叶片翼形设计.pdfVIP

2 0 0 8 年 2 月 农 业 机 械 学 报 第 39 卷 第 2 期 大型风电机组叶片翼型的设计方法 芮晓明　马志勇 　康传明 　　【摘要】　为解决大型风电叶片气动性能和结构强度的矛盾 ,基于对翼型选择和改型设计方法的分析 ,提出翼 型结构系数 κ, 以系数 κ为界 ,将叶片分为内圈和外圈两区域 。对于内圈区域的翼型以结构特性为主 ,通过改型设 计提高叶片的强度 ,而此区域对气动性能的影响较小 ;靠近叶尖端的叶片外圈区域应以最大限度发挥翼型的空气 动力特性作为主要设计 目标 。针对普通航空翼型在大型风电叶片内圈应用的局限 ,采用加厚翼型后缘的方法 ,较 好地克服了低雷诺数下气流提前分离的问题 , 同时能显著地加强叶片的结构强度 , 降低单位体积质量 ,解决以往设 计过程中叶片结构与其气动性能的部分矛盾 。 关键词 : 风力发电机 　叶片 　翼型 　设计方法 中图分类号 : T K83 文献标识码 : A 的显著损失和叶片失速 ,导致叶片载荷增大 。 　　引言 (2) 为满足叶片与轮毂连接的区域结构和强度 风力发电是获得清洁 、可再生能源的主要技术 的要求 ,必须加大这部分截面翼型的厚度 ,但相应的 形式之一 。近年来 , 国内外的风电产业发展很快 ,对 翼型弦长也会加大 ,可能超出风电叶片允许的范围。 相关的设计技术提出了更高的要求 。由于风电叶片 (3) 对于变桨矩控制的风电机组 ,叶片与轮毂联 是实现风能转换的重要环节 ,对机组的整体性能影 结结构要求叶片根部呈圆筒状外形 ,使气动性能与 响很大 ,有关的设计方法始终是研究的热点 。 结构设计的矛盾更加突出。 翼型作为叶片外形设计的基础 ,对叶片的空气 为解决这些问题 ,迄今风电叶片多采取对航空 动力特性和质量有重要的影响 。目前风电叶片设计 翼型截头去尾的改型设计方法[1 ] 。此方法虽能满 一般以低速飞机的航空翼型为基础 ,并进行必要的 足叶片结构设计的需要 ,但对其气动性能的影响却 改型 。但由此带来的叶片结构与其气动性能矛盾突 比较大 。简单地削除原有翼型的前缘和后缘 ,可能 出 ,已成为大型风电叶片设计过程中亟待解决的关 会破坏叶片上 、下表面的完整性 ,造成翼型表面部分 键问题之一 。为设计出更长的叶片 , 需要研究解决 升力丢失 ,导致翼型气动性能显著降低 。 上述问题的方法 , 以有效提高叶片设计质量 、降低叶 2 　钝后缘翼型的分析 片成本 ,为开发更大功率的风力发电机组提供技术 支持 。 2 1 　钝后缘翼型 钝后缘翼型是针对大型风电叶片根部区域低雷 1 　风电叶片应用航空翼型的局限性 诺数 、高结构强度的要求 ,对低速航空翼型的一种改 低速航空翼型一般具有较好的气动性能 , 因而 型设计 。其基本方法是以原翼型的前缘为铰点 ,按 在风电叶片设计中得到了广泛的应用 。但由于这些 一定相对弦长厚度比分开后缘 。 翼型的雷诺数相对较高且厚弦比较小 ,往往难以在 2 2 　钝后缘翼型的结构和气动特性 大型风电叶片的根部区域直接应用 , 需要考虑并解 图 1 所示 TR - 35 - 10 型风电叶片翼型 ,是一 决以下问题 :