翼型的尾缘厚度可以减小吸力面逆压梯度，从而延迟湍流分离，提高最大升力系数。尽管阻力系数也会增加，但翼型的升阻比是增加的，所以翼型的气动效率得到了加强。通常，大厚度翼型适用于叶片根部，该处流动常常处于大攻角的流动分离流动状态，具有较强的三维流动特性，因此性能优良的大厚度、钝尾缘翼型的设计，对于研发高性能大型风电叶片具有重要意义。
[0006]目前应用于风力机叶片内侧的翼型的相对厚度多为30%?40%，尾缘厚度也较小。而且现有厚翼型的设计雷诺数单一；设计攻角较小，远远低于风力机运行时根部区域翼型所处的攻角范围；升力系数失速剧烈，在大攻角下较小。这些缺陷不利于提高大型风力机的风能捕获率。
【发明内容】
[0007]发明目的:鉴于以上问题，本实用新型目的在于提出一族在运行攻角下具有高升力系数且变工况性能稳定的大厚度钝尾缘翼型，可以满足大型风力机叶片在结构和气动方面对翼型的需求。
[0008]本实用新型是通过以下技术方案实现的。
[0009]一族大厚度钝尾缘风力机翼型，包括四种大厚度翼型，其特征在于，所述四种大厚度翼型的最大相对厚度依次为45%、50%、55%和60%，尾缘相对厚度依次为7%、9%、12%和16% ;所述四种翼型的最大厚度的弦向相对位置位于30%~35%之间，上表面最大厚度的弦向相对位置在28%~33%之间，下表面最大厚度的弦向相对位置在33%~37%之间；所述四种翼型的中弧线，均在弦线的上面，且在靠近前缘处和靠近尾缘处分别有一个向上的凸起峰；所述四种翼型的最大相对弯度值在2%~3.2%之间，最大弯度的弦向相对位置在74%~79%之间；所述四种翼型的前缘半径在0.099~0.125倍弦长之间；其中，所述最大相对厚度是各翼型上下两个面之间的最大厚度与弦长的比值，各所述弦向相对位置是指弦向位置相对弦长的比值。
[0010]优选地，所述四个翼型的中弧线，靠近前缘处的中弧线向上凸起峰，其弦向相对位置在22%~23%之间；靠近尾缘处的中弧线向上凸起峰，其弦向相对位置在75%~78%之间。
[0011]优选地，45%相对厚度的翼型的设计雷诺数为4X106，该翼型吸力面和压力面的无量纲几何坐标分别为:
[0012]表一 45%相对厚度翼型的吸力面坐标(x/c, y/c)
[0013]
【权利要求】
1.一族大厚度钝尾缘风力机翼型，包括四种大厚度翼型，其特征在于， 所述四种大厚度翼型的最大相对厚度依次为45%、50%、55%和60%，尾缘相对厚度依次为 7%、9%、12% 和 16% ； 所述四种翼型的最大厚度的弦向相对位置位于30%~35%之间，上表面最大厚度的弦向相对位置在28%~33%之间，下表面最大厚度的弦向相对位置在33%~37%之间； 所述四种翼型的中弧线，均在弦线的上面，且在靠近前缘处和靠近尾缘处分别有一个向上的凸起峰； 所述四种翼型的最大相对弯度值在2%~3.2%之间，最大弯度的弦向相对位置在74%~79%之间； 所述四种翼型的前缘半径在0.099~0.125倍弦长之间； 其中，所述最大相对厚度是各翼型上下两个面之间的最大厚度与弦长的比值，各所述弦向相对位置是指弦向位置相对弦长的比值。
2.根据权利要求1所述的一族大厚度钝尾缘风力机翼型，其特征在于:各所述四个翼型的中弧线，靠近前缘处的中弧线向上凸起峰，其弦向相对位置在22%~23%之间；靠近尾缘处的中弧线向上凸起峰，其弦向相对位置在75%~78%之间。
3.根据权利要求1所述的一族大厚度钝尾缘风力机翼型，其特征在于:45%相对厚度的翼型的设计雷诺数为4X106 ，该翼型吸力面和压力面的无量纲几何坐标分别为:
45%相时厚度莫"Si的吸力西坐标?κ/c, y/c)
x/cy/cx/cy/cx/cy./c
4.根据权利要求1所述的一族大厚度钝尾缘风力机翼型，其特征在于:50%相对厚度翼型的设计雷诺数为3.5 X 106，该翼型吸力面和压力面的无量纲几何坐标分别为
5.根据权利要求1所述的一族大厚度钝尾缘风力机翼型，其特征在于:55%相对厚度的翼型的设计雷诺数为3 X 106，该翼型吸力面和压力面的无量纲几何坐标分别为:
6.根据权利要求1所述的一族大厚度钝尾缘风力机翼型，其特征在于:60%相对厚度翼型的设计雷诺数为2.5 X 106，该翼型吸力面和压力面的无量纲几何坐标分别为:
【文档编号】F03D1/06GK203374428SQ201320338826
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年6月14日 优先权日:2013年6月14日
【发明者】杨科, 李星星, 张磊, 白井艳, 徐建中 申请人:中国科学院工程热物理研究所