[发明专利]一种基于分形学设计的风力机叶片

说明书

技术领域

本发明总体属于风力发电领域，具体而言涉及一种基于分形学设 计的风力机叶片的尾缘结构，具有这种设计的尾缘结构能够改善风力 机叶片的失速特性。

背景技术

中国风能资源丰富，大力发展风力发电对调整能源结构、保障能 源安全、应对气候变化及促进社会经济可持续发展具有重要意义，其 中风力机作为风力发电的关键设备对于我国风电发展起着极其重要 作用。风力机叶片决定了其风能利用效率的高低，是整个风力机的核 心部件。

当叶片来流攻角增大到失速条件，气体不再附着叶片表面流过， 而是将在叶片吸力面发生流动分离，并在吸力面的尾缘出现涡流区, 升力突然减小，即所谓“失速”现象。当风力机处在失速状态时，不 仅降低叶片气动效率、影响风力机能量捕捉，而且噪音会突然增大， 并引起风力机叶片的振动及运行不稳定等现象。因此尽可能地改善风 力机叶片失速特性以提高风力机运行效率并降低由风力机引起的噪 声污染及风力机事故的发生率，是十分必要的并具有重要的社会意义 和经济意义。

目前主要采用被动控制方式改善风力机叶片失速特性。如专利 “一种可调叶片攻角式垂直轴风力机”(专利号：201210283518.1)， 其通过调节叶片攻角来改善垂直轴风力发电机的失速特性；一种带有 失速调节的风力发电机组(专利号：20132055243.1)，其通过调节叶 片轴线与安装板的摆动轴线，使其在迎风一侧保证成锐角来达到调节 失速的目的。

但是，随着风力机逐渐呈现大型化和大容量发展趋势，失速被动 控制所需成本增高。从而，采用主动控制的方式，基于失速的产生原 理，采取相应设计来改善风力机的失速特性对于风力机失速调节显得 至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于分形学设计的风力机叶片尾缘结 构，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。

根据本发明的基于分形学设计的风力机叶片包括叶片主体和叶 片分形尾缘，叶片主体相对于来流方向位于叶片的前部，叶片分形尾 缘相对于来流方向位于叶片的后部，在叶片分形尾缘上分布有多个 孔，这些孔贯穿整个叶片的压力面及吸力面。

本发明能够改善风力机叶片的失速特性而且结构简单且容易实 施，相较于被动控制失速特性的装置，其成本大大降低。

在本发明的一个具体实施例中，叶片分形尾缘的范围为基于来流 方向从风力机叶片的翼弦的五分之四处开始至叶片尾端。叶片主体和 叶片分形尾缘的这种布置结构简单，便于实现，节约成本。

在本发明的一个具体实施例中，叶片分形尾缘上的多个孔的形状 与其分布形状具有自相似性(即，是基于分形学设计的，形成自相似 结构)，并且这些孔在叶片分形尾缘上形成贯穿吸力面与压力面且垂 直于风力机叶片的翼弦的分形网格结构。本发明的叶片分形尾缘上的 分形网格结构较于普通网格结构更易产生小尺度湍流扰动从而达到 更好的延迟叶片吸力面失速团的形成的效果，可以有效地对风力机叶 片失速进行主动控制。

在本发明的一个具体实施例中，叶片分形尾缘上的多个孔的形状 为基于任意一种几何图形的分形衍生而成，孔的形状根据不同叶片尾 缘的结构的形状进行选取，只要符合分形网格中孔的形状与孔的分布 形状具有自相似性并且能够使风顺利通过即可。

优选地，叶片尾缘上的多个孔的横截面形状为矩形。但本领域技 术人员应该理解，叶片尾缘上的孔的横截面形状并不局限于此，其形 状根据不同叶片尾缘的结构进行选取，只要符合分形网格中孔的形状 与孔的分布形状具有自相似性并且能够使风顺利通过即可。

在本发明的一个具体实施例中，叶片主体和叶片尾缘均由玻璃钢 材质制成，玻璃钢材料的强度高、重量轻且耐老化。

进一步地，在叶片主体的表面上缠有玻璃纤维且涂敷有环氧树 脂，并且叶片主体的其他部分填充有泡沫塑料。这样，使得风力机叶 片在具有稳定性的同时降低了整体质量，使得叶片在满足刚度的同时 也增大了捕风面积。

本发明的风力机叶片是基于分形网格的特点而设计的，其提供了 一种能够改善风力机叶片的失速特性的叶片结构，并且结构简单且制 造方便。

附图说明

图1为示出了本发明的风力机叶片的翼型的剖面图；

图2为图1中的A向叶片分形尾缘中分形网格的向视图；

图3为翼型攻角的示意图；以及

图4为本发明工作原理示意图。