[发明专利]一种在大攻角下的高升阻比风力机翼型及其设计方法

说明书

本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种在大攻角下的高升阻比风力机翼型的设计方法，以其形成过程描述为：将基准翼型剖面投影于XY坐标系中得到基准翼型轮廓，将基准翼型轮廓前缘点与坐标原点重合，在基准翼型轮廓上设置有开缝；在下翼面处选取两个点作为开缝的入口，记为a点和b点；在上翼面处选取两个点作为开缝的出口，记为c点和d点；a点和c点之间取点e，b点和d点之间取点f；aec和bfd构成了开缝的形状，在翼型中间形成一个通道；ae和bf为直线，ec和fd为圆弧，ae与bf平行。实现更大的失速迎角和更小的阻力，显著提高了其在大攻角下的升阻比，从而提高了风力发电机组风轮的风能吸收效率。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种在大攻角下的高升阻比风力机翼型及其设计方法。

背景技术

对于风力叶片的几何外形而言，翼型是构成叶片的“基因”，其气动性能直接影响到风力机叶片的气动性能，因此风力发电机组风轮叶片气动外形的设计离不开翼型设计。上世纪80年代之前，风力机翼型常采用航空翼型。然而，航空翼型通常是在压音速条件下设计，低速条件下气动性能不能得到有效地保证，此外还存在厚度较小、无法满足结构需求的弊端，同时，在大迎角下翼型的失速严重。因此，目前对航空翼型的研究，已难以满足风轮的设计要求。因此，从20世纪80年代开始，在风力机叶片日益大型化的趋势下，对高性能风力机专用翼型的需求越发迫切。国外众多机构在上世纪开展了大型风力机专用翼型的研究，取得了丰硕的成果，形成了多个系列的风力机专用翼型，如美国国家航空航天局(NASA)设计的NACA系列翼型、美国国家可再生能源实验室(NREL)设计的NREL S系列翼型、荷兰Delft大学设计的DU系列翼型、丹麦的系列翼型、瑞典航空研究院设计的FFA系列翼型等，并被众多的风电企业采用，对风力发电机性能的改善起到了至关重要的作用。

目前风力机翼型的设计方案，例如现有的垂直轴风力机多采用基准翼型，翼型吸力面后缘附近平滑过渡，其气动性能能够有效提高风轮对于风能的吸收效率，从而提高风力机的经济效率。但是，这类翼型虽然能够保证在小迎角下具有较低的阻力系数，但在大迎角下容易出现气流分离，从而降低了升力系数，增加了阻力系数，降低了风力机风轮的经济效益，因此垂直轴风力机在低风速下气动效率不高。

目前国内外专利和文献的开缝形状设计有全直线型和全弧型，他们只能在有限的大攻角(大于16°)提高有限的升阻比(提高小于100％)，且对开缝形状及参数没有给出完善的设计方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在大攻角下的高升阻比风力机翼型及其设计方法，解决了在大迎角下容易出现气流分离，从而降低了升力系数，增加了阻力系数，降低了风力机风轮的经济效益，垂直轴风力机在低风速下气动效率不高的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种在大攻角下的高升阻比风力机翼型的设计方法，所述的高升阻比风力机模型以其形成过程描述为：

将基准翼型剖面投影于XY坐标系中得到基准翼型轮廓，将基准翼型的前缘点与坐标原点重合，在基准翼型轮廓上设置开缝；

在下翼面处选取两个点作为开缝的入口，记为a点和b点；在上翼面处选取两个点作为开缝的出口，记为c点和d点；

a点和c点之间取点e，b点和d点之间取点f；

aec和bfd构成了开缝的形状，在翼型中间形成一个通道；

ae和bf为直线，ec和fd为圆弧，ae与bf平行；

在开缝的入口处设有阀门。

进一步，当攻角为0-8°时，阀门处于关闭状态；当攻角大于8°时，阀门处于开启状态。