一种叶片增功尾缘襟翼设计方法技术

本发明专利技术涉及风力发电领域，特别涉及一种叶片增功尾缘襟翼设计方法，包括如下步骤：计算叶片各截面在低于额定风速的不同风速下，对应的平均运行攻角、最优桨距角以及受力分布；对所述叶片翼型添加襟翼参数，并基于包括平均运行攻角和最优桨距角的判别依据，判别出最优襟翼参数；对于具有最优襟翼参数的翼型，建模并添加凹槽参数，模拟计算得到最优凹槽参数；对于具备最优凹槽参数的翼型，基于所述受力分布，确定满足安全性要求的襟翼安装位置。针对叶片展向外侧靠近叶尖区域的16～25％相对厚度翼型主体，可以较好的提高翼型主体的升力系数和升阻比，具有较好的增功和降噪效果。具有较好的增功和降噪效果。具有较好的增功和降噪效果。

【技术实现步骤摘要】
一种叶片增功尾缘襟翼设计方法


[0001]本专利技术涉及风力发电领域，特别涉及一种叶片增功尾缘襟翼设计方法。

技术介绍

[0002]风力机叶片作为风电机组捕获风能的主要部件，而决定叶片气动性能的因素有很多，如气动外形、翼型、结构等。叶片的设计以气动性能最优为主，而后通过迭代寻优，对叶片的结构外形进行优化设计，为满足机组运行时叶片的结构安全性、噪声控制、尾缘脱落涡控制等要求，势必使得叶片牺牲部分气动性能。
[0003]对叶片的增功方式有很多，常见的有延迟或抑制失速发生的涡流发生器、改善尾缘脱落涡并提高升阻比的格尼襟翼以及扰流板等，大都是通过在叶片表面粘贴或安装对应的增功附件来改善翼型和叶片的气动性能，提高叶片捕获风能的能力。因此对翼型和叶片的气动优化设计和增功装置一直都是风电机组空气动力学范畴的研究热点之一。
[0004]通过在翼型和叶片尾缘安装襟翼的形式，在航空业应用较为成熟广泛，特别是主动式襟翼或副翼。在风力机叶片中，常见的形式有尾缘带平板形式、燕尾翼、格尼襟翼等，但均未明确详细的设计思路、方法。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中缺乏明确详细的襟翼设计方法的问题，本专利技术提出一种叶片增功尾缘襟翼设计方法。
[0006]为达成上述目的，本专利技术技术方案如下：
[0007]一种叶片增功尾缘襟翼设计方法，包括如下步骤：
[0008]S1：计算叶片各截面在低于额定风速的不同风速下，对应的平均运行攻角、最优桨距角以及受力分布；
[0009]S2：对所述叶片翼型添加襟翼参数，并基于包括平均运行攻角和最优桨距角的判别依据，判别出最优襟翼参数；
[0010]S3：对于具有最优襟翼参数的翼型，建模并添加凹槽参数，模拟计算得到最优凹槽参数；
[0011]S4：对于具备最优凹槽参数的翼型，基于所述受力分布，确定满足安全性要求的襟翼安装位置。
[0012]进一步的，所述步骤S1中：
[0013]平均运行攻角和最优桨距角：采用GH Bladed软件，在风速V
in
～V
rate
内的风速V
i
下，计算叶片各截面的平均运行攻角和最优桨距角，所述风速取值间隔为1～2m/s，V
in
表示切入风速，V
rate
表示风电机组额定功率对应的风速；
[0014]受力分布包括挥舞方向力、摆振方向力以及升力系数。
[0015]进一步的，所述步骤S2中包括：
[0016]对于所述叶片的翼型，通过Rfoil软件进行2D计算，得出翼型的雷诺数Re和马赫数
Ma；
[0017]基于所述雷诺数Re和马赫数Ma，计算翼型在不同攻角α下的升力系数Cl和阻力系数Cd；
[0018]根据所述升力系数Cl和阻力系数Cd，计算最佳升阻比C
best
，得到对应的最优攻角α
best
[0019][0020]进一步的，所述最优襟翼参数的判别依据包括：
[0021]安装襟翼前后，翼型最佳升阻比对应最优攻角的变化小于2
°
；
[0022]安装襟翼前后，叶片各截面最优桨距角的变化小于0.5
°
；
[0023]安装襟翼前后，叶片各截面平均运行攻角的变化小于0.5
°
。
[0024]进一步的，所述最优襟翼参数为满足判别依据，且最佳升阻比最大的襟翼参数。
[0025]进一步的，所述攻角α取值范围为
‑
10
°
～20
°
。
[0026]进一步的，所述步骤S3中对于凹槽参数的模拟计算包括：
[0027]采用流体仿真软件，对具备凹槽参数的翼型模型进行网格划分；
[0028]通过瞬态和稳态计算，得到最佳升阻比；
[0029]最佳升阻比最大时，对应的凹槽参数为最优凹槽参数。
[0030]进一步的，所述步骤S4中包括：
[0031]根据所述受力分布，初步确定襟翼的安装起始位置Xstart和终止位置Xend；
[0032]采用GH Bladed软件计算整机载荷安全性，若满足安全性要求则设计结束，若不满足安全性要求则优化安装起始位置Xstart和终止位置Xend，再次计算整机载荷安全性。
[0033]进一步的，所述襟翼参数包括襟翼长度、襟翼厚度、下翻角度、楔形结构外形中的楔形角和楔形长度；
[0034]所述凹槽参数包括凹槽宽度、凹槽深度、凹槽长度和凹槽斜度。
[0035]进一步的，襟翼安装位置的两侧设有封边。
[0036]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0037]第一、本专利技术从翼型设计、气动性能计算、布局位置分析、载荷计算以及安全性复核的设计全过程进行了约定，合理设计襟翼的结构外形，提升叶片的气动性能，增加捕获风能的能力；计算方法简单、高效、精确度高；设计凹槽，增加襟翼与气流接触的表面积，且襟翼最远端的凹槽会产生一定强度翼尖涡，对尾缘脱落涡有较好的破坏作用，减少诱导阻力损失。
[0038]第二、襟翼的起止位置新增加封边设计，避免或降低形状突变产生的诱导阻力损失。
附图说明
[0039]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0040]在附图中：
[0041]图1为本专利技术一种叶片增功尾缘襟翼设计方法翼型加装襟翼俯视图；
[0042]图2为本专利技术一种叶片增功尾缘襟翼设计方法翼型侧视图；
[0043]图3为本专利技术一种叶片增功尾缘襟翼设计方法总体流程示意图；
[0044]图4为本专利技术一种叶片增功尾缘襟翼设计方法流程示意图；
[0045]图5为本专利技术一种叶片增功尾缘襟翼设计方法翼型加装襟翼坐标图；
[0046]图6为本专利技术实施例2中NACA63421 Rfoil不同外形的升力计算结果图；
[0047]图7为本专利技术实施例2中NACA63421翼型升阻比随襟翼长度变化趋势示意图；
[0048]图8为本专利技术实施例2中基于升力系数的襟翼安装位置示意图；
[0049]图9为本专利技术实施例2中基于挥舞载荷的襟翼安装位置示意图；
[0050]图10为本专利技术一种叶片增功尾缘襟翼设计方法翼型加装襟翼放大图。
[0051]图中1
‑
叶片，2
‑
襟翼，3
‑
封边，4
‑
凹槽。
具体实施方式
[0052]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0053]以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本专利技术提供进一步的详细说明。除非另有指明，本专利技术所采用的所有技术术语与本专利技术所属领域的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种叶片增功尾缘襟翼设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：计算叶片各截面在低于额定风速的不同风速下，对应的平均运行攻角、最优桨距角以及受力分布；S2：对所述叶片翼型添加襟翼参数，并基于包括平均运行攻角和最优桨距角的判别依据，判别出最优襟翼参数；S3：对于具有最优襟翼参数的翼型，建模并添加凹槽参数，模拟计算得到最优凹槽参数；S4：对于具备最优凹槽参数的翼型，基于所述受力分布，确定满足安全性要求的襟翼安装位置。2.根据权利要求1中所述的叶片增功尾缘襟翼设计方法，其特征在于，所述步骤S1中：平均运行攻角和最优桨距角：采用GH Bladed软件，在风速V
in
～V
rate
内的风速V
i
下，计算叶片各截面的平均运行攻角和最优桨距角，所述风速取值间隔为1～2m/s，V
in
表示切入风速，V
rate
表示风电机组额定功率对应的风速；受力分布包括挥舞方向力、摆振方向力以及升力系数。3.根据权利要求1中所述的叶片增功尾缘襟翼设计方法，其特征在于，所述步骤S2中包括：对于所述叶片的翼型，得出翼型的雷诺数Re和马赫数Ma；基于所述雷诺数Re和马赫数Ma，通过Rfoil软件进行2D计算，计算翼型在不同攻角α下的升力系数Cl和阻力系数Cd；根据所述升力系数Cl和阻力系数Cd，计算最佳升阻比C
best
，得到对应的最优攻角α
best
4.根据权利要求3中所述的叶片增功尾缘襟翼设计方法，其特征在于，所述最优襟翼参数的判别依据包括：安装襟翼前后，翼型最...

【专利技术属性】
技术研发人员：张林伟，虞小兵，蔡安民，陈浩，彭阁，李林川，林伟荣，李力森，李媛，许扬，金强，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：