一种基于仿生学的带襟翼风力机叶片结构

1.本发明涉及风力机叶片结构优化的技术领域，具体地说，是一种基于仿生学的带襟翼风力机叶片结构的仿生设计。


背景技术：

2.风能以其清洁性、储量丰富及日趋成熟的风力发电技术，成为当前最具前景的新能源之一，我国风能资源丰富，在缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，风力发电发挥了极大的作用。叶片是风力机中最基础和最关键的部件，其结构的优劣，可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。
3.对风力机叶片进行改型是提高风能利用系数、实现提质增效的一种重要手段。同时，风力机叶片运行时产生的噪声也会影响附近居民的生活质量和动物的生存。因此，设计新型高性能低噪音叶片具有重要的现实意义。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种基于仿生学的风力机叶片结构。其主要特征是风力发电机叶片由naca0018翼型和长耳鸮翼型组成，且尾缘部分加装一格尼襟翼。所述的基于仿生学的风力机叶片结构可以增大吸力面和压力面之间的压差，能在阻力变化不大的情况下，提升叶片升力，改善风力机气动性能并降低噪声。
5.本申请的目的主要是通过以下技术方案实现的：
6.本申请提供了一种基于仿生学的风力机叶片结构，所述的仿生叶片包括仿生翼型主体，其特征在于在叶片尾缘部分设置有格尼襟翼。
7.所述仿生翼型主体包括吸力面和压力面；所述吸力面位于所述仿生翼型主体的顶部；所述压力面位于所述仿生翼型主体的底部；所述格尼襟翼设置于所述仿生翼型主体的后缘。
8.所述的基于仿生学的风力机叶片结构，其特征在于，所述仿生翼型型线由naca0018翼型上型线和长耳鸮翼型下型线构成。
9.所述的基于仿生学的风力机叶片结构，其特征在于，所述格尼襟翼为长方形实体。
10.所述的基于仿生学的风力机叶片结构，其特征在于，所述格尼襟翼宽度d为翼型弦长的0.2％，襟翼高度h为翼型弦长的2％。
11.所述的基于仿生学的风力机叶片结构，其特征在于，所述的格尼襟翼与所述仿生翼型主体尾端上型线切线之间的夹角为100
°
。
12.所述的基于仿生学的风力机叶片结构，其特征在于，所述的格尼襟翼可以提升吸力面和压力面之间的压差，从而提高翼型升力，故可改善风力机气动性能。
13.本发明实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
14.(a)格尼襟翼通过改变翼型后缘的流场，不仅可以增加翼型的弯度效应，同时使接
近后缘的气流向下偏转，改变了绕流翼型的库塔条件，增加了给定攻角下的升力。
15.(b)仿生翼型下型线由长耳鸮翼型下型线构成，长耳鸮翼型气动性能优越且降噪效果极佳，与naca0018翼型相结合可进一步提升气动性能并降噪。
16.(c)结构简单、制作成本低，可实施性强。
附图说明
17.图1为本发明提供的长耳鸮示意图；
18.图2为本发明提供的基于仿生学的风力机叶片翼型结构示意图；
19.图3为本发明基于仿生学的带襟翼风力机叶片结构的实施例示意图；
20.附图标记：
21.1-仿生翼型主体；2-叶片吸力面；3-叶片压力面；4-格尼襟翼；
具体实施方式
22.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
23.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
24.结合图2和图3所示，本发明提供的基于仿生学的风力机叶片包括仿生翼型主体和格尼襟翼。
25.本实施例中，所述翼型的具体形状如图3，仿生翼型主体1包括吸力面2和压力面3；所述吸力面2位于所述仿生翼型主体的顶部；所述压力面3位于所述仿生翼型主体的底部；所述格尼襟翼4设置于所述naca0018翼型主体的后缘。所述格尼襟翼可以增加翼型的弯度效应，同时使接近后缘的气流向下偏转，改变了绕流翼型的库塔条件，增加了给定攻角下的升力。
26.本实施例中，所述仿生翼型形状为弧形，主体前缘大，后缘小，翼型弦长为100mm，所述仿生翼型上翼面型线由naca0018翼型上型线构成，所述仿生翼型下翼面由长耳鸮翼型下型线构成，此结构可减小流动阻力，提升叶片气动性能并降低噪声。
27.本实施例中，所述长耳鸮翼型下型线通过中弧线和厚度的关系得到，相应的型线控制方程如下
28.z
l
＝z
(c)-z
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
29.式中：z
l
为长耳鸮翼型下翼面的型线分布坐标；z
(c)
为翼型中弧线分布坐标；z
(t)
为翼型厚度分布坐标。z
(c)
和z
(t)
的计算公式如下
[0030][0031][0032]
式中：η＝x/c为无量纲化弦长坐标；z
(c)max
为翼型最大弧度坐标,其值为0.1141；z(t)max
为翼型最大厚度坐标，其值为0.0629。式(2)和(3)中的系数sn和an分别是描述翼型中弧线和厚度分布的多项式系数。通过最小二乘法拟合得到各多项式系数的数值，其值如表1所示。
[0033][0034]
本实施例中，如图2所示，所述格尼襟翼为长方形实体，总体呈一薄片结构。可通过改变气流离开后缘的尾迹，形成交替旋转的脱体涡，由此减小翼型后缘上表面的压力和增大翼型下表面气流的压力，进而提高翼型后缘上下表面的压力差，从而增加整个翼型的升力。
[0035]
本实施例中，如图3所示，所述格尼襟翼宽度d考虑到襟翼制作难易程度与襟翼刚度和强度，选取宽度d为翼型弦长的0.2％，即0.2mm。襟翼高度h参考现有文献结果，当襟翼高度为弦长的2％时，翼型气动性能达到最佳，故选择襟翼高度为翼型弦长的2％，即2mm，襟翼与仿生翼型主体尾端上型线切线之间的夹角为100
°
。
[0036]
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施案例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。


技术特征：
1.一种基于仿生学的带襟翼风力机叶片结构，该结构基于naca0018翼型和长耳鸮翼型，其特征在于，包括仿生翼型主体(1)和格尼襟翼(4)；所述仿生翼型主体(1)包括吸力面(2)和压力面(3)；所述吸力面(2)位于所述仿生翼型主体的顶部；所述压力面(3)位于所述仿生翼型主体的底部；所述格尼襟翼(4)设置于所述仿生翼型主体的尾端。2.根据权利要求1所述的基于仿生学的风力机叶片结构，其特征在于，所述吸力面(2)的型线由naca0018翼型上型线构成，所述压力面(3)的型线由长耳鸮翼型下型线构成。3.根据权利要求1所述的基于仿生学的风力机叶片结构，其特征在于，所述格尼襟翼(4)为长方形实体。4.根据权利要求1所述的基于仿生学的风力机叶片结构，其特征在于，所述格尼襟翼(4)襟翼宽度d为翼型弦长的0.2％，襟翼高度h为翼型弦长的2％。5.根据权利要求1所述的基于仿生学的风力机叶片结构，其特征在于，所述的格尼襟翼(4)与所述仿生翼型主体尾端上型线切线之间的夹角为100
°
。

技术总结
本发明公开了一种基于仿生学的带襟翼风力机叶片结构，属于风力机叶片结构优化技术领域。该结构基于NACA0018翼型和长耳鸮翼型，包括仿生翼型主体(1)和格尼襟翼(4)，仿生翼型主体包括吸力面(2)和压力面(3)。吸力面(2)位于仿生翼型主体的顶部，吸力面(2)的型线由NACA0018翼型上型线构成。压力面(3)位于仿生翼型主体的底部，压力面(3)的型线由长耳鸮翼型下型线构成。格尼襟翼(4)设置于所述仿生翼型主体的尾端。所述的格尼襟翼位于仿生翼型尾缘处，起始宽度d为翼型弦长的0.2％，襟翼高度h为翼型弦长的2％，襟翼与所述仿生翼型主体尾端上型线切线之间的夹角为100


技术研发人员：叶学民 苏顺龙 吕昌睿 乔晨 李春曦
受保护的技术使用者：华北电力大学（保定）
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/9/20