本發(fā)明屬于風力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可提高升力型風力機啟動性能的自適應(yīng)變形葉片。

背景技術(shù)：

能源緊缺和環(huán)境污染是威脅人類生存與發(fā)展的兩大問題，積極開發(fā)和利用新型能源是緩解以上問題的有效途徑。而風能便是一種可再生的清潔新能源，并且風力發(fā)電技術(shù)也已成為發(fā)展和應(yīng)用最為成熟的發(fā)電技術(shù)之一。

目前，能夠利用風能的最主要設(shè)備便是風力機，但風力機葉片氣動特性的優(yōu)劣會直接影響到風力機的輸出功率。而升力型風力機又主要分為水平軸升力型風力機和垂直軸升力型風力機，由于都是依靠風力機葉片在做功，因此風力機葉片轉(zhuǎn)速越快，風力機的風能利用系數(shù)就越高。

然后，升力型風力機一直都存在自啟動困難的問題，特別是在低風速環(huán)境下，自啟動將更加困難。對于大型的水平軸升力型風力機來說，通常會采用電動機驅(qū)動方式或變槳距技術(shù)來幫助風力機進行啟動，但對于小型的水平軸升力型風力機和垂直軸升力型風力機來說，出于成本因素的制約，風力機葉片會采用定槳距安裝，因此小型風力機將完全依賴葉片自身所產(chǎn)生的氣動扭矩進行啟動，但小型風力機的工作雷諾系數(shù)較低，導(dǎo)致葉片氣動性能較差，當處于低風速環(huán)境下時，葉片自身所產(chǎn)生的氣動扭矩通常較小，多數(shù)情況下都不足以使風力機啟動。

因此，有必要尋找一種全新的技術(shù)途徑來解決升力型風力機自啟動困難的問題，該技術(shù)途徑應(yīng)區(qū)別于傳統(tǒng)的電動機驅(qū)動方式或變槳距技術(shù)，并且能夠在各種類型的升力型風力機上應(yīng)用，以提高升力型風力機的啟動性能，并保證風力機在啟動后的運行階段擁有較高的輸出功率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種可提高升力型風力機啟動性能的自適應(yīng)變形葉片，其區(qū)別于傳統(tǒng)的電動機驅(qū)動方式或變槳距技術(shù)，并且能夠在各種類型的升力型風力機上應(yīng)用，能夠提高升力型風力機的啟動性能，并保證升力型風力機在啟動后的運行階段擁有較高的輸出功率。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種可提高升力型風力機啟動性能的自適應(yīng)變形葉片，分為葉片前緣段、葉片自適應(yīng)變形段及葉片后緣段；所述葉片前緣段和葉片自適應(yīng)變形段均為空心結(jié)構(gòu)，葉片前緣段的葉面由剛性材料制成，葉片自適應(yīng)變形段的葉面由柔性材料制成；所述葉片后緣段為空心結(jié)構(gòu)或?qū)嵭慕Y(jié)構(gòu)，葉片后緣段的葉面或葉身由剛性材料制成；所述葉片前緣段與葉片后緣段之間通過剛性主梁相連，所述葉片自適應(yīng)變形段連接在葉片前緣段和葉片后緣段之間，且剛性主梁位于葉片自適應(yīng)變形段的葉面內(nèi)側(cè)；在所述葉片前緣段迎風側(cè)的葉面上開設(shè)有一級透氣孔或透氣槽；在所述剛性主梁上開設(shè)有二級透氣孔或透氣槽。

在無風狀態(tài)下，所述葉片自適應(yīng)變形段的葉面呈平面狀態(tài)；在有風狀態(tài)下，所述葉片自適應(yīng)變形段的葉身截面形狀為翼型。

所述自適應(yīng)變形葉片的弦長記為l0，且在自適應(yīng)變形葉片的弦長方向上，所述葉片前緣段的長度記為l1，所述葉片自適應(yīng)變形段的長度記為l2，所述葉片后緣段的長度記為l3；其中，l1≤40％·l0，l2＝(10％～90％)·l0，l3≤10％·l0。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的自適應(yīng)變形葉片，在提高升力型風力機啟動性能上區(qū)別于傳統(tǒng)的電動機驅(qū)動方式或變槳距技術(shù)，并且能夠在各種類型的升力型風力機上應(yīng)用，能夠有效提高升力型風力機的啟動性能，并保證升力型風力機在啟動后的運行階段擁有較高的輸出功率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種可提高升力型風力機啟動性能的自適應(yīng)變形葉片(葉片后緣段為空心結(jié)構(gòu))在無風狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的一種可提高升力型風力機啟動性能的自適應(yīng)變形葉片(葉片后緣段為空心結(jié)構(gòu))在有風狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的一種可提高升力型風力機啟動性能的自適應(yīng)變形葉片(葉片后緣段為實心結(jié)構(gòu))在無風狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的一種可提高升力型風力機啟動性能的自適應(yīng)變形葉片(葉片后緣段為實心結(jié)構(gòu))在有風狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為實施例中三種類型葉片的啟動特性曲線圖；

圖6為實施例中用于風洞實驗的平板葉片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為實施例中用于風洞實驗的固定翼型葉片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1—葉片前緣段，2—葉片自適應(yīng)變形段，3—葉片后緣段，4—剛性主梁，5—一級透氣孔或透氣槽，6—二級透氣孔或透氣槽，7—平板葉片，8—固定翼型葉片。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。

如圖1～4所示，一種可提高升力型風力機啟動性能的自適應(yīng)變形葉片，分為葉片前緣段1、葉片自適應(yīng)變形段2及葉片后緣段3；所述葉片前緣段1和葉片自適應(yīng)變形段2均為空心結(jié)構(gòu)，葉片前緣段1的葉面由剛性材料制成，葉片自適應(yīng)變形段2的葉面由柔性材料制成；所述葉片后緣段3為空心結(jié)構(gòu)或?qū)嵭慕Y(jié)構(gòu)，葉片后緣段3的葉面或葉身由剛性材料制成；所述葉片前緣段1與葉片后緣段3之間通過剛性主梁4相連，所述葉片自適應(yīng)變形段2連接在葉片前緣段1和葉片后緣段3之間，且剛性主梁4位于葉片自適應(yīng)變形段2的葉面內(nèi)側(cè)；在所述葉片前緣段1迎風側(cè)的葉面上開設(shè)有一級透氣孔或透氣槽5；在所述剛性主梁4上開設(shè)有二級透氣孔或透氣槽6。

在無風狀態(tài)下，所述葉片自適應(yīng)變形段2的葉面呈平面狀態(tài)；在有風狀態(tài)下，所述葉片自適應(yīng)變形段2的葉身截面形狀為翼型。

所述自適應(yīng)變形葉片的弦長記為l0，且在自適應(yīng)變形葉片的弦長方向上，所述葉片前緣段1的長度記為l1，所述葉片自適應(yīng)變形段2的長度記為l2，所述葉片后緣段3的長度記為l3；其中，l1≤40％·l0，l2＝(10％～90％)·l0，l3≤10％·l0。

下面結(jié)合附圖說明本發(fā)明的一次使用過程：

具體對本發(fā)明的自適應(yīng)變形葉片進行風洞實驗。

實驗前，需要準備三種類型的葉片，第一種為本發(fā)明的自適應(yīng)變形葉片，第二種為平板葉片7(如圖6所示)，第三種為固定翼型葉片8(如圖7所示)。其中，平板葉片7的截面為矩形，且相對厚度為9％；而固定翼型葉片8的截面翼型為naca0018，且相對厚度為18％；并且，三種類型的葉片長度均為0.3m；實驗載體為水平軸升力型風力機。

實驗時，三種類型的葉片均選取兩片進行實驗，并且來流風速均為8m/s，并最終得到三種類型葉片的啟動特性曲線(即轉(zhuǎn)速隨時間的變化曲線)，如圖5所示。

對于平板葉片來說，從圖5中可以看出，相對較薄的平板葉片能夠快速啟動并達到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，但轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速值較低。

對于固定翼型葉片來說，從圖5中可以看出，由于葉片相對較厚，葉片的啟動時間花費較長，但隨著時間的推移，也會達到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，并且轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速值也較高。

對于本發(fā)明的自適應(yīng)變形葉片，從圖5中可以看出，葉片啟動初始階段，由于轉(zhuǎn)速較低，葉片迎風側(cè)的靜壓較低，通過一級透氣孔或透氣槽5和二級透氣孔或透氣槽6進入葉片內(nèi)部空腔的壓力，還不足以使葉片自適應(yīng)變形段2的葉面發(fā)生快速膨脹，此時的葉片啟動特性更接近于平板葉片；但是隨著轉(zhuǎn)速的不斷提高，葉片迎風側(cè)的靜壓逐漸增大，葉片內(nèi)部空腔的壓力也將逐漸增高，使葉片自適應(yīng)變形段2葉面的膨脹速度逐漸增大，此時的葉片啟動特征將越來越趨近于固定翼型葉片。

通過上述風洞實驗結(jié)果可知，本發(fā)明的自適應(yīng)變形葉片，因為在啟動初期具有接近于平板葉片的啟動特性，因此可以有效提高升力型風力機的啟動性能，而啟動中后期會逐漸具有固定翼型葉片的啟動特性，因此可保證升力型風力機在啟動后的運行階段擁有較高的輸出功率。

實施例中的方案并非用以限制本發(fā)明的專利保護范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實施或變更，均包含于本案的專利范圍中。