NPU_WA系列风力机翼型设计与风洞实验_乔志德

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1、第３０卷第２期空气动力学学报Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．２２０１２年４月ＡＣＴＡＡＥＲＯＤＹＮＡＭＩＣＡＳＩＮＩＣＡＡｐｒ．，２０１２欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟文章编号：０２５８－１８２５（２０１２）０２－０２６０－０６ＮＰＵ－ＷＡ系列风力机翼型设计与风洞实验乔志德，宋文萍，高永卫（西北工业大学，翼型、叶栅空气动力学国家重点实验室，陕西西安７１００７２）摘要：针对兆瓦级大型风力机，研究发展了以具有更优良高雷诺数和高升力气动性能为特点的ＮＰＵ－ＷＡ翼型族，风洞实验表明，该

2、翼型族达到了在高雷诺数、高升力条件下实现高升阻比和外侧翼型对粗糙度不敏感的主要设计要求，为我国自主研发大型风力机提供了可以实际使用的翼型几何数据和雷诺数范围内１．０×１０６６的～５．０×１０风洞实验数据。关键词：ＮＰＵ－ＷＡ翼型族；翼型设计；风洞实验中图分类号：ＴＫ８３文献标识码：Ａ组年发电量增加了１０％～３５％。由于是针对当时的０引言中、小型风力机设计的，其设计升力和最大升力系数风力机叶片设计是风力发电机组设计的一项核都不很高。心技术，构成叶片的翼型是叶片设计的基础，２０世美国Ｓａｎｄｉａ国家实验室在２００４年发表了大型［６］纪９０年

3、代以前，风力机叶片设计通常使用已有的传风力机创新叶片的设计技术报告，提出了把新翼型统翼型，如４位数字ＮＡＣＡ４４系列和ＮＡＣＡ６３或６４作为４项关键技术之一的大型风力机叶片创新设计［１－２］系列翼型，自从１９８０年代后期以来，西欧和美国新概念，所有４项关键技术都指向一个主要目标：在进行了专门用于风力机的先进翼型设计研究，瑞典获得高空气动力学性能的条件下，减少叶片重量。所宇航研究院２０世纪９０年代设计了ＦＦＡ－Ｗ３－２１１、提出的一个２．４ＭＷ，直径１０４ｍ的风力机设计方案中，叶片大部分剖面雷诺数都超过５．０×１０６。ＦＦＡ－Ｗ３－２４１

4、和ＦＦＡ－Ｗ３－３０１三个较厚的翼型，荷兰Ｄｅｌｆｔ大学在１９９２年和１９９３年设计了相对厚度分别风力机叶片的重量和费用正比于半径的２．４次为２５％、２１％的ＤＵ９１－Ｗ２－２５０和ＤＵ９３－Ｗ２－２１０翼方，而发电量正比于风力机半径的平方，所以随风力型，此后设计了相对厚度分别为１８％的ＤＵ９５－Ｗ－机功率增加，风力机尺寸将会有更快的增加，更大的１８０、ＤＵ９６－Ｗ－１８０翼型和３０％的ＤＵ９７－Ｗ－３００翼尺寸意味着更高的运行雷诺数、更大的重量、更大的［３］型，形成了相对厚度１８％到４０％的ＤＵ翼型系列，阵风风载及伴随的振动和疲劳限制

5、。因此大型风力丹麦ＲＩＳ国家实验室在９０年代后期发展了由机叶片的主要技术要求是：减少叶片重量，以减少包ＲＩＳ－Ａ１－１８，ＲＩＳ－Ａ１－２１和ＲＩＳ－Ａ１－２４三个翼型括制造费用和运输成本在内的发电成本，减少惯性载组成的ＲＩＳ风力机翼型系列，在２０００年之后针对荷、阵风载荷以及相应的系统载荷；并提高叶片的风大型风力机设计了具有更高设计升力的ＲＩＳ－Ｂ１族能捕获能力。由于大型风力机运行工况下叶片主要［４］翼型。但上述翼型缺乏较高雷诺数下的实验验证，剖面具有很高的雷诺数，因此要求翼型在高雷诺数时目前还主要用于中、小风力机叶片设计

6、。具有高的气动性能，此外，大型风力机还要求翼型具１９８４年美国可再生源国家实验室（ＮＲＥＬ）开展有更高的设计升力，这是因为高设计升力可以减少实了风力机翼型族的设计研究，到９０年代，为各类风力度（减少叶片弦长）以减少叶片面积，从而可以减少叶机发展了不同性能的，从根部到叶尖的，能适应结构片重量、节约制造和运输成本，并减轻阵风载荷和惯［２，５］要求的９个翼型族，这些新翼型的采用，使风电机性载荷；还有，高设计升力有利于在低于平均风速的　＊收稿日期：２０１１－１０－２１；修订日期：２０１１－１２－３０基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３计划）

7、（２００７ＡＡ０５Ｚ４４８）作者简介：乔志德（１９３６－），男，西北工业大学教授，博士生导师，主要从事翼型、机翼设计与计算空气动力学研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｄｑｉａｏ＠ｎｗｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ第２期乔志德等：ＮＰＵ－ＷＡ系列风力机翼型设计与风洞实验２６１使用周期内提高风能捕获能力，以增加风力机的年发修形后翼型的气动特性计算检验修改效果，由于优化电量。由上述可见，大型风力机翼型应该在在更高的方法难以使翼型外形有大的改变，所以允许较大修改雷诺数和更高的设计升力下具有更好的空气动力特量的人－机对话修形是优化方法的必要补充，同时也性。目前国内外风力

8、机翼型的设计升力系数大都小是进行适当修形以满足非设计条件的补充手段。［１３－１５］于１．０，除个别翼型外，风力机翼型族的实验雷诺数（４）校核计算方法都没有超过３．０×１０６，所以研究发展经过实验验证对使用上