專利名稱：：空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)的主動(dòng)循環(huán)控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)的主動(dòng)循環(huán)控制。更具體地，本發(fā)明涉及用于例如風(fēng)力渦輪機(jī)葉片或燃?xì)鉁u輪機(jī)葉片的空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)的主動(dòng)循環(huán)控制，相比較不具有主動(dòng)循環(huán)控制的相同葉片而言，通過使用經(jīng)由合成射流或脈沖射流的非穩(wěn)定或振蕩流來改善升力、流旋轉(zhuǎn)特征，或非設(shè)計(jì)工況的處理。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)在參考圖13，如橫截面中所見，翼型件或翼面件200具有機(jī)翼或葉片(螺旋槳、轉(zhuǎn)子或渦輪機(jī)的)或帆的外形。與翼型件200相關(guān)的一些用語將得到描述。翼型件200的中弧線206是在上表面202和下表面204中間畫的線。弦線208是在中弧線206的末端處連接翼型件200的前緣210和后緣212的直線。弦長(zhǎng)214是弦線208的長(zhǎng)度，并且是翼剖面的基準(zhǔn)尺寸。最大厚度216和最大厚度的位置通常以弦長(zhǎng)214的百分率表示。同樣地，最大彎度218和最大彎度的位置通常以弦長(zhǎng)214的百分率表示。對(duì)于對(duì)稱的翼型件，中弧線206和弦線208經(jīng)過翼型件200的重心并接近翼型件200的前緣210和后緣212?？諝鈩?dòng)力學(xué)中心是弦向長(zhǎng)度，變槳力矩關(guān)于該弦向長(zhǎng)度獨(dú)立于升力系數(shù)和攻角220，攻角220是弦線208和表示翼型件200和空氣(以箭頭表示)之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的矢量之間的角度。壓力中心是弦向位置，變槳力矩關(guān)于該弦向位置為零。移動(dòng)通過流體的翼型狀主體產(chǎn)生垂直于運(yùn)動(dòng)的稱為升力的力。亞音速飛行翼型件具有特征性形狀，該形狀帶倒圓前緣，前緣后接著尖銳的后緣，并常具有不對(duì)稱的曲面。設(shè)計(jì)成以水作為工作流體的翼型件也被稱為水翼。固定翼飛機(jī)的機(jī)翼，水平的和垂直的穩(wěn)定器建造成具有翼型狀的橫截面，與直升機(jī)轉(zhuǎn)子葉片一樣。翼型件也可在螺旋槳、風(fēng)扇、壓縮機(jī)和渦輪機(jī)中發(fā)現(xiàn)。帆也是翼型件，并且帆船的水下表面(例如活動(dòng)船板和龍骨)在橫截面方面是相似的，且以與翼型件相同的原理工作。會(huì)游泳和飛行的動(dòng)物、甚至許多植物和固著生物都使用翼型件；常見的例子是鳥的翅膀、魚的身體和海膽的形狀。翼型狀翼可在汽車或其它機(jī)動(dòng)車輛上產(chǎn)生向下的力，從而改善牽引。流體射流將其自身附著到鄰近表面上并保持附著的效應(yīng)最初被HenriMarieCoanda發(fā)現(xiàn)，該效應(yīng)以他的名字命名。"Coanda效應(yīng)"不僅能將自由射流附著到表面上，而且能夠使切線射流通過并保持附著到高度彎曲的壁上。該效應(yīng)產(chǎn)生非常強(qiáng)的周圍流體夾帶(entrainment)，而不管外部流體是移動(dòng)還是靜止，并且明顯地降低射流下的表面靜壓力。二維情況下流從曲面分離的點(diǎn)可通過射流噴吹動(dòng)量(blowingmomentum)來控制。該效應(yīng)的詳細(xì)物理原理仍然并未被完全理解。Coanda效應(yīng)在飛機(jī)上的各種高升力裝置中具有重要的應(yīng)用，其中在機(jī)翼上移動(dòng)的空氣可使用拍打和吹過機(jī)翼頂部曲面的噴射平面(jetsheet)而朝著地面"向下彎曲"。流的彎曲導(dǎo)致其加速，并且作為牛頓第三定律的結(jié)果壓力降低，空氣動(dòng)力學(xué)升力增加。來自安裝在機(jī)翼上方的吊艙中的高速噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的流通過急劇地增加邊界層中剪切流中的速度梯度而產(chǎn)生增強(qiáng)的升力。在此速度梯度中，微粒被從表面上吹開，因此降低了那里的壓力。該效應(yīng)在美國(guó)空軍AMST項(xiàng)目期間第一次在實(shí)踐意義進(jìn)行實(shí)施。幾架飛機(jī)，特別是波音YC_14(利用該效應(yīng)的首個(gè)現(xiàn)代型號(hào))已經(jīng)被建造來利用此效應(yīng)，其通過在機(jī)翼的頂部安裝渦輪風(fēng)扇以便即使在低飛行速度下也提供高速空氣，但迄今為止，將此系統(tǒng)使用到主要程度并投入生產(chǎn)的唯一飛機(jī)是安東諾夫An-72"煤船"。麥道YC-15和它的繼承者波音C-17全球霸王III也使用該效應(yīng)，盡管只使用到實(shí)質(zhì)上少得多的程度。NOTAR直升機(jī)用Coanda效應(yīng)尾部替代了傳統(tǒng)的螺旋槳尾旋翼。Coanda效應(yīng)的一個(gè)重要實(shí)際用途是用于傾斜的水電屏板(screen)，其將碎片、魚等分開，否則它們將在輸入中流向渦輪機(jī)。由于泥漿、碎片從屏板落下而無需機(jī)械清除，并且由于優(yōu)化Coanda效應(yīng)的屏板的金屬線，水流過屏板到達(dá)將水引向渦輪機(jī)的壓力水管。Coanda效應(yīng)也用來制造汽車的擋風(fēng)玻璃清洗器，該清洗器沒有移動(dòng)部件而起作用，并同時(shí)用來產(chǎn)生氣動(dòng)邏輯回路。如果考慮翼型件，那么傳統(tǒng)的尖銳后緣翼型件展現(xiàn)出眾所周知的"Kutta"狀態(tài)，該狀態(tài)是以德國(guó)數(shù)學(xué)家和空氣動(dòng)力學(xué)家MartinWilhelmKutta的名字命名的。Kutta狀態(tài)是關(guān)于穩(wěn)定流體動(dòng)力學(xué)特別是空氣動(dòng)力學(xué)的原理，其適于具有尖角的實(shí)心體，例如翼型件的后緣。Kutta狀態(tài)表明，后停滯流線必須顯露于后緣，以便避免速度和壓力的不連續(xù)性。因此，翼型件周圍的循環(huán)由翼型件幾何形狀、傾角(incidence)和自由流速唯一地限定。然而，如果翼型件的后緣是倒圓的，則后停滯點(diǎn)取決于其它參數(shù)而自由移動(dòng)。如果翼型件是在零傾角處對(duì)齊自由流方向的橢圓，則上下表面分離點(diǎn)應(yīng)該位于相同的弦向位置處，并且凈循環(huán)將為零。如果現(xiàn)在將流體射流在后緣附近切向地注入上表面邊界層，Coanda效應(yīng)將產(chǎn)生邊界層并延遲上表面流的分離。這導(dǎo)致翼型件周圍循環(huán)的凈增長(zhǎng)。噴吹射流的動(dòng)量現(xiàn)在控制后停滯點(diǎn)的位置，翼型件通過噴吹受到"循環(huán)控制"。如果噴吹射流強(qiáng)到足以將超額動(dòng)量排入尾流，則翼型件以和裝有噴氣襟翼的翼型件相似的方式工作。升力不再僅通過延遲上表面分離而產(chǎn)生，而是具有減少如圖14所示的凈升力增加S(VSCw的射流反應(yīng)推力分量(jetreactionthrustcomponent)。循環(huán)控制使用流體注入以在葉片內(nèi)在倒圓表面附近產(chǎn)生穩(wěn)定的壁射流(wall-jet)來調(diào)節(jié)Coanda效應(yīng)，如圖15A和15B中所示。循環(huán)控制導(dǎo)致增加的升力，并且使用此原理的系統(tǒng)已經(jīng)對(duì)多種應(yīng)用(從飛機(jī)機(jī)翼到風(fēng)力渦輪機(jī))進(jìn)行了概念化。在飛機(jī)機(jī)翼應(yīng)用中，循環(huán)控制通過使用一系列噴射高壓射流空氣的噴氣縫口而增加在特別設(shè)計(jì)的飛機(jī)機(jī)翼的前緣和后緣上的氣流的速度。機(jī)翼具有倒圓的后緣以通過Coanda效應(yīng)切向地噴射空氣，從而引起升高。機(jī)翼上方的氣流速度的增加也通過傳統(tǒng)的翼型件升力產(chǎn)生來增加提升力。在風(fēng)力渦輪機(jī)應(yīng)用中，循環(huán)控制通過促使加壓空氣進(jìn)入管道并流出葉片中的槽而增加流速，從而自流過風(fēng)力渦輪機(jī)的掃掠面積的風(fēng)中捕獲功率。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的循環(huán)控制一般通過加壓空氣的穩(wěn)定注入而獲得，因此提供此類空氣的大流量的需求典型地導(dǎo)致過高的系統(tǒng)成本。因此，期望在空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)(例如翼型件)的周圍實(shí)現(xiàn)循環(huán)控制，以使損失最小或備選地增加升力產(chǎn)生能力，但是是以降低的系統(tǒng)成本來這樣做。例如，這可通過降低加壓氣源的功率需求或完全消除對(duì)這種源的需求而實(shí)現(xiàn)。更具體地，期望提供一種例如用于風(fēng)力渦輪機(jī)、渦輪機(jī)械、飛行器以及類似物中的葉片，其被優(yōu)化或設(shè)計(jì)成提供比其它目前商業(yè)上可用的流線型空氣動(dòng)力外形更好的承載性能。
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到與循環(huán)控制相關(guān)的這些和其它問題，該循環(huán)控制使用加壓流體噴射以在葉片內(nèi)的倒圓表面附近產(chǎn)生穩(wěn)定的壁射流來調(diào)節(jié)Coanda效應(yīng)。為了解決這些和其它問題，發(fā)明人已經(jīng)研發(fā)了主動(dòng)循環(huán)控制(ACC)技術(shù)。在此技術(shù)中，具有選定頻率和長(zhǎng)度的非穩(wěn)定脈沖射流被吹過凸起/弧形的前緣或后緣；非穩(wěn)定動(dòng)量增加(和隨后發(fā)生的渦漩產(chǎn)生)與設(shè)計(jì)彎曲附近的流體加速度結(jié)合(類似于具有穩(wěn)定射流的Coanda效應(yīng))，以提供瞬時(shí)的升力增加，同時(shí)將致動(dòng)頻率選擇成足夠高以確保供能射流的時(shí)間均分影響會(huì)提供整體的升力增加。如本文中所使用的，將主動(dòng)循環(huán)控制(ACC)定義為通過使用非穩(wěn)定壁射流實(shí)現(xiàn)的葉片空氣動(dòng)力學(xué)行為的控制和更改，非穩(wěn)定壁射流由零凈質(zhì)流主動(dòng)流控制致動(dòng)器(比如合成射流、等離子致動(dòng)器等)或使用脈沖加壓空氣而產(chǎn)生。在本發(fā)明的一個(gè)方面，空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)包括置于空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)的后緣、前緣或后緣和前緣兩者附近的外表面中的開口；以及置于空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)中并與開口成流體連通的主動(dòng)流控裝置；其中，主動(dòng)流控裝置產(chǎn)生脈沖流體的非穩(wěn)定壁射流，該壁射流流過葉片的后緣、前緣或后緣和前緣兩者，從而改變空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)的速度分布圖。在本發(fā)明的另一個(gè)方面，葉片包括布置在靠近葉片后緣、前緣或后緣和前緣兩者的位置處的葉片表面中的開口；脈沖流體的集中式噴吹源；以及與開口以及集中式噴吹源成流體連通的管道；其中，集中式噴吹源產(chǎn)生脈沖流體的壁射流，該壁射流流過葉片的后緣、前緣或后緣和前緣兩者，從而改變?nèi)~片的速度分布圖。在本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供了一種用于主動(dòng)循環(huán)控制(ACC)的方法，該方法使用布置在空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)中并與開口流體連通的主動(dòng)流控裝置，其中，該主動(dòng)流控裝置產(chǎn)生流體的非穩(wěn)定壁射流，該壁射流向空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)的后緣、前緣或后緣和前緣兩者的曲面釋放，從而改變空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)的速度分布圖。在本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片，該葉片包括置于葉片后緣、前緣或后緣和前緣兩者附近的葉片外表面中的開口；以及布置在葉片中并與開口成流體連通的主動(dòng)流控裝置；其中該主動(dòng)流控裝置產(chǎn)生脈沖流體的非穩(wěn)定壁射流，該壁射流流過葉片的后緣、前緣或后緣和前緣兩者，從而改變?nèi)~片的速度分布圖。現(xiàn)有參考附圖，其中，相似的元件被相似地編號(hào)圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的包括多個(gè)主動(dòng)流控裝置的葉片的一部分的透視圖；圖2是圖1的具有主動(dòng)流控裝置的葉片的放大圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的具有用來將加壓流供給主動(dòng)流控裝置的管道的葉片的橫截面視圖；圖4示出了在不使用循環(huán)控制的情況下翼型件的速度分布圖的計(jì)算機(jī)模擬的圖形化描述，該翼型件具有大約1米的弦長(zhǎng)和對(duì)于大約0度的攻角為弦長(zhǎng)的大約30%的最大厚度；圖5是圖4的葉片的后緣周圍的速度分布圖的放大圖；圖6示出了圖4的翼型件的速度分布圖的計(jì)算機(jī)模擬的圖形表示，但使用了包括空氣的穩(wěn)定壁射流的循環(huán)控制；圖7是圖6的葉片的后緣周圍的速度分布圖的放大圖；圖8示出了圖4的翼型件的速度分布圖的計(jì)算機(jī)模擬的圖形表示，但使用了本發(fā)明的主動(dòng)循環(huán)控制(ACC);圖9是圖8的葉片的后緣周圍的速度分布圖的放大圖；圖10是圖示了用于圖4、6和8的翼型件的升力增強(qiáng)系數(shù)的圖表；圖11是風(fēng)力渦輪機(jī)的側(cè)視圖，帶有使用本發(fā)明的主動(dòng)循環(huán)控制的外罩的局部橫截面；圖12是圖11所示的風(fēng)力渦輪機(jī)的控制系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)圖；圖13是傳統(tǒng)翼型件的各種已知物理參數(shù)的描述；圖14是使用具有穩(wěn)定壁射流的循環(huán)控制的傳統(tǒng)翼型件的性能趨勢(shì)圖；以及圖15A和15B是使用具有穩(wěn)定壁射流的循環(huán)控制的傳統(tǒng)翼型件分別在后緣和前緣中的速度分布圖的圖形表示。部件列表10空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)12上表面14下表面20前緣22后緣24外殼26長(zhǎng)度28第一端面30第二端面32主動(dòng)流控裝置34開口36管<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>在下列描述中，相似的參考符號(hào)在附圖所示的幾個(gè)圖形中表示相似的或?qū)?yīng)的部件。也應(yīng)當(dāng)了解地是，用語如"頂部"、"底部"、"外面"、"里面"等是方便性用詞，并不是解釋為限制性用語。應(yīng)當(dāng)注意的是，如本文中使用的用語"第一"、"第二"等并不表示任何順序、數(shù)量或重要性，而是用來將一個(gè)元件和另一個(gè)元件區(qū)分開。用語"一"和"一個(gè)"不表示數(shù)量的限制，而是表示至少一個(gè)所指項(xiàng)目的存在。與數(shù)量相關(guān)的修飾語"大約"包括所述值，并且具有通過上下文指定的意義(例如，包括與特定數(shù)量的測(cè)量相關(guān)的誤差度)。本文中限定的"葉片"是三維結(jié)構(gòu)，其位于流體流場(chǎng)中并應(yīng)用于多種裝置，例如風(fēng)力渦輪機(jī)、燃?xì)鉁u輪機(jī)或飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片、飛機(jī)中的機(jī)翼和外掛架、直升機(jī)的轉(zhuǎn)子等。本文中限定的后緣"和/或"前緣意味著后緣、前緣或后緣和前緣兩者。在一個(gè)實(shí)施例中，后緣和前緣是倒圓的(即具有有限曲率半徑)。如本文所使用的那樣，"非穩(wěn)定"被定義為隨時(shí)間改變主動(dòng)流控裝置中致動(dòng)器的頻率和/或振幅的信號(hào)?，F(xiàn)在參考圖1和2，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，大體上示出了具有主動(dòng)循環(huán)控制(ACC)的空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)10，例如葉片、翼型件等。如本文使用的那樣，主動(dòng)循環(huán)控制是這樣一種技術(shù)，其中選定頻率和長(zhǎng)度的非穩(wěn)定脈沖射流被吹過過凸起/弧形的前緣或后緣；非穩(wěn)定的動(dòng)量增加(以及隨后的渦旋產(chǎn)生)與設(shè)計(jì)曲度附近的流體的加速度結(jié)合(類似于具有穩(wěn)定射流的Coanda效應(yīng))以提供瞬時(shí)的升力增加，同時(shí)選擇足夠高的致動(dòng)頻率，以確保供能射流的時(shí)間均分影響提供總體的升力增加。主動(dòng)循環(huán)控制被定義為通過使用非穩(wěn)定壁射流實(shí)現(xiàn)的葉片的空氣動(dòng)力行為的控制和更改，非穩(wěn)定壁射流由零凈質(zhì)流主動(dòng)流控制致動(dòng)器(比如合成射流、等離子致動(dòng)器等)或使用脈沖加壓空氣而產(chǎn)生?！愕?，翼型件IO包括上表面12、下表面14以及前緣20和后緣22。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，靠近翼型件10的后緣22的上表面12包括在翼型件10的第一端面28和第二端面30之間基本上延伸整個(gè)長(zhǎng)度26的外殼24。備選地，上表面12可包括多個(gè)外殼，各外殼在端面28、30之間部分地延伸，而不是延伸通過翼型件10的整個(gè)長(zhǎng)度26的單個(gè)外殼24?！獋€(gè)或多個(gè)主動(dòng)流控裝置32(在圖2中用虛像示出)布置在外殼24內(nèi)。主動(dòng)流控裝置32可沿葉片10的整個(gè)長(zhǎng)度26或者備選地僅沿葉片10的一小段布置。在圖示的實(shí)施例中，主動(dòng)流控裝置32布置成鄰近葉片10的后緣22，使得從主動(dòng)流控裝置32發(fā)出的流體的脈沖射流流過外殼24中的開口34，并流過葉片10的后緣22的曲面(Coanda表面)以產(chǎn)生主動(dòng)循環(huán)控制。開口34可具有任何期望的長(zhǎng)度。例如，開口34可具有僅容納單個(gè)主動(dòng)流控裝置32的尺寸，或可具有沿外殼24的整個(gè)長(zhǎng)度延伸的尺寸，其中，多個(gè)主動(dòng)流控裝置32可用來產(chǎn)生通過開口34發(fā)出的一連串脈沖壁射流。如果需要的話，多個(gè)主動(dòng)流控裝置32也可以以設(shè)計(jì)相差來同步或異步地操作。這種主動(dòng)流控裝置32的示例包括零質(zhì)量致動(dòng)器，如等離子致動(dòng)器和壓電式合成射流；壓電式合成射流的一個(gè)具體示例為雙重雙晶合成射流(DBSJ，dualbimorphsyntheticjet)裝置。DBSJ裝置是合乎需要的，因?yàn)檫@種裝置具有低功率消耗、低重量損失、大的控制權(quán)(射流長(zhǎng)度)、好的頻率和振幅范圍以及緊湊度，且因此允許輕易結(jié)合在葉片內(nèi)。就DBSJ裝置而言，附接到DBSJ上的噴射器應(yīng)當(dāng)具有收斂噴嘴形狀，以在DBSJ的振動(dòng)回程上提供擴(kuò)散。前面提及的特征在用于風(fēng)力渦輪機(jī)中的葉片中具有特別的用途。在其它實(shí)施例中，主動(dòng)流控裝置32系統(tǒng)可構(gòu)造成使用合成射流之外的方法來改變流體流。例如，等離子致動(dòng)器可用來達(dá)到同樣的效果。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以使用需要加壓空氣或流體源的非零質(zhì)量流致動(dòng)器，比如提供脈沖速度射流的流體振蕩器和觸發(fā)器射流。當(dāng)主動(dòng)流控裝置32布置在接近后緣22和/或前緣20的外殼24中時(shí)，由于流體的脈沖射流越過接近外殼24的曲面(Coanda表面)，主動(dòng)循環(huán)控制受Coanda效應(yīng)和非穩(wěn)定動(dòng)量增加所引起的升力影響。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，主動(dòng)流控裝置32是為風(fēng)力渦輪機(jī)100的葉片10的主動(dòng)循環(huán)控制提供脈沖流體的非穩(wěn)定壁射流的合成射流。合成射流通常包括結(jié)合在合成射流外殼中的柔性膜片。當(dāng)膜片振動(dòng)時(shí)，合成射流外殼的內(nèi)部容量改變，致使氣流進(jìn)入、在其內(nèi)以及流出合成射流外殼。改變合成射流外殼的內(nèi)部容量激活壁射流，并提供通過開口30的脈沖流體流?？墒褂貌煌椒▉碇聞?dòng)合成射流的膜片。在一個(gè)實(shí)施例中，電池(未示出)可用來致動(dòng)膜片。致動(dòng)合成射流的其它裝置包括壓電式換能器、波形/正弦驅(qū)動(dòng)傳感器(drivetransducer)、恒溫致動(dòng)器、熱電致動(dòng)器、熱力氣動(dòng)致動(dòng)器、形狀記憶合金、磁性方法，或者任何結(jié)合膜片活塞使用的驅(qū)動(dòng)器或致動(dòng)器，或任何其它可結(jié)合到外殼24中的可移動(dòng)結(jié)構(gòu)。合成射流在授予Saddoughi的第6，722，581號(hào)美國(guó)專利和第2003/0075615號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)中公開，二者的全文通過引用結(jié)合到本文中。在一個(gè)備選實(shí)施例中，第二外殼(未示出)也可位于葉片10的前緣20處。在此實(shí)施例中，兩個(gè)外殼可位于葉片10的不同的上表面12和下表面14處。例如，接近葉片10的前緣20的第二外殼可位于下表面14處，而接近葉片10的后緣22的外殼24可位于葉片的上表面12處。這些外殼的每一個(gè)均可包含主動(dòng)流控裝置32，該主動(dòng)流控裝置32布置成鄰近葉片10的后緣22和/或前緣20，使得從主動(dòng)流控裝置32發(fā)出的流體的脈沖射流流過葉片10的曲面(Coanda表面)并產(chǎn)生主動(dòng)循環(huán)控制。當(dāng)主動(dòng)流控裝置32在前緣20和后緣22兩者上使用時(shí)，鄰近后緣22的主動(dòng)流控裝置32可與接近前緣20的主動(dòng)流控裝置32分開使用并獨(dú)立地運(yùn)行。備選地，接近后緣22的主動(dòng)流控裝置32可與接近前緣20的主動(dòng)流控裝置32同時(shí)使用。葉片10上的主動(dòng)循環(huán)控制的使用也可根據(jù)至少兩種不同類型的實(shí)施例描述，一種涉及運(yùn)行狀況，另一種涉及設(shè)計(jì)狀況。關(guān)注第一類實(shí)施例，對(duì)不同的運(yùn)行條件可生成適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)策略。在這些實(shí)施例中，響應(yīng)不同的運(yùn)行條件提供主動(dòng)流控指令。這種流控指令的示例包括改變脈沖射流的速度、改變引入脈沖射流的頻率、有選擇地致動(dòng)葉片表面上的可用主動(dòng)循環(huán)控制裝置或類似物或其組合。第二類實(shí)施例覆蓋"設(shè)計(jì)"狀況，其包括對(duì)主動(dòng)循環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特征的改變。設(shè)計(jì)特征中的這種變化的示例包括葉片表面上主動(dòng)循環(huán)控制裝置的位置、脈沖射流的角度(整個(gè)射流、脈沖流體通過其注入的開口或它們的組合)、脈沖射流出口(孔或開口)的大小或形狀、葉片橫截面形狀的改變，以利用主動(dòng)循環(huán)控制裝置或類似物或其組合。主動(dòng)循環(huán)控制也可用不位于葉片中，但通過管道系統(tǒng)與位于葉片內(nèi)的開口流體連通的其它加壓流體源(例如，集中式脈沖噴吹源)獲得。圖3圖示了葉片設(shè)計(jì)的一個(gè)示例性實(shí)施例，該葉片設(shè)計(jì)可用來容納促進(jìn)主動(dòng)循環(huán)控制的集中式脈沖噴吹源。在此實(shí)施例中，葉片10的開口34與管36成流體連通，該管36與集中式脈沖噴吹源(未示出)成流體連通。開口34通常沿它的整個(gè)長(zhǎng)度通過通道38與管36連通，以便流體可在管36內(nèi)自第一末端28向第二末端30流動(dòng)，并且在葉片10的后緣22附近流出開口34的整個(gè)長(zhǎng)度。集中式脈沖噴吹源可用來產(chǎn)生非穩(wěn)定的壁射流，并因此產(chǎn)生通過開口34的主動(dòng)循環(huán)控制。集中式脈沖噴吹源可位于葉片的內(nèi)部或相對(duì)于葉片遠(yuǎn)離地定位。用語"遠(yuǎn)離地"意思是集中式噴吹源位于葉片的外部并且不與葉片物理接觸。例如，在飛機(jī)中，集中式噴吹源可位于機(jī)身中。同樣地，在風(fēng)力渦輪機(jī)中，集中式噴吹源可位于風(fēng)力渦輪機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)上。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，代替圖3中所示的單個(gè)開口34，多個(gè)開口34和管36也可布置成鄰近后緣22和/或前緣20以促進(jìn)主動(dòng)循環(huán)控制。開口34可位于接近后緣22和/或前緣20的葉片10的上表面12和下表面14二者之上。如上所述，開口34可布置在接近葉片的后緣、前緣或后緣和前緣的位置的葉片表面中。在一個(gè)實(shí)施例中，開口34可布置成(在葉片上給定的點(diǎn))在葉片上那一點(diǎn)處距后緣和/或距前緣多達(dá)弦114的長(zhǎng)度大約30%的距離。備選地，開口34可被阻塞并且流體可泵入管36，使得管36內(nèi)的壓力累積。然后開口34可打開以便氣流流出開口34。在一個(gè)實(shí)施例中，管36與位于葉片10的外部(即遠(yuǎn)離)的集中式噴吹源流體連通。在另一個(gè)實(shí)施例中，如果葉片足夠大(例如，大型風(fēng)力渦輪機(jī)葉片)，集中式噴吹源可位于葉片中。在一個(gè)實(shí)施例中，集中式噴吹源可通過其自身產(chǎn)生脈沖流體。在另一個(gè)實(shí)施例中，集中式噴吹源能產(chǎn)生加壓流體的穩(wěn)定源，而流體的脈沖由輔助裝置例如布置在集中式噴吹源和開口34之間的管道系統(tǒng)中的閥或被動(dòng)噴射器產(chǎn)生。產(chǎn)生脈沖流體的集中式噴吹源的示例是熱驅(qū)動(dòng)脈沖泵、波紋管計(jì)量泵、擺動(dòng)泵、蠕動(dòng)泵或類似物、或包括至少其中一個(gè)上述源的組合。可用來將加壓流體的穩(wěn)定供應(yīng)轉(zhuǎn)換成加壓流體的非穩(wěn)定供應(yīng)的閥的示例是片狀閥、球閥、流體閘閥、蝶形閥、或類似物。閥通常與促進(jìn)穩(wěn)定供應(yīng)向非穩(wěn)定供應(yīng)轉(zhuǎn)化的電磁閥電連通。如上所述，假定有加壓流體的穩(wěn)定輸入，則被動(dòng)噴射器可用來提供脈沖流體的非穩(wěn)定注入以減少質(zhì)量流、功率成本和系統(tǒng)成本對(duì)主動(dòng)循環(huán)控制方法的影響。這種被動(dòng)噴射器的示例是在美國(guó)第7，128，082號(hào)專利中描述的被動(dòng)振蕩器。主動(dòng)流控裝置或其它壓力流體源可以以大約10到100，000赫茲(Hz)之間的頻率產(chǎn)生穿過葉片的脈沖流體的壁射流，頻率優(yōu)選地在大約50到5，000赫茲(Hz)之間，更優(yōu)選地在大約100到2，000赫茲(Hz)之間。例如，主動(dòng)流控裝置中的致動(dòng)器包括合成射流，該合成射流可以以大約50到5，000Hz之間的頻率使流體的脈沖射流穿過葉片的表面。如上所述，當(dāng)使用主動(dòng)循環(huán)控制時(shí)，葉片10可具有非傳統(tǒng)形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，相比較商業(yè)可用的翼型件(在圖1中以虛像示出)而言，翼型件10可以實(shí)質(zhì)上修改成較少流線化。具體地，本發(fā)明的翼型件10具有明顯減少的弦，盡管減少厚度僅輕微導(dǎo)致作為對(duì)抗可變且不可預(yù)知的負(fù)載的增強(qiáng)措施的增加的"厚度/弦"比率。翼型件10的較少流線化的形狀(即其更高的厚度/弦比率)減少了可由該翼型件產(chǎn)生的升力量。然而，來自非穩(wěn)定流體的主動(dòng)循環(huán)控制的效應(yīng)可用來補(bǔ)償此升力的損失，該非穩(wěn)定流體從位于后緣和/或前緣附近的開口34發(fā)出。執(zhí)行計(jì)算機(jī)模擬以展示在較少流線化的空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)(例如翼型件)上主動(dòng)循環(huán)控制的使用補(bǔ)償了升力的損失。在此模擬中，翼型件有1米的弦長(zhǎng)，并具有弦長(zhǎng)的30%的最大厚度。為了模擬將提供更大結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承重能力的翼型件形狀改變，將后緣的厚度增加到弦長(zhǎng)的大約10%。此形狀改變?cè)趫D1中示出(以虛像示出的更多流線化的翼型件)。圖4和5圖示了對(duì)于較少流線化的空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)(翼型件)在沒有主動(dòng)循環(huán)控制下在大約0度的攻角下的模擬速度分布圖。圖6和7圖示了對(duì)于較少流線化的空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)在具有主動(dòng)循環(huán)控制情況下的模擬速度分布圖，但是具有以大約2.2%的CP和大約100m/s的速度自開口34發(fā)出的加壓空氣的穩(wěn)定射流。圖8和9圖示了對(duì)于具有主動(dòng)循環(huán)控制的較少流線化的空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)的模擬速度分布圖，但具有非穩(wěn)定的、使用合成射流的加壓空氣的脈沖射流，例如雙重雙晶合成射流，且峰值振幅在大約500Hz的頻率下等于自由流速度的大約2倍。模擬結(jié)果在圖10中以柱狀圖示出，該模擬結(jié)果展示了在大約0度攻角下對(duì)于翼型件的升力增加。對(duì)于模擬傳統(tǒng)循環(huán)控制(經(jīng)由加壓空氣，穩(wěn)定注入)和主動(dòng)循環(huán)控制(非穩(wěn)定的動(dòng)量增加/注入)兩者的結(jié)果都示出了大約700%的升力增強(qiáng)，展示出兩種技術(shù)提供了類似的性能增強(qiáng)。注意主動(dòng)循環(huán)控制結(jié)果可用較小的致動(dòng)器達(dá)成，該致動(dòng)器可嵌入到小的區(qū)域中并可以電驅(qū)動(dòng)——因此如果需要這樣的話，可避免在翼型件/葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中供應(yīng)加壓流體；備選地，使用被動(dòng)噴射器以提供非穩(wěn)定的動(dòng)量增力B、更小的加壓空氣的質(zhì)量流，從而可使用比穩(wěn)定注入更小的功率需求。因此，可減少將流控系統(tǒng)集成到假定為風(fēng)力渦輪機(jī)或飛機(jī)中所帶來的系統(tǒng)損失。因此，從上述的示例可以看出，相比較不使用如上所述的非穩(wěn)定動(dòng)量增加的傳統(tǒng)的葉片而言，升力的數(shù)量可增強(qiáng)大約10至1，000%，具體地大約50至800%，更具體地，大約100%至700%。在較少流線化的翼型件中提供增加的升力的本發(fā)明的主動(dòng)循環(huán)控制方法和裝置可在多個(gè)不同的空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)中使用。例如，一個(gè)這種結(jié)構(gòu)是風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片。風(fēng)力渦輪機(jī)典型地根據(jù)葉片圍繞其旋轉(zhuǎn)的垂直或水平軸線進(jìn)行分類?，F(xiàn)在參考圖ll，水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)一般地示出為100。風(fēng)力渦輪機(jī)100包括支承外罩104(包圍傳動(dòng)系統(tǒng)106)的塔架102。葉片10布置在輪轂上以在外罩104外的傳動(dòng)系統(tǒng)106的一端處形成"轉(zhuǎn)子"。旋轉(zhuǎn)葉片10驅(qū)動(dòng)在傳動(dòng)系統(tǒng)106的另一端處連接到發(fā)電機(jī)110上的齒輪箱108，發(fā)電機(jī)110和從風(fēng)速計(jì)114接收輸入的控制系統(tǒng)112—起布置在外罩104內(nèi)。葉片IO產(chǎn)生升力并從移動(dòng)空氣中捕獲動(dòng)量，當(dāng)葉片在"轉(zhuǎn)子平面"中旋轉(zhuǎn)時(shí)，將動(dòng)量傳遞給轉(zhuǎn)子。各葉片典型地固定在它的"根"末端處，然后"轉(zhuǎn)子半徑"徑向"向外"地至自由的"尖"端。葉片的前部或"前緣"連接首先接觸空氣的葉片的最靠前點(diǎn)。葉片的后部或"后緣"是被前緣分開的氣流在經(jīng)過葉片的吸力面和壓力面之后再結(jié)合的地方。"弦線"沿穿過葉片的典型氣流方向連接葉片的前緣和后緣。弦線的長(zhǎng)度簡(jiǎn)稱為"弦"。葉片10的外末端被稱為"尖端"，并且在葉片的相對(duì)末端處從尖端到根部的距離被稱為"葉片跨度"。因?yàn)楫?dāng)葉片連接到輪轂上時(shí)，葉片io的根部偏離葉片的旋轉(zhuǎn)中心，因而，從葉片10的旋轉(zhuǎn)中心到尖端的距離稱為"轉(zhuǎn)子半徑"，在這里用字母"R"表示。因?yàn)樵S多葉片IO在整個(gè)跨度(以及對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子半徑)上改變它們的弦，因而弦長(zhǎng)在根部附近稱為"根弦"，而在葉片的尖端附近稱為"尖端弦"。當(dāng)垂直于流的方向觀看時(shí)，所得到的葉片10的形狀稱為"俯視圖"。葉片10的厚度跨越俯視圖而變化，并且用語"厚度"典型地用來描述對(duì)于任何特定的弦線低壓吸力面和葉片的相對(duì)側(cè)上的高壓面之間的最大距離。葉片10—般地包括鄰近輪轂的內(nèi)側(cè)區(qū)域、外側(cè)區(qū)域或中間區(qū)域以及尖端區(qū)域。內(nèi)側(cè)區(qū)域一般地在葉片的大約第一半附近開始，外側(cè)區(qū)域一般地在大約下一個(gè)40%處附近開始，而尖端區(qū)域在葉片10的大約最后10%處附近開始。在圖11中所示的圖示實(shí)施例中，管36包括位于葉片10的內(nèi)部中的腔，其橫貫從第一末端28到第二末端30的葉片10的長(zhǎng)度26。在此實(shí)施例中，第一末端28是葉片10的根部末端，第二末端30是葉片10的尖端。優(yōu)選地，至少一個(gè)開口34沿葉片10的表面延伸，通常平行于葉片10的后緣22。狹槽或開口34通常沿長(zhǎng)度方向與管36連通，使得空氣可在管36內(nèi)從第一末端28向第二末端30流動(dòng)，并且在葉片10的后緣22附近流出開口34的長(zhǎng)度。在一個(gè)實(shí)施例中，開口34自第一末端28(根部末端)沿葉片10的整個(gè)長(zhǎng)度向著第二末端30(尖端)延伸至第二末端30(尖端)。在另一個(gè)實(shí)施例中，開口34自第一末端28(根部末端)向第二末端30(尖端)延伸多達(dá)葉片10的整個(gè)長(zhǎng)度的大約80%。在另一個(gè)實(shí)施例中，開口34自第一末端28(根部末端)向第二末端30(尖端)朝該第二末端30(尖端)延伸多達(dá)葉片10的整個(gè)長(zhǎng)度的大約60%。應(yīng)當(dāng)了解的是，本發(fā)明不由開口34自葉片的根部末端至葉片的尖端所延伸的長(zhǎng)度限制，并且取決于設(shè)計(jì)考慮，本發(fā)明可以任何期望的長(zhǎng)度實(shí)施。流出開口34的空氣優(yōu)選地沿葉片10的表面指向葉片10的后緣22。然而，流出開口34的空氣不限于沿葉片10的表面指向后緣22，而是可以幾乎沿任何方向引出開口34以影響葉片10的空氣動(dòng)力性能。管36和開口34設(shè)計(jì)成使得葉片10的結(jié)構(gòu)整體性不明顯地被管36和開口34的內(nèi)含物影響。在一個(gè)實(shí)施例中，葉片10由碳纖維復(fù)合材料構(gòu)成。使用碳纖維復(fù)合材料的葉片的構(gòu)造允許管36和開口34—體地形成在葉片10內(nèi)。另外，碳纖維復(fù)合材料具有相對(duì)高的強(qiáng)度/重量比率，這就允許葉片IO構(gòu)造具有與相對(duì)低的重量結(jié)合的相對(duì)高的強(qiáng)度和硬度。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，這些特征尤其符合本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片IO的需要。另外，碳纖維復(fù)合材料對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)100在使用期間所經(jīng)歷的暴露在各種氣候條件下的腐蝕具有非常高的抵抗力。然而，葉片10不限于碳纖維結(jié)構(gòu)，并可由能夠呈現(xiàn)形狀/結(jié)構(gòu)并在葉片10的典型環(huán)境下經(jīng)受結(jié)構(gòu)負(fù)載并工作的幾乎任何材料構(gòu)成。例如，葉片IO可由任何數(shù)量的聚合材料(包括熱固塑料和/或熱塑性塑料)、金屬、木材、玻璃纖維或這些材料的組合構(gòu)成。開口34不限于在葉片10上的上述討論的位置和構(gòu)造。例如，在一個(gè)備選實(shí)施例中，至少一個(gè)開口34可沿葉片10的表面在長(zhǎng)度26的內(nèi)部70%上延伸，通常平行于葉片10的前緣22。此外，開口34也不限于前緣20或后緣22上的位置，并且不限于沿葉片10的表面12定位的單個(gè)開口34。例如，開口34可包括多個(gè)較短長(zhǎng)度的開口(未示出)，其可置于葉片10上從第一末端28到第二末端30的幾乎任何間隔位置處。關(guān)鍵在于，開口和/或多個(gè)開口34與管36連通，使得空氣可流過管36并流出開口34。參考圖12，風(fēng)力渦輪機(jī)100也包括用于測(cè)量風(fēng)力渦輪機(jī)100的運(yùn)行數(shù)據(jù)的至少一個(gè)儀器130。在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)儀器130選自下列儀器組成的組應(yīng)變傳感器、轉(zhuǎn)速計(jì)、壓力傳感器、風(fēng)速計(jì)、溫度計(jì)、流量傳感器、位置指示器、氣壓計(jì)、振動(dòng)測(cè)量?jī)x、轉(zhuǎn)矩傳感器、功率傳感器和加速計(jì)。以上列出的儀器測(cè)量風(fēng)力渦輪機(jī)100的不同運(yùn)行數(shù)據(jù)。儀器130的上述列表不意味著無所不包的，并且風(fēng)力渦輪機(jī)100可使用能提供關(guān)于風(fēng)力渦輪機(jī)100和/或風(fēng)力渦輪機(jī)100在其中運(yùn)行的環(huán)境的運(yùn)行數(shù)據(jù)的幾乎任何儀器。優(yōu)選地，使用多個(gè)儀器130來測(cè)量風(fēng)力渦輪機(jī)100和風(fēng)力渦輪機(jī)100在其中運(yùn)行的環(huán)境條件的運(yùn)行數(shù)據(jù)。用于風(fēng)力渦輪機(jī)100的控制系統(tǒng)118還包括控制器132，該控制器132收集來自儀器的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并將運(yùn)行數(shù)據(jù)與風(fēng)力渦輪機(jī)100的預(yù)定運(yùn)行規(guī)范相比較。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器132致動(dòng)流體控制系統(tǒng)120以觸發(fā)主動(dòng)流控裝置32，該主動(dòng)流控裝置32驅(qū)動(dòng)來自開口34的脈沖流體的壁射流。在另一個(gè)實(shí)施例(未示出)中，控制器132致動(dòng)流體控制系統(tǒng)120以迫使來自集中式噴吹源的脈沖流體的壁射流進(jìn)入管36并流出開口34。通過促使脈沖流體的壁射流進(jìn)入管36并流出開口34，控制器132能控制從以特定風(fēng)速流過風(fēng)力渦輪機(jī)100的掃掠面積A的風(fēng)中提取能量?？刂破?32也可調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機(jī)10所遇到的結(jié)構(gòu)負(fù)荷。在一個(gè)實(shí)施例中，動(dòng)量增加的速度可基于運(yùn)行數(shù)據(jù)和預(yù)定運(yùn)行規(guī)范之間的比較。通過將流體的脈沖射流釋放進(jìn)管36并流出開口34，或者備選地釋放進(jìn)開口34，控制器132能控制從以特定風(fēng)速流過風(fēng)力渦輪機(jī)100的流體的能量提取。控制器132也可調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機(jī)100所遇到的結(jié)構(gòu)負(fù)荷。用于風(fēng)力渦輪機(jī)100的控制系統(tǒng)118還包括聯(lián)接到葉片10和控制器132上的變槳控制系統(tǒng)134。變槳控制系統(tǒng)134基于來自控制器132的信號(hào)改變?nèi)~片10的變槳。如上所指出，使用本發(fā)明的主動(dòng)循環(huán)控制是有利的，因?yàn)樗试S在可變的和破壞性的風(fēng)力負(fù)載環(huán)境中進(jìn)行控制。在另一個(gè)示例中，控制器將主動(dòng)流控裝置保持在活動(dòng)狀態(tài)，并一旦探測(cè)到可將系統(tǒng)負(fù)荷增加到不期望水平的入射風(fēng)速或方向改變時(shí)，立即關(guān)閉主動(dòng)流控裝置。通過使用主動(dòng)循環(huán)控制來在需要時(shí)提供降低的空氣動(dòng)力學(xué)負(fù)荷從而有效地減輕系統(tǒng)負(fù)荷的能力允許使用大的轉(zhuǎn)子直徑，而從葉片提取更多功率的能力又證明了使用這種大轉(zhuǎn)子直徑的正確性。這些技術(shù)增加了可用的葉片尺寸和可被提取的功率，從而導(dǎo)致改良的轉(zhuǎn)子葉片。在一個(gè)實(shí)施例中，現(xiàn)有的葉片可從渦輪機(jī)上移除，并且用允許主動(dòng)循環(huán)控制的葉片替換。在這種情況下，替換葉片可具有長(zhǎng)度"l"，其比被替換的葉片的長(zhǎng)度增加多達(dá)大約10%，特別地多達(dá)大約30%。在一個(gè)實(shí)施例中，替換葉片也可具有厚度"t"，其比被替換的葉片(比較葉片)的厚度增加多達(dá)大約7.5%，特別地多達(dá)大約20%。如本文所公開的那樣，已經(jīng)描述了在空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)(例如葉片)中通過在接近葉片的后緣和/或前緣的位置增加動(dòng)量而實(shí)現(xiàn)"主動(dòng)循環(huán)控制"(ACC)的方法。主動(dòng)循環(huán)控制被定義為通過使用升力增強(qiáng)所實(shí)現(xiàn)的葉片空氣動(dòng)力行為的控制和改變，該升力增強(qiáng)在由增加的動(dòng)量激發(fā)的流體流經(jīng)過彎曲的凸起葉片表面時(shí)由非穩(wěn)定的動(dòng)量增加(和隨后的渦流產(chǎn)生)和Coanda效應(yīng)的組合產(chǎn)生。葉片可用于發(fā)電和推進(jìn)系統(tǒng)以及飛行器。一個(gè)示例性的應(yīng)用是在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片中使用主動(dòng)循環(huán)控制。非穩(wěn)定動(dòng)量增加由來自主動(dòng)流控裝置或提供脈沖或間歇注射的加壓流體源的流體的非穩(wěn)定注入產(chǎn)生。這些主動(dòng)流控裝置和脈沖流體的其它源也被稱為非穩(wěn)定源，因?yàn)榱黧w在葉片的整個(gè)曲面上以時(shí)變方式以選定的頻率傳送。本文所公開的方法可有利地用來增強(qiáng)空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)(例如葉片)的空氣動(dòng)力性能。該方法也可用來提高葉片的空氣動(dòng)力性能，葉片的形狀已經(jīng)被加工或被優(yōu)化以獲得改良的結(jié)構(gòu)和/或承載性能。還可以有利的是，如果需要的話，該方法可用來降低葉片的空氣動(dòng)力負(fù)載和提升性能，以便保持葉片的結(jié)構(gòu)完整性。該方法也用來提高非傳統(tǒng)葉片的空氣動(dòng)力性能，該非傳統(tǒng)葉片具有更大橫截面積(大于比較的傳統(tǒng)葉片)，并且這種非傳統(tǒng)葉片通常在通過其自身產(chǎn)生升力方面效率較低。備選地，該方法可用來控制根據(jù)系統(tǒng)需求的葉片的空氣動(dòng)力性能。在一個(gè)實(shí)施例中，可關(guān)閉主動(dòng)流控裝置或其它加壓流體源以減少風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上的升力，并因此減少在風(fēng)暴期間葉片上的負(fù)載。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以某種方式致動(dòng)主動(dòng)流控裝置或其它加壓流體源，以便有效地減少操作期間的升力或流轉(zhuǎn)向，這些操作在葉片迄今為止并未對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的條件下執(zhí)行。當(dāng)主動(dòng)流控裝置或其它加壓流體源所產(chǎn)生的壁射流被吹過葉片的彎曲壁時(shí)，Coanda效應(yīng)改變空氣動(dòng)力學(xué)力和力矩。壁射流用來操縱前緣和/或后緣停滯點(diǎn)的位置，改變?nèi)~片周圍的附著渦環(huán)量(boimdcirculation)，并因此控制葉片的升力和流轉(zhuǎn)向能力。在一個(gè)實(shí)施例中，流體的非穩(wěn)定壁射流沿后緣和/或前緣的整個(gè)曲線以促進(jìn)主動(dòng)循環(huán)控制。在另一個(gè)實(shí)施例中，非穩(wěn)定的流體壁射流沿著后緣和/或前緣的曲線的僅一部分以促進(jìn)主動(dòng)循環(huán)控制。如上所述，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，增加動(dòng)量或脈沖流體的源是局部化的零質(zhì)量流致動(dòng)器(例如，合成射流)或不需要管道、管道系統(tǒng)和加壓流體的源(比如泵等)的其它主動(dòng)流控致動(dòng)器。這些主動(dòng)流控裝置是輕型的，一般位于葉片中，并結(jié)合在葉片結(jié)構(gòu)中。它們被設(shè)計(jì)成增加動(dòng)量并以受控的速度(或動(dòng)量)和頻率發(fā)出脈沖流體，以增加非穩(wěn)定升力并產(chǎn)生上述的壁射流。這種裝置的示例包括壓電式合成射流(例如雙重雙晶合成射流(DBSJ)裝置)、等離子驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器、機(jī)電驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器等。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，脈沖流體的源可為集中式脈沖噴吹源，該脈沖噴吹源不位于葉片中，而是通過管道系統(tǒng)與位于葉片中的開口流體連通。流體中的非穩(wěn)定度可在源處被產(chǎn)生和控制(例如，通過使用擺動(dòng)泵)，或可引入管道系統(tǒng)或管道中(例如，通過使用閥和類似物)或可通過噴射器設(shè)計(jì)引入。選定長(zhǎng)度的脈沖流體以選定頻率噴射在后緣和/或前緣的曲面上，以產(chǎn)生主動(dòng)循環(huán)控制。在一個(gè)有利的實(shí)施例中，Coanda效應(yīng)和源自脈沖流體的非穩(wěn)定動(dòng)量增加引起的升力的組合以較低的系統(tǒng)成本產(chǎn)生類似于由穩(wěn)定噴吹驅(qū)動(dòng)循環(huán)控制系統(tǒng)所產(chǎn)生的性能。在再一個(gè)示例性實(shí)施例中，主動(dòng)循環(huán)控制的使用允許控制葉片所產(chǎn)生的升力的量。當(dāng)葉片經(jīng)受其迄今為止并未為其而設(shè)計(jì)的運(yùn)行條件并產(chǎn)生高于期望負(fù)載的負(fù)載時(shí)，產(chǎn)生的升力可通過啟動(dòng)主動(dòng)流控裝置或其它加壓流體源以及通過改變來自這些源的脈沖流體的強(qiáng)度而變化。例如，用于風(fēng)力渦輪機(jī)中的葉片會(huì)經(jīng)常遭受變化的且不可預(yù)知的負(fù)載。脈沖流體源可激發(fā)至不同的級(jí)別，從而產(chǎn)生具有變化強(qiáng)度(取決于激勵(lì)的等級(jí))的脈沖流體，以補(bǔ)償負(fù)載水平的不可預(yù)見性，進(jìn)而不管盛行風(fēng)條件的變化而提供來自風(fēng)力渦輪機(jī)的平穩(wěn)輸出。在又一個(gè)示例性實(shí)施例中，主動(dòng)循環(huán)控制方法可用來產(chǎn)生新的葉片設(shè)計(jì)，其中，通過增加葉片的橫截面厚度或?qū)⑷~片的形狀改變成空氣動(dòng)力學(xué)上次優(yōu)的(比如橢圓)但是更適合處理前述負(fù)載的形狀而增加葉片對(duì)抗此類不可預(yù)見負(fù)荷的強(qiáng)度。此處，主動(dòng)循環(huán)控制方法用來產(chǎn)生期望的空氣動(dòng)力學(xué)性能，并在不需要此類空氣動(dòng)力學(xué)性能時(shí)切斷。在再一個(gè)示例性實(shí)施例中，源自現(xiàn)有傳統(tǒng)的或商業(yè)上可用的翼型件的主動(dòng)循環(huán)控制可通過如下方式產(chǎn)生改變現(xiàn)有翼型件的后緣區(qū)域；將后緣區(qū)域的厚度和曲率半徑增加到允許形成Coanda效應(yīng)的水平，以及在其附近結(jié)合主動(dòng)循環(huán)控制裝置。應(yīng)當(dāng)注意的是，用來獲得主動(dòng)循環(huán)控制的流體可以是空氣、水、蒸汽或可用來給葉片提供升力的任何其它流體，這取決于葉片在其中工作的流體介質(zhì)。盡管已經(jīng)參考示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解地是，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可進(jìn)行不同的改變并可以用等效元件對(duì)其要件進(jìn)行替換。另外，在不背離本發(fā)明實(shí)質(zhì)范圍的情況下，可進(jìn)行許多修改以使特定的情形和材料適合本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，本發(fā)明不限于公開為用來實(shí)施本發(fā)明的最佳模式的特定實(shí)施例。權(quán)利要求一種具有主動(dòng)循環(huán)控制的空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)(10)，包括置于所述空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)的后緣(22)、前緣(20)或所述后緣和所述前緣二者附近的外表面(12，14)中的開口(34)；以及置于所述空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)中并與所述開口流體連通的主動(dòng)流控裝置(32)；其中，所述主動(dòng)流控裝置產(chǎn)生脈沖流體的非穩(wěn)定壁射流，所述非穩(wěn)定壁射流流過所述空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)的所述后緣、所述前緣或所述后緣和所述前緣兩者，從而改變所述空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)的速度分布圖。2.如權(quán)利要求l所述的空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述主動(dòng)流控裝置(32)包括零質(zhì)量致動(dòng)器，所述零質(zhì)量致動(dòng)器為合成射流、等離子驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器或者機(jī)電驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器。3.如權(quán)利要求2所述的空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述零質(zhì)量致動(dòng)器包括雙重雙晶合成射流。4.如權(quán)利要求2所述的空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)，其特征在于，該合成射流包括由下列裝置組成的組中選擇的致動(dòng)器壓電式換能器、波形/正弦驅(qū)動(dòng)傳感器、恒溫致動(dòng)器、熱電致動(dòng)器、熱力氣動(dòng)致動(dòng)器、形狀記憶合金或它們的組合。5.如權(quán)利要求l所述的空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述主動(dòng)流控裝置(32)以大約10赫茲到大約100000赫茲之間的頻率運(yùn)行。6.如權(quán)利要求l所述的空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述開口(34)位于離所述空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)的所述后緣、所述前緣或所述后緣和所述前緣兩者多達(dá)弦長(zhǎng)(208)的約30%的距離處。7.如權(quán)利要求1所述的空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)包括風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。8.—種用于主動(dòng)循環(huán)控制的方法，所述方法使用設(shè)置在空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)中并與開口流體連通的主動(dòng)流控裝置，其中，所述主動(dòng)流控裝置產(chǎn)生流體的非穩(wěn)定壁射流，所述非穩(wěn)定壁射流被向所述空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)的后緣、前緣或所述后緣和所述前緣兩者的曲面釋放，從而改變所述空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)的速度分布圖。9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述主動(dòng)流控裝置包括致動(dòng)器，所述致動(dòng)器以大約10赫茲到大約100000赫茲之間的頻率運(yùn)行。全文摘要本發(fā)明涉及空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)的主動(dòng)循環(huán)控制，具體而言，空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)(10)比如渦輪機(jī)葉片的主動(dòng)循環(huán)控制(ACC)使用來自合成射流或脈沖射流的非穩(wěn)定或振蕩流來改變?nèi)~片的速度分布圖。葉片包括置于葉片的后緣(22)、前緣(20)或后緣和前緣二者附近的外表面(12，14)中的開口(34)。與開口(34)流體連通的主動(dòng)流控裝置(32)產(chǎn)生脈沖流體的壁射流，該壁射流流過葉片的后緣、前緣或后緣和前緣二者，從而改變?nèi)~片的速度分布圖。文檔編號(hào)F03D1/06GK101725467SQ20091020976公開日2010年6月9日申請(qǐng)日期2009年10月26日優(yōu)先權(quán)日2008年10月27日發(fā)明者A·古普塔,S·G·薩杜希,S·赫爾申請(qǐng)人:通用電氣公司