[发明专利]一种可提高升力型风力机启动性能的自适应变形叶片

说明书

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，特别是涉及一种可提高升力型风力机启动性能的自适应变形叶片。

背景技术

能源紧缺和环境污染是威胁人类生存与发展的两大问题，积极开发和利用新型能源是缓解以上问题的有效途径。而风能便是一种可再生的清洁新能源，并且风力发电技术也已成为发展和应用最为成熟的发电技术之一。

目前，能够利用风能的最主要设备便是风力机，但风力机叶片气动特性的优劣会直接影响到风力机的输出功率。而升力型风力机又主要分为水平轴升力型风力机和垂直轴升力型风力机，由于都是依靠风力机叶片在做功，因此风力机叶片转速越快，风力机的风能利用系数就越高。

然后，升力型风力机一直都存在自启动困难的问题，特别是在低风速环境下，自启动将更加困难。对于大型的水平轴升力型风力机来说，通常会采用电动机驱动方式或变桨距技术来帮助风力机进行启动，但对于小型的水平轴升力型风力机和垂直轴升力型风力机来说，出于成本因素的制约，风力机叶片会采用定桨距安装，因此小型风力机将完全依赖叶片自身所产生的气动扭矩进行启动，但小型风力机的工作雷诺系数较低，导致叶片气动性能较差，当处于低风速环境下时，叶片自身所产生的气动扭矩通常较小，多数情况下都不足以使风力机启动。

因此，有必要寻找一种全新的技术途径来解决升力型风力机自启动困难的问题，该技术途径应区别于传统的电动机驱动方式或变桨距技术，并且能够在各种类型的升力型风力机上应用，以提高升力型风力机的启动性能，并保证风力机在启动后的运行阶段拥有较高的输出功率。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可提高升力型风力机启动性能的自适应变形叶片，其区别于传统的电动机驱动方式或变桨距技术，并且能够在各种类型的升力型风力机上应用，能够提高升力型风力机的启动性能，并保证升力型风力机在启动后的运行阶段拥有较高的输出功率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种可提高升力型风力机启动性能的自适应变形叶片，分为叶片前缘段、叶片自适应变形段及叶片后缘段；所述叶片前缘段和叶片自适应变形段均为空心结构，叶片前缘段的叶面由刚性材料制成，叶片自适应变形段的叶面由柔性材料制成；所述叶片后缘段为空心结构或实心结构，叶片后缘段的叶面或叶身由刚性材料制成；所述叶片前缘段与叶片后缘段之间通过刚性主梁相连，所述叶片自适应变形段连接在叶片前缘段和叶片后缘段之间，且刚性主梁位于叶片自适应变形段的叶面内侧；在所述叶片前缘段迎风侧的叶面上开设有一级透气孔或透气槽；在所述刚性主梁上开设有二级透气孔或透气槽。

在无风状态下，所述叶片自适应变形段的叶面呈平面状态；在有风状态下，所述叶片自适应变形段的叶身截面形状为翼型。

所述自适应变形叶片的弦长记为L₀，且在自适应变形叶片的弦长方向上，所述叶片前缘段的长度记为L₁，所述叶片自适应变形段的长度记为L₂，所述叶片后缘段的长度记为L₃；其中，L₁≤40％·L₀，L₂＝(10％～90％)·L₀，L₃≤10％·L₀。

本发明的有益效果：

本发明的自适应变形叶片，在提高升力型风力机启动性能上区别于传统的电动机驱动方式或变桨距技术，并且能够在各种类型的升力型风力机上应用，能够有效提高升力型风力机的启动性能，并保证升力型风力机在启动后的运行阶段拥有较高的输出功率。

附图说明

图1为本发明的一种可提高升力型风力机启动性能的自适应变形叶片(叶片后缘段为空心结构)在无风状态下的结构示意图；

图2为本发明的一种可提高升力型风力机启动性能的自适应变形叶片(叶片后缘段为空心结构)在有风状态下的结构示意图；

图3为本发明的一种可提高升力型风力机启动性能的自适应变形叶片(叶片后缘段为实心结构)在无风状态下的结构示意图；

图4为本发明的一种可提高升力型风力机启动性能的自适应变形叶片(叶片后缘段为实心结构)在有风状态下的结构示意图；

图5为实施例中三种类型叶片的启动特性曲线图；

图6为实施例中用于风洞实验的平板叶片的结构示意图；

图7为实施例中用于风洞实验的固定翼型叶片的结构示意图；