表面喷气的钝尾缘扑翼式风能利用装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种表面喷气的钝尾缘扑翼式风能利用装置，扑翼叶片采用钝尾缘翼型，所述钝尾缘翼型在翼型尾缘处对称加厚，对称加厚厚度l

【技术实现步骤摘要】
表面喷气的钝尾缘扑翼式风能利用装置


[0001]本技术涉及一种扑翼式风能利用装置，尤其是一种钝尾缘扑翼式风能利用装置。

技术介绍

[0002]风能是可再生能源中目前最具经济性的发电资源之一，发展风电对于保障国家能源安全，调整能源结构，减轻环境污染，实现我国“双碳”目标的实现具有非常重要的意义。
[0003]与传统的旋转叶轮式的风力机的不同，扑翼式风能利用装置(如图1所示) 利用叶片进行升沉和俯仰的叠加运动(升沉运动是翼型在平面内的上下平动，俯仰运动是扑翼翼型1绕平动平面内一点的运动，如图2所示，A为升沉运动最高点，B为升沉运动最低点)从流体中获取能量。流体流过叶片时在翼型表面产生的合力在竖直方向上的分量称之为升沉力，因升沉力方向与翼型运动方向一致，从而对翼型做正功。扑翼式获能装置具有设计简单、噪音低、和适应范围广等优点，而且对环境的破坏性影响更小，但其效率与传统的水平轴式风力机相比仍然较低。如果在翼型扑动的过程中，能有效的增加流体在叶片上产生的升沉力就可以提高这类获能装置的风能利用效率，增加其在风电市场上的竞争力。
[0004]现用于扑翼增升的方法中，被动式方法如开槽/缝、凹腔、强制转捩装置等适用工况范围窄，变工况性能差，因此增升效果有限。主动控制方法可以具有良好的变工况性能，可以根据外部流场的变化对自身结构或者流动参数进行相应的改变，从而在较大工况范围内都能获得最优的控制效果，而这些方法依赖于外部能量的输入，耗能较高。因此探寻简单高效、更低耗能和可靠的增升手段，进而提高这种获能器的风能利用效率具有重要的工程应用价值和广阔的市场发展前景。
[0005]现用于扑翼增升的方法中，被动式如在叶片表面进行开槽/缝、凹腔、添加强制转捩结构等方法虽不需要外部能量输入，但由于形式固定从而无法根据来流条件的变化进行灵活调整，因此导致这些技术适用工况范围窄，变工况性能差，增升效果非常有限。主动控制方法可以具有良好的变工况性能，可以根据外部流场的变化对自身结构或者流动参数进行相应的改变，从而在较大工况范围内都能获得最优的控制效果。但现阶段采用的大部分主动控制方法通常需要较大的外部能量输入，因此扣除能耗后风能利用效率仍然较低。

技术实现思路

[0006]针对目前这些现有技术中存在的缺陷，本技术提出一种表面喷气的钝尾缘式扑翼风能利用装置,结合以上被动和主动式控制技术的优点,既可根据来流条件的变化灵活控制喷气量,扩大装置的适应范围,同时在某些条件下关闭喷气也可以具有高效的风能利用效率,降低了对外部能量的输入的需求。
[0007]为实现上述目的，本技术的技术方案是：一种表面喷气的钝尾缘扑翼式风能利用装置，扑翼叶片采用钝尾缘翼型，所述钝尾缘翼型在翼型尾缘处对称加厚，对称加厚厚度l
t
与翼型弦长c之比l
t
/c为0.02，且钝尾缘对称加厚初始位置与翼型弦长之比l
p
/c＝
0.90；所述钝尾缘翼型上下表面开设口径为0.5％c 的喷气口，喷气口中心距前缘距离为90％c。
[0008]进一步，所述扑翼叶片内部设置高压气腔，高压气腔分别通过内部气路连接翼型上下表面的喷气口。
[0009]进一步，所述扑翼叶片连接摇摆臂，所述摇摆臂上下侧安装两台微型空气泵，所述微型空气泵通过气路连接高压气腔及喷气口，用于将压力气流从喷气口强制喷出形成高速空气射流。
[0010]本技术的有益效果是：
[0011]本技术提出的一种表面喷气的钝尾缘式扑翼风能利用装置,结合被动和主动式控制技术的优点,既可根据来流条件的变化灵活控制喷气量,扩大装置的适应范围,同时在某些条件下关闭喷气也可以具有高效的风能利用效率,降低了对外部能量的输入的需求，因此与现有技术相比，具有结构简单、适应性广、灵活度高且风能利用效率高等突出特点。
附图说明
[0012]图1为扑翼式风能利用装置结构示意图；
[0013]图2为扑翼式风能利用装置叶片截面一个周期内的运动轨迹图；
[0014]图3为表面带喷气口的钝尾缘扑翼叶片截面结构示意图；
[0015]图4为研究得到的不同工况下钝尾缘扑翼获能装置与现有扑翼获能装置的风能利用效率(η)对比结果；
[0016]图5为表面带喷气的钝尾缘叶片与微型气泵示意图；
[0017]图6钝尾缘叶片内部结构示意图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图与实施例对本技术作进一步说明。
[0019]如图1，2所示，本技术的一种表面喷气的钝尾缘扑翼式风能利用装置，包括扑翼叶片1、摇摆臂2、两侧端板3、底座4。
[0020]扑翼叶片1采用钝尾缘翼型(如图3所示，黑色实线为现有扑翼装置叶片翼型的形式；黑色虚线为本技术提出的表面带喷气口的钝尾缘叶片翼型)，即在翼型尾缘处进行对称加厚，对称加厚厚度(l
t
)与翼型弦长(c)之比l
t
/c 为0.02，且钝尾缘A对称加厚初始位置与翼型弦长之比l
p
/c＝0.90，即采用从翼型尾部位置开始旋转对称加厚的方式。此时扑翼的风能利用效率与同类型扑翼相比提高幅度明显(如图4所示)。
[0021]在翼型上下表面开设口径为0.5％c的喷气口5(如图3所示)，喷气口5中心距前缘90％c。当扑翼叶片1从最高处向低处运动时，其下表面的喷气口5垂直翼型表面向外喷射一定速度的气体射流；而当扑翼叶片1运动到最低处，开始向上扑动时即1/2T(T为叶片完成一个运动周期的时间)时，停止下表面射流，并开启上表面的喷气口垂直翼型表面对外喷射射流，保证只在扑翼叶片吸力面一侧喷射射流，从而可以有效增加翼型尾缘处的环量，进一步提高钝尾缘翼型的升力，进而增强其做功性能。
[0022]当扑翼叶片从最高处向低处运动时，其下表面的喷气口垂直翼型表面向外喷射一
定速度的气体射流；而当扑翼叶片1运动到最低处，开始向上扑动时即1/2T (T为叶片完成一个运动周期的时间)时，停止下表面射流，并开启上表面的喷气口垂直翼型表面对外喷射射流，进行交替喷射射流。在扑翼装置的摇摆臂2上下侧安装两台微型空气泵8(如图5所示)，扑翼叶片1内部设置高压气腔6，分别通过内部气路连接翼型上下表面的喷气口5(如图6所示)，微型空气泵8 通过气路7连接高压气腔6及喷气口5，微型空气泵8将为工质气体提供压力气流将气体从喷气口5强制喷出形成高速空气射流。根据来流变化，通过调节微型气泵的流量改变射流的速度，从而达到降低能耗且具有良好变工况性能的目的。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面喷气的钝尾缘扑翼式风能利用装置，其特征在于：扑翼叶片采用钝尾缘翼型，所述钝尾缘翼型在翼型尾缘处对称加厚，对称加厚厚度l
t
与翼型弦长c之比l
t
/c为0.02，且钝尾缘对称加厚初始位置与翼型弦长之比l
p
/c＝0.90；所述钝尾缘翼型上下表面开设口径为0.5％c的喷气口，喷气口中心距前缘距离为90％c...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓晶，孔震雨，张刚，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：新型
国别省市：