钝后缘翼型及其在风力机叶片中的应用研究

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1、第33卷第8期可再生能源Vol.33No.82015年8月RenewableEnergyResourcesAug.2015钝后缘翼型及其在风力机叶片中的应用研究1211周培蕊，贠莉娜，陈秋华，杨建军（1.北京金风科创风电设备有限公司，北京100176；2.中航惠腾风电设备股份有限公司，河北保定071051）摘要：基于某2.0MW风机叶片，将其在原翼型基础上改进为钝后缘翼型，运用RFOIL工具及Viterna-Corrigan失速模型计算得到翼型全攻角范围内的气动数据，然后运用FOCUS等软件计算了应用钝后缘翼型的叶片在气动和结构特性方

2、面的变化。计算显示，适当在叶根区域应用钝后缘翼型，对叶片的气动特性影响不明显，却能显著提升叶片的扭转、挥舞和摆振刚度，提高叶片的结构安全裕度和结构设计的灵活性。关键词：钝后缘翼型；风力机叶片；气动性能；叶片结构中图分类号：TK83文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）08-1170-09DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.08.0090引言设计分析的专业软件，得到行业权威机构的认为改进厚翼型风力机叶片的气动性能和结可，在风电领域得到了广泛地应用。BOT是一款构效率，研究人员提出了钝后

3、缘翼型的概念，并简易的叶片气动设计工具，可快速计算叶片静态将一系列的钝后缘翼型应用到大型叶片的设计气动性能。XFOIL是一款用于亚音速翼型设计和[1]，[2]中。由钝后缘翼型在结构和气动方面的特性决分析的交互式程序，被国内外学者广泛使用。定，此种翼型一般应用在叶片根部区域，即r/R=XFOIL引入了边界层理论来计算粘性流体，在小0.2～0.4。与标准翼型相比，钝后缘翼型在结构上攻角范围内的计算结果与风洞试验结果吻合良增加了截面积和惯性矩；在气动方面增加了翼型好。为计算旋转对风力机翼型性能的影响，荷兰最大升力系数和升力线斜率，并减小了翼

4、型对前的ECN，NLR，TUD等3家机构对XFOIL程序进缘粗糙度的敏感性；与此同时，也显著地提升了行了改进，得到RFOIL计算程序，在计算翼型失阻力系数和气动噪声。因此许多学者开展了钝后速性能方面也做了改进，比XFOIL有更好的表[3]～[5][10]，[11]缘翼型的减阻和降噪的研究。现。国外对钝后缘翼型的研究进行得较早，已本文分别用RFOIL和XFOIL对DU350翼型具有完整的风洞测试数据，且结合风力机叶片进行计算，同时与风洞测试数据进行对比。图1为[6]，[7]气动性能进行了研究。近年来，国内学者也两种方法的计算结果及风洞测

5、试结果。开始了对这类翼型的研究，但多以翼型气动性2.0DU350能分析为主，尚未结合风力机叶片的气动性能Re=3.0E61.5和结构性能开展研究，也未见公开发表的实验[8]，[9]结果。虽然国内有的风机叶片厂商实际上提1.0风洞试验值l供了钝后缘翼型叶片，但均是来自国外的设计，CXFOLL计算值数0.5RFOLL计算值自主研究尚不深入。本文基于某2.0MW风机系力叶片，将其在原翼型基础上改进为钝后缘翼型，升000.020.04研究其对叶片气动性能和结构性能的影响，以阻力系数Cd-0.5及适合钝后缘翼型的结构设计。-1.01计算工具的验

6、证FOCUS是用于风力发电机组及其叶片快速（a）升力系数-阻力系数计算及实测值对比收稿日期：2015-02-07。基金项目：国家科技支撑计划基金项目（2006BAA01A00）；河北省国防科工局军民结合专项资金项目（2013044）。作者简介：周培蕊（1986-），男，安徽六安人，学士，从事风力机叶片设计与开发工作。E-mail：zhoupeirui@gmail.com·1170·周培蕊，等钝后缘翼型及其在风力机叶片中的应用研究2.00.3DU350Re=3.0E60.21.50.1DU4010DU401-cut0.8l1.0DU40

7、1-rotate3.5C-0.1风洞试验值数系XFOLL计算值-0.20.5力RFOLL计算值-0.3升00.20.40.60.81.00图2两种方法得到的钝后缘翼型-10-505101520攻角α/（°）Fig.2Flatbackairfoildevelopedbytwoways-0.5对称增加厚度法是目前钝后缘修型的一般方-1.0法：在不改变翼型最大厚度和翼型弯度分布的前（b）升力系数-攻角计算及实测值对比提下，以中弧线两侧对称增加厚度，所增加的厚度图1DU350翼型的XFOIL，RFOIL计算及实测值对比Fig.1Compari

8、sonofaerodynamiccharacteristicsforDU350by沿弦线以多项式曲线或幂函数光顺分布。一种常XFOIL，RFOILandmeasurements见的幂函数修型后的坐标为从图1中可见，在小攻