[发明专利]具有减小的雷达截面的风力涡轮机

说明书

本发明公开了包含支承结构和一个或者多个涡轮机叶片的风力涡轮机，其包含了用以减小雷达截面（RCS）的装置，其中支承结构被假想地分为在叶片扫过面积阴影中的上部段和在上部段之下的下部段，其中上部段被改变为具有用于减小RCS的装置，下部段不具有所述的改变。本发明利用了这样的实现，即随着叶片转动，叶片对塔的遮掩（或者如果背离雷达，叶片被塔遮掩），显著地贡献了对雷达系统的干扰，因此例如RAM的局部应用可以比处理整个结构时低的费用给予好的RCS减小。

技术领域

本发明涉及风力涡轮机和用以支承风力涡轮机的塔。更具体地，它涉及塔和以瓦片、涂层、遮盖物等的形式对这类塔的处理，所述瓦片、涂层、覆盖物等对来自这类塔的雷达等中使用的电磁（EM）波的反射性有影响。

背景技术

风力涡轮机正被越来越多地用于发电，作为对传统煤和气发电的替代，力图满足国家和国际的碳排放目标。涡轮机通常十分巨大，作为来自包括ATC（空中交通管制）雷达和ADR（防空雷达）以及气象雷达在内的雷达系统的能量的重要反射器。出于这个原因，新的风电场提案经常面临反对由于它们可能对这类雷达系统产生的负面影响。以上雷达通常使用多普勒处理它们的回波信号，意味着它们寻找由目标移动引起的在回波中的频率变化。涡轮机叶片，作为移动部件，对这类多普勒雷达有特殊的影响。该影响可迷惑多普勒雷达或是认为该处有相关的移动目标（例如飞行器）出现但实际没有，或是可遮盖真实目标免于侦查。一些措施已被采用以减弱风力涡轮机对雷达系统所产生的影响。例如，WO2011/051687和WO2010/122352公开了最小化从叶片的EM反射的技术，通过将EM吸收剂，RAM（辐射吸收材料）或者相类似的结合到其中的方式。取决于所用RAM的性能，这类措施可以是十分有效的。

当维持成本在合理范围内的时候，风力涡轮机的反射性规范可能难以满足。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供了至少包含有支承结构和一个或者多个涡轮机叶片的风力涡轮机，其中支承结构被假想地分为上部段和下部段，上部段包括近似与涡轮机叶片扫过面积有重叠的支承结构的那部分，下部段是在它之下的支承结构的其余部分，特征在于上部段的相当大的部分被改变以具有减小的雷达截面（RCS），而下部段的相当大的部分未被如此改变。

注意到支承结构被重叠的区域可能是由远处安置的雷达所见的那块重叠区域，所述雷达通常相对于水平面有零度或者十分小的仰角。

已知涡轮机叶片干扰多普勒雷达系统，正如前面所述。迄今认为支承结构，尽管有显著的雷达截面（RCS），其对多普勒雷达的影响相对减弱许多，因为它不发生移动，因而不产生多普勒频移。将塔涂覆上RAM也是十分昂贵的。出于这些原因，考虑涡轮机整体对多普勒雷达的影响时，塔通常被忽略。然而，本发明人发现，尽管塔是静态的，它仍可与移动的涡轮机叶片协同作用以产生在范围内的对雷达系统的动态回波。即使涡轮机的叶片利用例如在以上引用的专利文献中建议的技术被制造成有减小的RCS也是这样。

发现塔对多普勒雷达的影响主要源于当涡轮机叶片扫过塔时它们对部分塔的周期性掩蔽，引起反射相位和/或强度的不连续，这继而引起多普勒频谱的扩展。RCS峰值被发现发生在这个位置上，其决定性地影响了来自涡轮机的总时间平均RCS。这比来自塔的其余部分的稳定的（但通常颇大的）反射对多普勒雷达系统是影响更为显著的，且更有潜在破坏性的。

当在有水平旋转轴线的涡轮机中，保持叶片的机舱前端指着朝所关心的雷达方向的时候，即当叶片的旋转轴线指向朝着雷达的方位的时候（及因而当方位角＝0度的时候），该影响被发现是最为明显的。这是因为随着叶片向下扫过塔的上部段，这个位置引起来自塔的反射的强度上更为突然的变化。然而，对于这任一边小的（例如小于约45°）方位角，影响仍然是显著的，但到了较轻的程度。当旋转轴线指向与雷达呈约180°的方向时，即当机舱的前端指向相当大地偏离雷达方向的时候，以及对于任一边小方位角，也有影响。