專利名稱：用于使翼型件的噪聲衰減的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及翼型件，并且具體而言，涉及用于減少在翼型件的運(yùn)行期間產(chǎn)生的噪聲的噪聲衰減系統(tǒng)。翼型件的實(shí)施例包括而不限于飛機(jī)機(jī)翼、風(fēng)力渦輪機(jī)葉片和推進(jìn)器葉片。
背景技術(shù)：
在翼型件的運(yùn)行期間，流體(例如空氣)流過翼型件而形成邊界層。一般而言，該邊界層在翼型件的前緣的附近為層流式的，并且在翼型件的主體上面過渡成湍流狀態(tài)。翼型件的某些應(yīng)用涉及它們的旋轉(zhuǎn)，而這樣的旋轉(zhuǎn)翼型件稱為葉片。葉片可部署在風(fēng)力渦輪機(jī)中，其中，越過葉片的流體流使葉片旋轉(zhuǎn)。這樣的葉片還可部署在航空器中，其中，航空器發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)葉片，并且該旋轉(zhuǎn)使流體流過葉片。翼型件的另一個應(yīng)用包括將它們部署成航空器的機(jī)翼且因此不包括翼型件的旋轉(zhuǎn)。在運(yùn)行期間，翼型件會產(chǎn)生相當(dāng)大的噪聲。在風(fēng)力渦輪機(jī)的情況下，噪聲也是在使用風(fēng)力渦輪機(jī)來產(chǎn)生功率方面的主要約束，因?yàn)樵肼暱纱驍_位于附近的居民區(qū)中的人。在翼型件的運(yùn)行期間產(chǎn)生的噪聲的一個原因是翼型件的后緣與湍流邊界層中的湍流流的相互作用。湍流流包括與湍流動能相關(guān)聯(lián)的各種大小和強(qiáng)度的多組隨機(jī)定向的湍流渦旋。一般而言，與湍流渦旋相關(guān)聯(lián)的湍流動能越高，并且湍流渦旋越靠近散射邊緣，產(chǎn)生的噪聲就越高。此外，多組大渦旋與低頻噪聲相關(guān)聯(lián)，而多組小渦旋與高頻噪聲相關(guān)聯(lián)。 渦旋大小的分布、渦旋對散射表面(例如翼型件)的靠近程度和人耳對噪聲的響應(yīng)確定了所感覺到的噪聲水平。減少在翼型件的運(yùn)行期間產(chǎn)生的噪聲而同時保持翼型件的空氣動力學(xué)性能是合乎需要的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本文中公開的一個示例性實(shí)施例，提供了一種翼型件。該翼型件包括包含前緣和后緣的主要部分。該翼型件進(jìn)一步包括噪聲衰減器，該噪聲衰減器聯(lián)接到主要部分上， 并且設(shè)置在距后緣預(yù)定間隔處且設(shè)置成緊鄰后緣的至少一部分。噪聲衰減器具有處于后緣厚度的約0. 5倍至約5倍的范圍中的弦長，并且相對于后緣而固定。根據(jù)本文中公開的一個示例性實(shí)施例，提供了一種包括多個翼型件的風(fēng)力渦輪機(jī)。各個翼型件包括包含前緣和后緣的主要部分。該翼型件進(jìn)一步包括噪聲衰減器，該噪聲衰減器聯(lián)接到主要部分上，并且設(shè)置在距后緣預(yù)定間隔處且緊鄰后緣的至少一部分。噪聲衰減器具有處于后緣厚度的約0. 5倍至約5倍的范圍中的弦長，并且相對于后緣而固定。根據(jù)本文中公開的一個示例性實(shí)施例，提供了一種用于減少翼型件的噪聲的方法。該方法包括將噪聲衰減器設(shè)置成緊鄰翼型件的主要部分的后緣。該噪聲衰減器構(gòu)造成破壞越過主要部分的流體流的湍流渦旋以及減小與流體流相關(guān)聯(lián)的湍流動能。


當(dāng)參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述時，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，在附圖中，相同符號在所有圖中表示相同部件，其中圖1示出了與緊鄰傳統(tǒng)的翼型件的后緣且在該后緣的下游的區(qū)域中的流體流相關(guān)聯(lián)的湍流動能場；圖2示出了與傳統(tǒng)的翼型件的后緣的下游更遠(yuǎn)的區(qū)域中的流體流相關(guān)聯(lián)的湍流動能場；圖3是部署了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實(shí)施例的多個翼型件的風(fēng)力渦輪機(jī)的圖
7J\ ο圖4是根據(jù)圖3的一個示例性實(shí)施例的翼型件的圖示。圖5示出了噪聲衰減器對與緊鄰根據(jù)圖3的一個示例性實(shí)施例的翼型件的后緣和噪聲衰減器的流體流相關(guān)聯(lián)的湍流動能場的影響；圖6示出了噪聲衰減器對與根據(jù)圖3的一個示例性實(shí)施例的翼型件的噪聲衰減器的下游的區(qū)域中的流體流相關(guān)聯(lián)的湍流動能場的影響；圖7示出了翼型件的后緣的下游的流體流的尾流結(jié)構(gòu)的時間尺度；圖8示出了噪聲衰減器對根據(jù)圖3的一個示例性實(shí)施例的翼型件的后緣的下游的流體流的尾流結(jié)構(gòu)的時間尺度的影響；圖9是示出了傳統(tǒng)的翼型件上的壓力分布和根據(jù)圖3的一個示例性實(shí)施例的翼型件上的壓力分布的比較關(guān)系的曲線圖。圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實(shí)施例的包括后緣和具有多個線材的噪聲衰減器的翼型件的圖示；以及圖11是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實(shí)施例的包括后緣和帶有具有菱形截面的金屬線材的噪聲衰減器的翼型件的圖示。部件列表
10傳統(tǒng)的翼型件
12區(qū)域
14后緣
16區(qū)域
18風(fēng)力渦輪機(jī)
20翼型件
22轂
24主要部分
26噪聲衰減器
28部分
30連接器
32前緣
34后緣
36高壓側(cè)
38低壓側(cè)
39后緣厚度
40預(yù)定間隔
42預(yù)定間隔
43弦長
44區(qū)域
46區(qū)域
48區(qū)域
50尾流結(jié)構(gòu)
52區(qū)域
54尾流結(jié)構(gòu)
56區(qū)域
58曲線
60曲線
62翼型件
64主要部分
66后緣
68噪聲衰減器
70預(yù)定距離
72連接器
74后緣厚度
76弦長
78弦長
80預(yù)定間隔
82翼型件
84主要部分
86噪聲衰減器
88后緣
90弦長
92后緣厚度
94連接器
具體實(shí)施例方式如下面詳細(xì)地論述的那樣，本發(fā)明的實(shí)施例為翼型件。在一些實(shí)施例中，翼型件包括部署在風(fēng)力渦輪機(jī)或航空器上的葉片。在其它實(shí)施例中，翼型件包括部署在航空器上的機(jī)翼。但是本發(fā)明可以許多不同的形式來體現(xiàn)，而不應(yīng)當(dāng)被看作限于本文中闡述的實(shí)施例；相反，提供這些實(shí)施例來使得本公開將為完整和完全的，并且將把本發(fā)明的范圍完整地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。圖1示出了傳統(tǒng)的翼型件10的截面，以及表示與在傳統(tǒng)的翼型件10的后緣14的下游且緊鄰該后緣14的區(qū)域12中的湍流渦旋相關(guān)聯(lián)的湍流動能的湍流動能場。在傳統(tǒng)的翼型件10的運(yùn)行期間，在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的情況下，流體(例如空氣)流過傳統(tǒng)的翼型件 10且使傳統(tǒng)的翼型件10旋轉(zhuǎn)。該流在后緣14的附近的區(qū)域12中大體為湍流式的，并且包括各種大小和強(qiáng)度的隨機(jī)定向的多組湍流渦旋。流體流中的湍流渦旋與湍流動能相關(guān)聯(lián)， 湍流動能取決于與湍流渦旋相關(guān)聯(lián)的三維速度分量。在傳統(tǒng)的翼型件10的運(yùn)行期間，湍流渦旋與后緣14的相互作用會產(chǎn)生噪聲。不可壓縮的流的k-ω模型中的湍流動能(k)的方程式由
權(quán)利要求
1.一種翼型件，包括包括前緣和后緣的主要部分；以及聯(lián)接到所述主要部分上且設(shè)置成緊鄰所述后緣的至少一部分的噪聲衰減器，其中，所述噪聲衰減器具有處于后緣厚度的約0. 5倍至約5倍的范圍中的弦長；其中，所述噪聲衰減器與所述后緣的所述部分分開預(yù)定間隔，并且所述噪聲衰減器相對于所述后緣而固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述噪聲衰減器包括線材。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的翼型件，其特征在于，所述線材具有圓形截面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述預(yù)定間隔包括不均勻的間隔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述噪聲衰減器聯(lián)接到所述主要部分的所述后緣上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述噪聲衰減器構(gòu)造成破壞越過所述翼型件的流體流的湍流渦旋。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件包括葉片。
8.一種方法，包括響應(yīng)于越過翼型件的流體流而旋轉(zhuǎn)所述翼型件；使用設(shè)置成緊鄰所述翼型件的主要部分的后緣的噪聲衰減器來破壞所述流體流的湍流渦旋；以及使用所述噪聲衰減器來減小與所述流體流相關(guān)聯(lián)的湍流動能。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，破壞湍流渦旋的步驟包括減小湍流渦旋的存在的時間尺度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，減小時間尺度的步驟包括提高從所述湍流渦旋中獲得的能量的頻率水平。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于使翼型件的噪聲衰減的系統(tǒng)和方法。提供了一種用于減少翼型件的噪聲的系統(tǒng)和方法。該翼型件包括包含前緣和后緣的主要部分。該翼型件進(jìn)一步包括聯(lián)接到主要部分上且設(shè)置成緊鄰后緣的至少一部分的噪聲衰減器。該噪聲衰減器具有處于后緣厚度的約0.5倍至約5倍的范圍中的弦長，并且相對于后緣而固定。該翼型件可為部署在風(fēng)力渦輪機(jī)上的旋轉(zhuǎn)葉片。該翼型件還可部署在航空器上而作為固定機(jī)翼。
文檔編號B64C3/10GK102431642SQ20111030983
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者A·A·蘭瓦拉, G·J·森岡德穆達(dá)利亞, L·E·德拉克 申請人:通用電氣公司