[发明专利]一种基于仿生凹凸前缘结构的流动分离控制方法

权利要求书

1.一种基于仿生凹凸前缘结构的流动分离控制方法，所述方法用于控制风电叶片叶展中部及叶根区域流动分离，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1：测试仿生凹凸前缘风力机翼型的气动性能；

S2：通过对风力机翼型的气动性能做预测来对气动性能进行优化，得到凹凸前缘结构尺寸；

S3：结合风电叶片设计平台，设计风电叶片并完成校验；

S4：根据S2获得的凹凸前缘结构尺寸，制作凹凸前缘结构，将所述凹凸前缘结构安装在S3获得的风电叶片上，

其中，所述凹凸前缘结构尺寸包括幅值和波长，所述幅值为凸起前缘的高度，所述波长为凸起前缘的宽度，

所述S2包括：

S2.1：将每一个凹凸前缘结构简化为小尺寸的三角翼模型，所述三角翼模型的高度与展长对应凹凸前缘的A与波长λ；

S2.2：利用三角翼理论推导每一个凹凸前缘产生的升力与阻力；

S2.3：根据S2.2获得的每个凹凸前缘产生的升力与阻力计算凹凸前缘结构产生的总升力系数与总阻力系数；

S2.4：根据原始翼型气动力变化规律确定失速攻角，获得失速前和失速后的整体升力系数与阻力系数的计算公式，根据该计算公式优化气动性能，得到凹凸前缘结构尺寸，

所述凹凸前缘结构每一个凸起结构所产生的整体升力F_L与整体阻力F_D如下式：

任意前缘具有n个凸起的风力机翼型，凹凸前缘结构所产生的总升力系数C′_L与总阻力系数C′_D为：

其中，α为入流攻角；c为翼型弦长，s为翼型展长，t为翼型相对厚度；U为自由来流速度，ρ为空气密度；K_P与K_V为三角翼模型修正系数；基于不同流动状态引入凹凸前缘结构对流场的影响修正系数δ；

根据原始翼型气动力变化规律确定失速攻角α_satll，则凹凸前缘风力机翼型在失速前与失速后产生的整体升力系数C_L与整体阻力系数C_D的计算公式为：

其中，prestall指失速前、poststall指失速后，C_L,Baseline和C_D,Baseline分别为原始翼型的升力系数与阻力系数，

其中，凹凸前缘结构粘接在风电叶片上。

2.根据权利要求1所述的基于仿生凹凸前缘结构的流动分离控制方法，其特征在于，所述仿生凹凸前缘结构为周期性分布的正弦规律变化的凸起前缘结构。

3.根据权利要求1所述的基于仿生凹凸前缘结构的流动分离控制方法，其特征在于，所述S1包括如下步骤：

S1.1：针对风电叶片叶展中部以及叶根区域的叶段，提取原始风力机翼型，并对其进行改型设计；

S1.2：将翼型前缘改型成为具有凹凸前缘结构的大厚度仿生风力机翼型，获取该仿生风力机翼型的气动力性能。

4.根据权利要求3所述的基于仿生凹凸前缘结构的流动分离控制方法，其特征在于，所述风力机翼型的相对厚度不小于40％。

5.根据权利要求1所述的基于仿生凹凸前缘结构的流动分离控制方法，其特征在于，所述S3包括：结合风电叶片设计平台，将设计获得的仿生前缘翼型作为基础翼型，进行风电叶片的气动与结构设计，并完成校核，获得风电叶片。

6.根据权利要求1所述的基于仿生凹凸前缘结构的流动分离控制方法，其特征在于，所述凹凸前缘结构边缘与叶片表面安装区域的曲率相同。

7.根据权利要求6所述的基于仿生凹凸前缘结构的流动分离控制方法，其特征在于，所述S4包括如下步骤：

S4.1：制作凹凸前缘结构；

S4.2：在S3获得的风电叶片的表面标记粘接区域；

S4.3：对粘接区域进行清洁与表面处理，并打胶；

S4.4：将S4.1获得的凹凸前缘结构粘接在打胶之后的粘接区域；

S4.5：清除凹凸前缘结构与风电叶片连接边缝处多余的胶体，并通过密封胶做密封处理。