[发明专利]一种高效低载水平轴风力机叶片专用翼型及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水平轴风力机叶片的专用翼型设计方法，尤其涉及一种基于反设计方法的具有高效低载、良好变工况特性及平滑失速特性的水平轴风力机叶片专用翼型的设计方法。

背景技术

风电叶片是风电机组的核心部件，风力机叶片专用翼型的性能好坏直接影响着风力机叶片的性能。而叶片不仅有气动性能的要求还有载荷要求，我们希望风力机具有较高的输出功率，同时又能具有较低的载荷，特别是极限载荷的增加对风电叶片的影响更大。

一直以来风力机叶片设计要求风力机专用翼型具有高的最大升力系数，以提高叶片的输出功率，特别是叶片外侧的翼型。然而实际中叶片多运行在设计工况点附近，而不是最大升力系数附近，并且高的设计升力系数可以减小翼型的弦长，以减小叶片的重量、降低载荷。而最大升力系数对叶片的输出功率的影响很小，最大升力系数的增加反而会造成叶片极限载荷的增加。

风力机运行过程中，由于阵风的影响或控制不及时等各种因素，风力机并不能完全运行在设计工况下，要求风力机翼型具有良好的变工况特性及平滑的失速特性。

因此开发一种具有高效低载、良好的变工况特性及平滑失速特性的水平轴风力机叶片专用翼型是非常必要的，它应该具有高的最大升阻比、高的设计升力系数、具有较低的最大升力系数、在前缘粗糙条件下设计升力系数下降较小以及良好的变工况特性和平滑失速特性。

发明内容

现有技术中，具有多种翼型设计方法，常见的有各种形式的智能优化设计方法，如目前广泛使用的基于遗传算法的优化设计方法，另外一种常见的翼型设计方法是反问题设计方法，无论使用哪一种设计方法都可以得到合适的翼型，但是现有的翼型设计方法中，过于重视最大升力系数等的提高，并通常以获得较大的最大升力系数作为设计目标，实践证明，基于这一理念设计出的翼型在使用中往往表现出效率较低、载荷较大等不足，这大大限制了风力机叶片的发展。

针对现有技术的上述缺点和不足，本发明要解决的技术问题是提出一种具有高效低载、良好的变工况及平滑失速特性的水平轴风力机叶片专用翼型的设计方法及具备上述特性的水平轴风力机叶片专用翼型。

由于风力机多运行在设计工况点（即设计攻角）附近，而不是最大升力系数附近。由下列功率p的计算公式可以得出，从翼型气动性能上来讲，提高翼型的最大升阻比和设计升力系数C_l是提高叶片输出功率的关键。并且高的设计升力系数可以减小翼型的弦长，以减小叶片的重量、降低载荷。

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