一种仿生鱼鳍式涡流发生器及包含其的叶片的制作方法

1.本实用新型属于涡流发生器技术领域，具体涉及一种仿生鱼鳍式涡流发生器及包含其的叶片。


背景技术：

2.目前风电机组大容量和长柔叶片发展趋势日益加快，受风轮惯性增加、控制迟滞、叶片气动和结构设计特点等制约因素影响，叶片表面气流分离现象愈发凸显。此外在役风电机组，随着运行年限增加，叶片表面脏污、点/腐蚀破坏等影响，使得叶片前缘粗糙度增加，气流流经叶片表面时的提前进入转捩或失速状态，将导致叶片升力急剧下降，阻力大幅增加，机组发电量损失逐渐增多。作为一种性价比较高的气动增功减阻附件，1947年由taylor首次发现并提出涡流发生器可以有效延迟飞机机翼边界层分离，之后随着风洞实验和数值仿真技术对涡流发生器流动控制机理的研究逐渐深入，涡流发生器目前已越来越多的应用在航空航天、风电机组等领域。涡流发生器可以在其翼尖产生相对涡流，由于其强度和能量较高，使处于逆压梯度中的边界层流场获得附加能量后能够继续沿叶片翼型表面流动而不发生或延迟发生气流分离现象。
3.现有常规涡流发生器虽然可以起到抑制气流分离和延迟失速的作用，但对于翼型大攻角、空气密度较低和湍流较大时，仍然存在较为明显的气流分离和失速现象。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种仿生鱼鳍式涡流发生器及包含其的叶片，解决了翼型大攻角、空气密度较低和湍流较大时，仍然存在较为明显的气流分离和失速现象的问题。
5.本实用新型是通过以下技术方案来实现：
6.一种仿生鱼鳍式涡流发生器，包括基板、两个对称设置的翼型，基板与叶片本体连接；每个翼型包括连接的上翼板和下翼板，上翼板和下翼板为三角形板；
7.上翼板的厚度和长度均小于下翼板；
8.下翼板与基板连接的一侧预制有豁口；
9.上翼板的尾缘形成第一翼尖，下翼板的尾缘形成第二翼尖。
10.进一步，翼型的前缘安装起始位置距离叶片本体前缘顶点的距离为x，x＝t
x
*c，其中t
x
为相对转捩位置，c为叶片本体的弦长。
11.进一步，第一翼尖与第二翼尖的距离为l1，0《l1《0.5l；l为下翼板的长度。
12.进一步，下翼板的长度为l，翼型的高度为h1，l＝2*h1～4*h1。
13.进一步，翼型的高度为h1，两个翼型的前缘开口间隔为d，后缘开口间隔为d，d＝h1～3*h1，d＝2*h1～4*h1；
14.翼型与基板的中心线所形成的夹角为θ，θ＝15
°
～25
°
。
15.进一步，第一翼尖的厚度为f，0《f≤e，e为下翼板的最大厚度。
16.进一步，翼型的高度为h1；
17.第二翼尖的高度为h2，0《h2《h1。
18.进一步，仿生鱼鳍式涡流发生器采用模具浇筑而成或采用3d打印制成。
19.进一步，基板与叶片本体粘接。
20.一种叶片，在叶片本体上安装有至少一个所述的仿生鱼鳍式涡流发生器，相邻仿鱼鳍式涡流发生器中心距δd＝2*h1～10*h1，h1为翼型的高度。
21.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
22.本实用新型提供了一种仿生鱼鳍式涡流发生器，包括基板、两个对称设置的翼型，基板与叶片本体连接；每个翼型包括连接的上翼板和下翼板，上翼板和下翼板为三角形板，上翼板的尾缘形成第一翼尖，下翼板的尾缘形成第二翼尖。相对于常规单翼尖涡流发生器而言，通过设计的两个翼尖产生两个翼尖涡，增加了产生的涡量和涡强度，进一步抑制气流分离和失速现象的能力，特别是在较大攻角时，即使安装了常规传统涡流发生器，仍然存在气流分离的问题，本实用新型实施后，可进一步降低较大攻角下气流发生分离的可能性；且第一翼尖设计的较薄，可以降低新增涡流发生器后产生的气动阻力。
附图说明
23.图1为仿鱼鳍涡流发生器安装示意图；
24.图2为仿鱼鳍涡流发生器安装位置示意图；
25.图3为仿鱼鳍涡流发生器的立体结构示意图；
26.图4为仿鱼鳍涡流发生器的各种尺寸示意图；
27.图5为仿生鱼鳍式涡流发生器表面压力图；
28.图6为攻角α＝12
°
下安装常规涡流发生器的翼型流速云图；
29.图7为攻角α＝12
°
下安装本实用新型的仿生鱼鳍式涡流发生器的翼型流速云图；
30.其中，1、基板；2、上翼板；3、下翼板；4、第一翼尖；5、第二翼尖；6、叶片本体。
具体实施方式
31.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅为本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。
32.本实用新型附图及实施例描述和示出的组件可以以各种不同的配置来布置和设计，因此，以下附图中提供的本实用新型实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而仅仅是表示本实用新型选定的一种实施例。基于本实用新型的附图及实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护范围。
33.需要说明的是：术语“包含”、“包括”或者其他任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，使得包括一系列要素的过程、元素、方法、物品或者设备不仅仅只包括那些要素，还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括该其过程、元素、方法、物品或者设备所固有的要素。
34.以下结合实施例对本实用新型的特征和性能进一步详细说明。
35.如图1所示，在叶片本体6上安装有仿生鱼鳍式涡流发生器。
36.如图3所示，本实用新型公开了一种仿生鱼鳍式涡流发生器，包括基板1、两个对称设置的翼型，基板1与叶片本体6连接；每个翼型包括连接的上翼板2和下翼板3，上翼板2和下翼板3为三角形板；上翼板2的厚度和长度均小于下翼板3；下翼板3与基板1连接的一侧预制有豁口；上翼板2的尾缘形成第一翼尖4，下翼板3的尾缘形成第二翼尖5。
37.如图2所示，翼型前缘安装起始位置距离叶片本体6前缘顶点的距离为x，向其后缘方向安装；x值的确定方法包括以下两步骤：
38.s1、计算叶片本体6位置翼型最佳升阻比对应的攻角α；
39.s2、使用rfoil软件计算攻角α下所述翼型的气动性能，得出相对转捩位置t
x
，x＝t
x
*c，其中，c为叶片本体6的弦长。
40.仿生鱼鳍式涡流发生器的尺寸如图4所示，其中如图4d所示，第二翼尖5距离第一翼尖4的距离为l1，0《l1《0.5l。
41.如图4b所示，第一翼尖4厚度为f，0《f≤e，e为下翼板3的最大厚度，e＝1mm～3mm；翼型的整体高度为h1，20mm≤h1≤50mm，第二翼尖5高度为h2，0《h2《h1。
42.如图4a所示，翼型的长度为l，l＝2*h1～4*h1，前缘开口间隔d＝h1～3*h1，后缘开口间隔d＝2*h1～4*h1，斜度θ＝15
°
～25
°
。
43.如图4a所示，翼型前缘与基板1前缘的距离为lx，lx》0mm；下翼板3上开豁口处对应的边缘位置与基板1后缘的距离为ly，ly》0mm；如图4d所示，翼型外边缘与基板1侧边缘的距离为sx，sx》0mm。
44.如图4c所示，基板1前缘的宽度为dx，基板1后缘的宽度为dx，两个翼型的前缘开口间隔为d，后缘开口间隔为d，dx》d，dx》d。
45.仿生鱼鳍式涡流发生器可以采用热流道或其他类似形式进行模具浇筑，也可以是采用3d打印制成；仿生鱼鳍式涡流发生器材料选择耐紫外线、耐光照的热塑性材料。
46.仿生鱼鳍式涡流发生器可以选择单个安装在叶片表面，也可以多个涡流发生器集成安装，集成长度不超过40cm；相邻仿鱼鳍式涡流发生器中心距δd＝2*h1～10*h1。
47.基板1与叶片表面安装介质需为快速双组份结构胶或其他结构胶。
48.外形尺寸经过了cfd详细计算，适用于风电机组主流du系列、naca系列、riso系列、s系列、ffa系列等翼型及其变形体。
49.如图5所示，在翼尖区域存在较大的压力梯度，易产生翼尖脱落涡，抑制气流分离的发生。
50.如图6所示，在攻角α＝12
°
时，某40％厚度翼型安装常规涡流发生器后，在翼型靠近后缘位置仍然发生气流分离现象，对应的升力系数1.509、阻力系数0.028；如图7所示，在同样的安装位置替换成本实用新型的仿生鱼鳍式涡流发生器后，翼型表面未见气流分离现象，对应升力系数1.528、阻力系数0.0266，对应升力系数增加1.26％，阻力系数下降5％。
51.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种仿生鱼鳍式涡流发生器，其特征在于，包括基板(1)、两个对称设置的翼型，基板(1)与叶片本体(6)连接；每个翼型包括连接的上翼板(2)和下翼板(3)，上翼板(2)和下翼板(3)为三角形板；上翼板(2)的厚度和长度均小于下翼板(3)；下翼板(3)与基板(1)连接的一侧预制有豁口；上翼板(2)的尾缘形成第一翼尖(4)，下翼板(3)的尾缘形成第二翼尖(5)。2.根据权利要求1所述的一种仿生鱼鳍式涡流发生器，其特征在于，翼型的前缘安装起始位置距离叶片本体(6)前缘顶点的距离为x，x＝t
x
*c，其中t
x
为相对转捩位置，c为叶片本体(6)的弦长。3.根据权利要求1所述的一种仿生鱼鳍式涡流发生器，其特征在于，第一翼尖(4)与第二翼尖(5)的距离为l1，0<l1<0.5l；l为下翼板(3)的长度。4.根据权利要求1所述的一种仿生鱼鳍式涡流发生器，其特征在于，下翼板(3)的长度为l，翼型的高度为h1，l＝2*h1～4*h1。5.根据权利要求1所述的一种仿生鱼鳍式涡流发生器，其特征在于，翼型的高度为h1，两个翼型的前缘开口间隔为d，后缘开口间隔为d，d＝h1～3*h1，d＝2*h1～4*h1；翼型与基板(1)的中心线所形成的夹角为θ，θ＝15
°
～25
°
。6.根据权利要求1所述的一种仿生鱼鳍式涡流发生器，其特征在于，第一翼尖(4)的厚度为f，0<f≤e，e为下翼板(3)的最大厚度。7.根据权利要求1所述的一种仿生鱼鳍式涡流发生器，其特征在于，翼型的高度为h1；第二翼尖(5)的高度为h2，0<h2<h1。8.根据权利要求1所述的一种仿生鱼鳍式涡流发生器，其特征在于，仿生鱼鳍式涡流发生器采用模具浇筑而成或采用3d打印制成。9.根据权利要求1所述的一种仿生鱼鳍式涡流发生器，其特征在于，基板(1)与叶片本体(6)粘接。10.一种叶片，其特征在于，在叶片本体(6)上安装有至少一个权利要求1-9任意一项所述的仿生鱼鳍式涡流发生器，相邻仿鱼鳍式涡流发生器中心距δd＝2*h1～10*h1，h1为翼型的高度。

技术总结
本实用新型属于涡流发生器技术领域，具体涉及一种仿生鱼鳍式涡流发生器及包含其的叶片，仿生鱼鳍式涡流发生器包括基板、两个对称设置的翼型，基板与叶片本体连接；每个翼型包括连接的上翼板和下翼板，上翼板和下翼板为三角形板；上翼板的厚度和长度均小于下翼板；下翼板与基板连接的一侧预制有豁口；上翼板的尾缘形成第一翼尖，下翼板的尾缘形成第二翼尖。通过设计的两个翼尖产生两个翼尖涡，增加了产生的涡量和涡强度，进一步抑制气流分离和失速现象的能力，特别是在较大攻角时，即使安装了常规传统涡流发生器，仍然存在气流分离的问题，本实用新型实施后，可进一步降低较大攻角下气流发生分离的可能性。下气流发生分离的可能性。下气流发生分离的可能性。


技术研发人员：谭黎军 张林伟 虞小兵 黄月 彭阁 陈浩 黄莹 陈普运 蔡安民 林伟荣 李力森 李媛 许扬 金强 郑茹心 邬烔 王传玺 赵晨曦
受保护的技术使用者：华能湖北新能源有限责任公司
技术研发日：2023.03.21
技术公布日：2023/6/28