[实用新型]一种风电叶片运行攻角测量装置

说明书

本实用新型公开了一种风电叶片运行攻角测量装置，包括风电叶片、气流探针、表面压力测量点、数据收集分析单元，通过将气流探针安装于叶片前缘，直接测量叶片所感受的相对入流速度矢量，该速度矢量是远前方来流速度、风轮转速、轴向和周向诱导速度、叶片升力环量诱导速度的合成矢量，其中与叶片运行攻角相关的速度矢量包括远前方来流速度、风轮转速、轴向和周向诱导速度，因此叶片升力环量诱导速度需要计算去除。为此本实用新型提出相对入流速度矢量和气动力同时测量的方案，并采用基于升力环量修正的计算方法，可以准确去除叶片升力环量诱导速度的影响，从而得到了叶片运行攻角。

技术领域

本实用新型属于风电叶片空气动力学技术领域，涉及一种空气动力学参数测量装置，更具体涉及一种风电叶片运行攻角测量装置。

背景技术

风电叶片是将风能转换为机械能的核心部件，其气动性能决定了风电机组的风能利用效率(功率系数)。风电叶片气动外形是由一些列不同厚度及弦长的翼型按照一定安装扭角分布积叠而成，评价翼型气动性能的关键参数是攻角和气动力。

尽管风电产业发展迅速，装机体量庞大，但风电叶片在实际运行过程中的气动性能一直没有得到很好的评估与验证，主要原因之一是目前还缺乏有效的测量方法获得风电叶片运行攻角，其难点在于，根据风电机组空气动力学理论可知，风电叶片翼型攻角与风轮远前方来流风速、风轮转速、安装扭角、轴向及周向诱导因子有关，而其中轴向及周向诱导因子是无法直接测量的未知量，因此仅测量来流风速、风轮转速并不能计算得到风电叶片攻角。

实用新型内容

针对现有技术的以上问题，本实用新型提出一种风电叶片运行攻角测量装置，提出将气流探针安装于叶片前缘，直接测量叶片所感受的相对入流速度矢量，该速度矢量是远前方来流速度、风轮转速、轴向和周向诱导速度、叶片升力环量诱导速度的合成矢量，其中与叶片运行攻角相关的速度矢量包括远前方来流速度、风轮转速、轴向和周向诱导速度，因此叶片升力环量诱导速度需要计算去除，通过提出相对入流速度矢量和气动力同时测量的方案，并采用基于升力环量修正的计算方法，可以准确去除叶片升力环量诱导速度的影响，从而得到了叶片运行攻角。

本实用新型为解决其技术问题所采取的技术方案为：

一种风电叶片运行攻角测量装置，包括风电叶片、气流探针、表面压力测量点、数据收集分析单元，其特征在于，

所述气流探针与数据收集分析单元通信连接，且所述气流探针安装在所述风电叶片的前缘位置，且所述气流探针的中心线沿所述风电叶片的弦长方向延伸，所述气流探针随风电叶片共同旋转，用以测量叶片前缘的相对入流速度矢量，所述相对入流速度矢量包括合成速度值V_p、方向角度α_p；

在所述气流探针的安装位置的展向上的两侧分别选定两个处于流动干扰区域之外的待测叶片翼型，每一所述待测叶片翼型在展向上与所述气流探针的距离为所述气流探针长度l的一半，每一所述待测叶片翼型的压力面和吸力面上分别从前缘至尾缘布置多个表面压力测量点，每一所述表面压力测量点均与所述数据收集分析单元通信连接，所述表面压力测量点用以测量所述待测叶片翼型的表面压力分布；

所述数据收集分析单元根据其所采集的各所述表面压力测量点反馈的压力值以及各所述待测叶片翼型的弦线坐标系分别积分得到沿翼型弦线的切向力和法向力，并将各所述待测叶片翼型的切向力和法向力的平均值作为所述气流探针安装位置的叶片翼型的切向力A和法向力N；

所述数据收集分析单元还包括一基于升力环量修正的攻角计算模块，所述攻角计算模块基于所述气流探针所测得的叶片前缘相对入流速度矢量、所述气流探针安装位置的叶片翼型的切向力A和法向力N计算所述气流探针安装位置的叶片翼型的升力环量Γ，并基于所述升力环量Γ计算诱导速度矢量，最后基于所述气流探针所测相对入流速度矢量与诱导速度矢量的差值得到升力环量修正后的更新攻角，所述更新攻角即为所述风电叶片的运行攻角。

优选地，所述气流探针为多孔气流探针或多分量热线风速探针。