本發(fā)明涉及一種大型風(fēng)輪葉片后緣可變形的裝置，屬于新能源技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種可改變?nèi)~片后緣側(cè)的翼型分布的方法，及后緣側(cè)設(shè)有可變形裝置的風(fēng)輪葉片，使用該種風(fēng)輪葉片的風(fēng)機(jī)和該種風(fēng)輪葉片的制作方法。

背景技術(shù)：

隨著葉片長度的增加，風(fēng)輪葉尖速度也逐漸增加。葉片在正常運(yùn)行的時候，最大弦長附近部分截面迎角較大。隨著迎角的增加，前駐點(diǎn)向后緣移動，氣流繞前緣近區(qū)的吸力峰在增大，造成峰值點(diǎn)后的氣流頂著逆壓梯度向后流動越困難，氣流的減速越嚴(yán)重。這不僅促使邊界層增厚，變成湍流，而且迎角達(dá)到一定程度以后，逆壓梯度達(dá)到一定數(shù)值，氣流就無力頂著逆壓減速了，而發(fā)生分離。氣流分離后會造成吸力面靠近后緣出現(xiàn)不穩(wěn)定脫落渦，這樣一方面會減小葉片輸出功率，另一方面會使最大弦長附近載荷不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生振動。由于吸力面靠近后緣部位的翼型分布會影響氣流流動，改變該區(qū)域的翼型分布也會引起葉片在大迎角下的分離流動的變化，對后緣部位厚度進(jìn)行有效的增加會對翼型的氣動特性產(chǎn)生積極影響。

一般大型風(fēng)電機(jī)組葉片在最大弦長附近使用厚度為40%的翼型，而初始設(shè)計(jì)的翼型后緣厚度較薄，相對后緣較厚的翼型，這種較薄的翼型容易出現(xiàn)失速現(xiàn)象，其失速性能也較差。當(dāng)翼型靠近后緣位置厚度增加后，不僅能增加其最大升力系數(shù)，提高升阻比，也相應(yīng)地降低了氣流通過截面尾緣位置的逆壓梯度，從而推遲或者避免氣流的分離。

變槳型風(fēng)輪葉片運(yùn)行中，由于葉根位置相對葉尖位置在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)速較小，當(dāng)風(fēng)速相同，最大弦長附近截面迎角比葉尖位置迎角大。隨著風(fēng)速的增加，在風(fēng)速未達(dá)到額定風(fēng)速時，最大弦長附近截面迎角是逐漸增加的，在額定風(fēng)速時迎角達(dá)到一個較高的數(shù)值，葉片此時產(chǎn)生最大輸出功率。隨著風(fēng)速的增加，葉片為了保持額定功率，進(jìn)行變槳動作。當(dāng)風(fēng)速大于額定風(fēng)速以后，隨著風(fēng)速的增加，最大弦長附近截面攻角也是逐漸增加的，直至風(fēng)速達(dá)到切出風(fēng)速。在風(fēng)速達(dá)到額定風(fēng)速前和風(fēng)速達(dá)到切出風(fēng)速前一部分風(fēng)速段，最大弦長附近均出現(xiàn)不同程度的迎角過大現(xiàn)象，氣流發(fā)生分離。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明目的之一是提供一種可改變?nèi)~片后緣側(cè)的翼型分布的方法，可通過改善葉片后緣側(cè)的翼型分布，來改善尾流。

本發(fā)明又一目的是提供一種后緣側(cè)設(shè)有可變形裝置的風(fēng)輪葉片，其可改變風(fēng)輪葉片后緣的翼型分布，并改善尾流，尤其是當(dāng)葉片最大弦長附近出現(xiàn)較大迎角時，能改善葉片最大弦長附近的受載情況，并能增加葉片在該迎角運(yùn)行時的發(fā)電量。

本發(fā)明又一目的是提供一種后緣側(cè)設(shè)有可變形裝置的風(fēng)輪葉片的制作方法，其制作簡單方便，且可根據(jù)需要調(diào)整可變形裝置的剛度，以根據(jù)不同的需要獲得相應(yīng)的變形程度。

本發(fā)明又一目的是提供一種具有后緣側(cè)設(shè)有可變形裝置的風(fēng)輪葉片的風(fēng)機(jī)，其在運(yùn)行過程中，不僅不會影響在正常層流時的氣動性能，而且當(dāng)葉片吸力面產(chǎn)生分離流過程中可以有效減緩載荷，增加功率。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的主要技術(shù)方案包括：

一種改變?nèi)~片后緣側(cè)的翼型分布的方法，其包括：

在葉片的后緣側(cè)的預(yù)定位置設(shè)置可因風(fēng)壓而產(chǎn)生變形的板，通過該板的變形來改變?nèi)~片后緣側(cè)的翼型分布。

其中，為了取得更佳的改善效率，葉片的預(yù)定位置指葉片的吸力面的最大弦長處。由于最大弦長位置弦長最大，攻角更易出現(xiàn)失速，而靠近葉尖位置一般不會出現(xiàn)失速情況，并且較葉根段翼型分布明確，理論上應(yīng)該在任何出現(xiàn)失速段都添加纖維板，但最大弦長位置添加纖維板對于改善該失速情況作用是最大的。

其中，該板的變形程度通過板的剛度大小來調(diào)整。

其中，該板具有連接部和變形部，靠近迎風(fēng)面一側(cè)的連接部連接于葉片，迎風(fēng)面一側(cè)的變形部提供該板的變形，該連接部沿葉片的弦長方向的寬度小于該變形部沿葉片的弦長方向的寬度。

一種后緣側(cè)設(shè)有可變形裝置的風(fēng)輪葉片，其包括：

葉片本體，具有吸力面；以及

可變形裝置，整體呈板狀，具有第一表面和第二表面，第一表面靠近迎風(fēng)面的一側(cè)（連接區(qū)域）連接葉片本體的吸力面，該可變形裝置遠(yuǎn)離迎風(fēng)面的一側(cè)（變形區(qū)域）能通過變形來改變?nèi)~片后緣側(cè)的翼型分布。

其中，所述可變形裝置設(shè)于葉片本體的后緣側(cè)的吸力面的最大弦長處的預(yù)定區(qū)域，由于在葉片弦線位置30%~60%的后緣位置，所述可變形裝置出現(xiàn)變形后其氣動性能是最優(yōu)的，該預(yù)定區(qū)域優(yōu)選為指葉片本體的后緣側(cè)的弦長的30%~60%。

其中，所述可變形裝置設(shè)有沿葉片的弦長方向延伸的開口。該開口可以將可變形裝置完全切割為兩個獨(dú)立的部分，或者是不完全切割，即在兩部分之間設(shè)有一個或若干個斷續(xù)的連接部。

其中，為了獲得更好的抗疲勞性能，且易于成型，所述可變形裝置為纖維板，由于玻璃纖維不僅便宜，而且能夠滿足極限和疲勞載荷要求，而碳纖維強(qiáng)度較高，能夠滿足對于結(jié)構(gòu)和氣動特性的較高要求，優(yōu)選為碳纖維或玻璃纖維。

其中，由于葉片運(yùn)行的時候，纖維板的各個位置受力不同，為了避免纖維板局部位置的變形影響其他位置，所述纖維板可以為兩塊以上，當(dāng)為兩塊時，分設(shè)于最大弦長位置的兩側(cè)，例如可以是在最大弦長位置進(jìn)行剪切，以消除對中間位置變形的影響。

其中，第二表面靠近迎風(fēng)面的一側(cè)設(shè)有斜角，斜角的角度可以是3°~10°，優(yōu)選為5°。

其中，所述可變形裝置的第一表面靠近迎風(fēng)面的一側(cè)（連接區(qū)域）粘接連接葉片本體的吸力面的預(yù)定寬度區(qū)域，優(yōu)選為吸力面的該預(yù)定寬度區(qū)域粘接之前是經(jīng)過打磨的，優(yōu)選為多向打磨，優(yōu)選為預(yù)定寬度區(qū)域的寬度為100cm。

其中，葉片本體的最大弦長處的所述預(yù)定區(qū)域指：由葉根至葉尖的軸向?yàn)樽宰畲笙议L位置靠近葉根側(cè)1米到最大弦長位置靠近葉尖側(cè)1米，由前緣至后緣的弦向?yàn)樽詫?yīng)的切面弦線上自前緣的(60%*弦長-0.1)米位置到后緣線。

一種風(fēng)機(jī)，其具有上述任一種后緣側(cè)設(shè)有可變形裝置的風(fēng)輪葉片。

一種后緣側(cè)設(shè)有可變形裝置的風(fēng)輪葉片的制作方法，其其包括如下步驟：

S10、在風(fēng)輪葉片的吸力面一側(cè)的模具上，對應(yīng)風(fēng)輪葉片的預(yù)定區(qū)域標(biāo)定位置，并在標(biāo)定的位置鋪放脫模布，該脫模布延伸至標(biāo)定的位置外一定距離；

S20、利用經(jīng)步驟S10鋪放脫模布的模具制作纖維板作為可變形裝置；

S30、使風(fēng)輪葉片基本呈水平的置于型修支架；

S40、標(biāo)記風(fēng)輪葉片的吸力面的預(yù)定寬度區(qū)域，并進(jìn)行打磨；

S50、在步驟S40打磨之后的預(yù)定寬度區(qū)域涂膠；

S60、將步驟S20制作的纖維板的連接區(qū)域粘接于步驟S50涂膠后的預(yù)定寬度區(qū)域，使作為可變形裝置的纖維板設(shè)置于風(fēng)輪葉片的預(yù)定位置。

其中，步驟S20的具體內(nèi)容為，在浸膠平臺上對纖維布進(jìn)行浸膠，浸膠后的纖維布進(jìn)行層鋪，層鋪前先在標(biāo)定位置的區(qū)域輥涂一層風(fēng)輪葉片的殼體用的樹脂，層鋪中用脫泡輥進(jìn)行輥壓，待固化后，在最大弦長位置將纖維板裁剪為兩塊，用砂紙打磨平整且無飛邊、毛刺，優(yōu)選為還將纖維板靠近前緣一邊外側(cè)用砂紙打磨出5°斜角，保證氣流平緩流動。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過在葉片的后緣側(cè)的預(yù)定位置（例如可以在最大弦長附近，吸力面靠近后緣處）加裝了可因風(fēng)壓而產(chǎn)生變形的板（例如可以為兩塊纖維板），該纖維板可以在葉片弦向靠近前緣處用膠進(jìn)行粘接。當(dāng)該預(yù)定區(qū)域（例如最大弦長附近）迎角較小時，纖維板受到正壓作用，不發(fā)生變形，該區(qū)域翼面正常流動，不會影響正常層流時的氣動性能。隨著迎角的增大，該區(qū)域后緣出現(xiàn)不穩(wěn)定的脫落渦后產(chǎn)生負(fù)壓，纖維板在負(fù)壓的作用下發(fā)生變形，吸力面靠近后緣位置產(chǎn)生新的形狀，而新的翼型增加了后緣厚度，減小了逆壓梯度，減弱了脫落渦的強(qiáng)度，從而使纖維板的受力減小，最終恢復(fù)為原來形狀。當(dāng)產(chǎn)生新的脫落渦，并且渦強(qiáng)度較大時，纖維板會再次變形，改善尾流。進(jìn)而改善了葉片最大弦長附近受載情況，也增加了葉片在該迎角運(yùn)行時的發(fā)電量。即在葉片吸力面產(chǎn)生分離流過程中可以有效減緩載荷，增加功率。纖維板的變形程度可以通過對纖維板剛度的控制來實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個實(shí)施例的風(fēng)輪葉片上安裝纖維板的立體示意圖（纖維板數(shù)量為兩塊，其中，A為整體視圖，B為局部視圖）；

圖2是本發(fā)明一個實(shí)施例的風(fēng)輪葉片上安裝有纖維板在大迎角下的立體示意圖（纖維板數(shù)量為兩塊，其中，A為整體視圖，B為局部視圖）；

圖3是本發(fā)明一個實(shí)施例的風(fēng)輪葉片上安裝有纖維板在大迎角下的切面示意圖（纖維板數(shù)量為兩塊）；

圖4是本發(fā)明一個實(shí)施例的風(fēng)輪葉片上安裝纖維板的俯視圖（纖維板數(shù)量為兩塊，預(yù)定區(qū)域?qū)挾葹橄揖€60%）；

圖5是本發(fā)明一個實(shí)施例的風(fēng)輪葉片上安裝有纖維板的示意圖（纖維板數(shù)量為兩塊，預(yù)定區(qū)域?qū)挾葹橄揖€40%）；

圖6是本發(fā)明一個實(shí)施例的風(fēng)輪葉片上安裝有纖維板的示意圖（纖維板數(shù)量為三塊）；

圖7是本發(fā)明一個實(shí)施例的風(fēng)輪葉片的制作方法流程圖。

【附圖標(biāo)記說明】

圖中：1.葉片本體，10.吸力面，20.最大弦長位置，30.前緣，40.后緣，X.軸向，Y.弦向，2.連接部，3.第一纖維板，4.第二纖維板。

具體實(shí)施方式

為了更好的解釋本發(fā)明，以便于理解，下面結(jié)合附圖通過具體實(shí)施方式對本發(fā)明作詳細(xì)描述。

參見圖1至圖5，本發(fā)明一個實(shí)施例的后緣側(cè)設(shè)有可變形裝置的風(fēng)輪葉片，其具有葉片本體1、第一纖維板3和第二纖維板4。

葉片本體1具有吸力面10、最大弦長位置20、前緣30和后緣40，并將葉根葉尖的延伸方向定義為軸向X，前緣30向后緣40延伸的方向定義為弦向Y，前緣30與后緣40沿弦向Y的距離定義為弦線長度。

葉片本體1的吸力面10的預(yù)定位置供設(shè)置第一纖維板3和第二纖維板4。其中，該預(yù)定位置設(shè)于葉片本體1的最大弦長位置20附近，優(yōu)選為以最大弦長位置20為軸分割為左、右兩部分（例如，分別向葉根和葉尖方向延長的左右對稱的設(shè)置，以葉片長度為43米，葉片最大弦長為7米為例，可以向左右各延長1米）；該預(yù)定位置設(shè)于靠近葉片本體1的后緣30，優(yōu)選為由后緣30開始向前緣40方向延伸，該預(yù)定位置在弦向的延伸方向上可以分割為前、后兩部分，靠近后緣30的后部分可以為弦線長度的40%左右，遠(yuǎn)離后緣30的前部分可以具有預(yù)定寬度（構(gòu)成預(yù)定寬度區(qū)域供第一、第二纖維板的連接部2連接用），例如由后緣30開始向前緣40方向延伸弦線長度的40%后，再加100mm的預(yù)定寬度。

第一纖維板3和第二纖維板4分別具有連接部2和變形部，連接部2供與葉片本體1連接，變形部供提供變形，通過變形來改變?nèi)~片后緣側(cè)的翼型分布。優(yōu)選為，第一纖維板3和第二纖維板4的連接部2分別具有第一表面和第二表面，該第一纖維板3和第二纖維板4通過連接部2的第一表面連接于葉片本體1的具有預(yù)定寬度的前部分（例如可以粘接連接）。其中，粘接連接時，該前部分優(yōu)選為經(jīng)過打磨（例如多向打磨）和清潔，之后涂抹預(yù)定寬度的膠，再用膠粘接。

為了保證粘接后葉片本體1與第一、第二纖維板3、4粘接位置的氣動性能，優(yōu)選為，第一、第二纖維板3、4的連接部2的第二表面靠近葉片本體1前緣40的一側(cè)設(shè)有斜角，該斜角可以是打磨成的（例如用砂紙打磨），該斜角的角度優(yōu)選為5°，以保證氣流的平緩流動。

本發(fā)明的風(fēng)輪葉片在運(yùn)行過程中，當(dāng)最大弦長位置20附近迎角較小時，第一、第二纖維板3、4受到正壓作用，不發(fā)生變形，該區(qū)域翼面正常流動，不會影響正常層流時的氣動性能。隨著迎角的增大，該區(qū)域后緣30出現(xiàn)不穩(wěn)定的脫落渦后產(chǎn)生負(fù)壓，第一、第二纖維板3、4在負(fù)壓的作用下發(fā)生變形，吸力面10靠近后緣30位置產(chǎn)生新的形狀，而新的翼型增加了后緣30厚度，減小了逆壓梯度，減弱了脫落渦的強(qiáng)度，從而使第一、第二纖維板3、4的受力減小，最終恢復(fù)為原來形狀。當(dāng)產(chǎn)生新的脫落渦，并且渦強(qiáng)度較大時，第一、第二纖維板3、4會再次變形，改善尾流。進(jìn)而改善了風(fēng)輪葉片最大弦長位置20附近的受載情況，也增加了風(fēng)輪葉片在該較大迎角運(yùn)行時的發(fā)電量。

參見圖7，本發(fā)明的風(fēng)輪葉片可以按如下流程制作：

S10、在葉片本體1的吸力面10一側(cè)的模具上，標(biāo)定該預(yù)定位置：軸向X為（最大弦長-1）米到（最大弦長+1）米，弦向Y為相應(yīng)切面弦線上從前緣開始(60%*弦長-0.1)米到后緣線，并在該區(qū)域鋪放一層脫模布，脫模布應(yīng)在該區(qū)域四個方向各延伸0.1米；

S20、在浸膠平臺上對纖維布進(jìn)行浸膠，要求浸潤后的纖維布應(yīng)無褶皺、無干點(diǎn)，纖維平直，纖維布浸潤良好，含膠量適中，層鋪前先在該區(qū)域輥涂一層葉片本體1的殼體用樹脂，層鋪中用脫泡輥進(jìn)行輥壓，要求輥壓后鋪層含膠量均勻，顏色一致，無干點(diǎn)、無氣泡、無分層，與葉片殼體貼實(shí)，待固化后，在最大弦長位置20將纖維板裁剪為兩塊，第一纖維板3、第二纖維板4，用砂紙打磨平整且無飛邊、毛刺等，將第一、第二纖維板3、4靠近前緣一邊外側(cè)用砂紙打磨出5°斜角，保證氣流平緩流動；

S30、葉片進(jìn)入型修車間，用吊車將葉片放至葉片型修支架上，檢查葉片擺放姿態(tài)，確認(rèn)葉片葉根處前后緣高度基本一致，葉片擺放基本水平；

S40、用記號筆在弦線方向(60%*弦長-0.1)米到（60%*弦長）米位置（具體安裝位置可以是從前緣到后緣進(jìn)行量取，在40%~70%的位置，從后緣側(cè)開始量取就是30%~60%的位置，最優(yōu)位置是本實(shí)施例的從前緣到后緣量取60%弦長的位置），軸向方向（最大弦長-1）米到（最大弦長+1）米）劃線，使用氣動打磨機(jī)（或砂布機(jī)）在該區(qū)域進(jìn)行打磨，且打磨過程中需按照不同方向打磨，不得僅打磨一個方向，以提高粘接強(qiáng)度，打磨過程中不得傷及葉片本體1的殼體鋪層，打磨完成后，用吸塵器將打磨區(qū)域及該區(qū)域周邊殘留灰塵清理干凈，用清洗劑仔細(xì)清洗粘接區(qū)域，要求粘接區(qū)域用手觸摸無水、無油污、無灰塵，以避免粘接不牢；

S50、在打磨區(qū)域涂抹1~2毫米厚度的膠2，膠2應(yīng)平整、均勻；

S60、將第一纖維板3、第二纖維板4粘貼在相應(yīng)位置。

該種制作方法簡單易行，且可以根據(jù)需要通過調(diào)整鋪層層數(shù)和纖維布的制造方式來調(diào)整纖維板的剛度。

參見圖6，本發(fā)明一個實(shí)施例的后緣側(cè)設(shè)有可變形裝置的風(fēng)輪葉片，其與前述實(shí)施例的區(qū)別在于，使用三塊纖維板，其中兩側(cè)的兩塊纖維板對稱設(shè)置于最大弦長位置20的兩側(cè)，另一塊居中的纖維板的中心軸與最大弦長位置20重合。

綜合上述可知，本發(fā)明的風(fēng)輪葉片的吸力面靠近后緣位置粘貼纖維板，可以為兩塊或多塊纖維板，材料可使用碳纖維或者玻璃纖維，例如由第一纖維板、第二纖維板靠近前緣的一邊用膠粘貼在葉片本體的吸力面上的最大弦長位置附近，使得兩塊纖維板通過膠與葉片粘接構(gòu)成一個整體，其整體即構(gòu)成一種可改變后緣翼型分布，改善尾流的裝置。當(dāng)最大弦長位置出現(xiàn)大迎角時，纖維板在負(fù)壓作用下產(chǎn)生變形，有效減緩載荷，增加功率，而在正常運(yùn)行過程中又不會影響在正常層流時的氣動性能。