本发明专利技术提供一种具有低粗糙度敏感性和高升阻特性的风力机翼型，该风力机翼型在设计状态下具有以下的压力分布形态：在弦向范围为0.2％C～4％C的翼型前缘位置出现第1个负压峰，压力系数CP的峰值范围为‑1.5～‑4.5，用于降低翼型的粗糙度敏感性；在弦向范围为18％C～28％C的位置出现第2个负压峰，压力系数CP的峰值范围为‑1.5～‑3.5，用于提高升阻比；其中，C为翼型弦长。有效缓解了翼型粗糙度敏感性和升阻特性这两个性能指标之间的矛盾，具有较高升阻特性和较低粗糙度敏感性，从而提高翼型性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于叶片翼型设计
，具体涉及一种具有低粗糙度敏感性和高升阻特性的风力机翼型。
技术介绍
风力机叶片设计是风力发电机组设计的一项核心技术，构成叶片的翼型是叶片设计的基础，该项技术的研究和应用可为设计出具有更大风能捕获能力和低系统载荷的高性能叶片奠定基础。翼型表面粗糙度敏感性和翼型的升阻特性是影响翼型气动特性的主要因素，是风力机翼型设计的重要设计指标。具体的，由于风力发电机组的工作环境较为恶劣，叶片表面特别容易受到粉尘和昆虫的污染，甚至是风沙侵蚀的破坏，所以叶片表面会由光洁变得粗糙；另外，叶片制造误差也会造成翼型轮廓发生变化，增加翼型表面粗糙度；当翼型表面粗糙度增加时，会导致其空气动力学外形发生改变，进而影响翼型的失速特性和气动性能。相关研究表明，随着翼型前缘粗糙度的增加，风力机气动性能下降高达30％以上，大大降低了风力机的风能利用效率。因此，在设计时要求风力机翼型对粗糙度具有较低的敏感性，可以保证风力机叶片在前缘受到外界污染或存在一定制造误差的条件下，仍具有较高的捕风能力和发电效率。另外，为了保证风力机叶片具有优良的气动特性，也要求风力机翼型具有高的升阻比。低粗糙度敏感性和高升阻比是一对彼此矛盾的设计指标。现有技术通过限制上表面厚度来改进风力机翼型的粗糙度敏感性，但这导致风力机翼型在设计状态下的升阻比较低，且设计升力系数较小。截至目前，国内外尚未见到针对低粗糙度敏感性和高升阻比翼型的有关报道。专利[CN201110023215.1]“一族用于兆瓦级风力机叶片的翼型”公开了一族用于兆瓦级风力机叶片的翼型，7个翼型的相对厚度分别为15％、18％、21％、25％、30％、35％和40％，该专利技术相比传统翼型有更高的最大升力系数，以及具有较高的设计升力系数、更大的升阻比和更好的高雷诺数特性，其主翼型和外侧翼型的设计雷诺数为6.0×106；专利[CN201410534926.9]“风力机翼型正设计方法及风力机翼型族”公开了一种风力机翼型正设计方法和一种风力机翼型，设计的翼型族包含相对厚度为15％、18％和21％的3种小厚度风力机外侧翼型，并对低雷诺数下的翼型气动特性进行研究；专利[CN201510183743.1]“一种利用贝塞尔函数曲线的风力机翼型设计方法”公开了一种利用贝塞尔函数曲线的风力机翼型设计方法，并对通过该方法设计出的风力机翼型进行了中低雷诺数条件下升阻比特性的研究；专利[CN201410850976.8]“一种风力机翼型的多学科优化设计方法”公开了一种风力机翼型的多学科优化设计方法，该方法同时对翼型的气动性能、结构属性及声学特性进行优化；专利[CN201510047830.4]“一种垂直轴风力机翼型的气动优化设计方法”涉及一种垂直轴风力机翼型的气动优化设计方法；专利[CN201310234549.2]“一族大厚度钝尾缘风力机翼型及其设计方法”公开了一族大厚度钝尾缘风力机翼型及其设计方法，具体包括四种相对厚度分别为45％、50％、55％和60％的风力机翼型，且均具有一定的后缘厚度，四种翼型的设计雷诺数为中低雷诺数，依次为4.0×106、3.5×106、3.0×106和2.5×106，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；专利[CN201020677153.7]“一种风力机叶片翼型族”公开了一种涉及风力机叶片的钝尾缘厚翼型族，将厚翼型用于叶片根部以取代传统的圆柱型结构，从而提高叶片性能。但是，以上各个专利技术专利所公开的各种风力机翼型，或者具有低粗糙度敏感性，但其升阻比较低；或者具有较高的升阻比，但不具有低的粗糙度敏感性。也就是说，现有技术公开的各类风力机翼型，由于没有同时兼顾升阻比和粗糙度敏感性，所设计得到的风力机的性能有限。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种具有低粗糙度敏感性和高升阻特性的风力机翼型，可有效解决上述问题。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种具有低粗糙度敏感性和高升阻特性的风力机翼型，该风力机翼型在设计状态和临界失速状态下具有以下的压力分布形态：在弦向范围为0.2％C～4％C的翼型前缘位置出现第1个负压峰，压力系数CP的峰值范围为-1.5～-4.5，用于降低翼型的粗糙度敏感性；在弦向范围为18％C～28％C的位置出现第2个负压峰，压力系数CP的峰值范围为-1.5～-3.5，用于提高升阻比；其中，C为翼型弦长。优选的，设计状态下，在第1个负压峰的峰尾到第2个负压峰的峰首之间的区域为顺压区，顺压区是指按从第1个负压峰的峰尾到第2个负压峰的峰首的方向，压力系数CP的值逐步减小的区域，用于保证翼型上翼面具有较大的层流范围。优选的，所述设计状态指小迎角设计状态，在小迎角设计状态下，第1个负压峰的峰值高于第2个负压峰的峰值；大迎角临界失速状态下，第1个负压峰的峰值低于第2个负压峰的峰值。优选的，在小迎角设计状态下，在弦向范围为28％C～38％C的位置出现翼型上表面转捩点；在弦向范围为43％C～53％C的位置出现翼型下表面转捩点；在大迎角临界失速状态下，在弦向范围为1％C～10％C的位置出现翼型上表面转捩点；在弦向范围为45％C～55％C的位置出现翼型下表面转捩点。本专利技术提供的具有低粗糙度敏感性和高升阻特性的风力机翼型具有以下优点：有效缓解了翼型粗糙度敏感性和升阻特性这两个性能指标之间的矛盾，具有较高升阻特性和较低粗糙度敏感性，从而提高翼型性能。附图说明图1为本专利技术提供的翼型在设计状态下的“双负压峰”压力分布形态示意图；图2为本专利技术提供的翼型在临界失速状态下“双负压峰”压力分布形态示意图；其中：1代表第1个负压峰；2代表上翼面顺压区；3代表第2个负压峰；4代表翼型上表面转捩点位置；5代表翼型下表面转捩点位置；图3为本专利技术NPU-MWA-250翼型与同类翼型的升阻比特性(RANS，Ma＝0.2，Re＝9×106，自由转捩)；图4为本专利技术NPU-MWA-250翼型与同类翼型的粗糙度敏感性随雷诺数变化(RANS)；图5为本专利技术NPU-MWA-250翼型与同类翼型在最大升阻比处的压力分布对比(RANS)；其中：6代表DU91-W2-250翼型的气动特性计算结果(RANS，Ma＝0.2，Re＝9×106，自由转捩)7代表NPU-WA-250翼型的气动特性计算结果(RANS，Ma＝0.2，Re＝9×106，自由转捩)8本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有低粗糙度敏感性和高升阻特性的风力机翼型，其特征在于，该风力机翼型在设计状态和临界失速状态下具有以下的压力分布形态：在弦向范围为0.2％C～4％C的翼型前缘位置出现第1个负压峰，压力系数CP的峰值范围为‑1.5～‑4.5，用于降低翼型的粗糙度敏感性；在弦向范围为18％C～28％C的位置出现第2个负压峰，压力系数CP的峰值范围为‑1.5～‑3.5，用于提高升阻比；其中，C为翼型弦长。
【技术特征摘要】
1.一种具有低粗糙度敏感性和高升阻特性的风力机翼型，其特征在于，该
风力机翼型在设计状态和临界失速状态下具有以下的压力分布形态：在弦向范
围为0.2％C～4％C的翼型前缘位置出现第1个负压峰，压力系数CP的峰值范围为
-1.5～-4.5，用于降低翼型的粗糙度敏感性；在弦向范围为18％C～28％C的位置出
现第2个负压峰，压力系数CP的峰值范围为-1.5～-3.5，用于提高升阻比；其中，
C为翼型弦长。
2.根据权利要求1所述的具有低粗糙度敏感性和高升阻特性的风力机翼型，
其特征在于，设计状态下，在第1个负压峰的峰尾到第2个负压峰的峰首之间的
区域为顺压区，顺压区是指按从第1个负压峰的峰尾到第2个负压峰的峰首的方
向，压力系数CP的值逐步减小的区域，用...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩忠华，许建华，延小超，宋文萍，李凡，李扬，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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