風(fēng)力機(jī)葉片尾緣及葉尖增升降噪的柔性仿生羽毛帶的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)能利用領(lǐng)域，是一種通過仿生技術(shù)控制葉片脫落渦、尾跡和葉尖渦來提高葉片升力降低噪聲的結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景
[0002]風(fēng)力機(jī)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)械裝置。與其他清潔能源技術(shù)相比，風(fēng)電技術(shù)更加成熟可靠，因此風(fēng)能也被認(rèn)為是21世紀(jì)最有可能替代化石能源的清潔能源。但是風(fēng)力機(jī)仍然存在一些局部的技術(shù)問題，比如在葉片頂部存在葉尖渦，葉尖渦的產(chǎn)生降低了葉頂局部區(qū)域的升力，葉展絕大部分區(qū)域的尾緣處產(chǎn)生脫落渦和尾跡，這些渦量也是風(fēng)力機(jī)噪聲的主要來源。采用何種方式降低風(fēng)力機(jī)葉尖渦強(qiáng)度、降低葉片脫落渦和尾跡的強(qiáng)度，達(dá)到不損害或較小的損害葉片升力又能降低風(fēng)力機(jī)的噪聲等級(jí)？這是所有風(fēng)力機(jī)行業(yè)的研究人員都關(guān)心的問題。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)大致有三種解決方案:1、US7901189和US8043066專利提出采用多孔的阻尼柔性材料吸收葉片表面、葉尖和尾緣的振動(dòng)能量降低噪聲；2、EP1886016A1、US8038396、US8157532專利采用葉片吸力面壁面安放不同形狀的渦流發(fā)生器的方式促進(jìn)附面層的轉(zhuǎn)捩，抑制分離降低脫落渦和尾跡的強(qiáng)度進(jìn)而降低噪聲等級(jí)；3、CN102465827專利提出采用了鋸齒和硬毛結(jié)構(gòu)，US7976276和US8083488專利提出采用鋸齒結(jié)構(gòu)替代葉片的傳統(tǒng)尾緣。第一類方案在一定程度上可以起到降低了噪聲的作用，但對(duì)葉片的升力性能并未有明顯的改進(jìn)；第二類方案雖然降低了噪聲，但增加了葉片吸力面附面層損失，尾跡的強(qiáng)度會(huì)有所增加；第三類方案中緊貼尾緣部的鋸齒在降低脫落渦和尾跡強(qiáng)度有一定的效果，主要起到降噪的作用，增加升力的效果不明顯，葉尖渦的強(qiáng)度不能采用此方法改進(jìn)加以抑制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了更好地解決風(fēng)力機(jī)行業(yè)存在的降低葉尖渦強(qiáng)度、降低葉片脫落渦和尾跡的強(qiáng)度進(jìn)而降低噪聲等級(jí)的難題，本項(xiàng)發(fā)明考察了高空中飛行的鷹用羽翼后端羽毛控制脫落渦和尾跡、用羽翼尖部的控制翼尖渦的行為，鷹飛行所產(chǎn)生的噪聲水平極低，從鷹使用翼后部和尖部的羽毛控制流動(dòng)的機(jī)理上提出抑制風(fēng)力機(jī)葉尖渦、降低葉片脫落渦和尾跡的強(qiáng)度的有效方法，與此同時(shí)降低風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)噪聲等級(jí)。具體地說，本項(xiàng)發(fā)明采用下述技術(shù)方案來提升風(fēng)力機(jī)葉片的升力和降低風(fēng)力機(jī)的噪聲等級(jí):
[0005]本發(fā)明所述的風(fēng)力機(jī)葉片尾緣及葉尖增升降噪的柔性仿生羽毛帶，由輕質(zhì)柔性材料制作，其一端固定于風(fēng)力機(jī)葉片的尾部和葉尖部，另一端可由風(fēng)力機(jī)尾部和葉尖部?jī)蓚?cè)壓力差的作用下發(fā)生柔性變形。其中，柔性仿生羽毛帶中的仿生羽毛呈層疊狀排列，后一片仿生羽毛壓在前一片仿生羽毛的部分上，相鄰的仿生羽毛間存在細(xì)小縫隙，仿生羽毛是可以隨兩側(cè)壓力差的變化作小范圍的柔性變形，風(fēng)力機(jī)的壓力面和吸力面的附面層流體可以從相鄰的層疊在一起的仿生羽毛的縫隙里穿過后形成尾跡，也可以沿仿生羽毛帶整體的外表面流過，在柔性仿生羽毛帶形成的鋸齒的間隙里面匯合后脫落形成尾跡，風(fēng)力機(jī)翼尖壓力面流體可以從相鄰的層疊在一起的仿生羽毛的縫隙里穿過后形成尾跡，也可以沿仿生羽毛帶整體的外表面流過后，再繞過柔性仿生羽毛帶形成的鋸齒的間隙形成葉尖渦。
[0006]葉尖部連接的柔性仿生羽毛帶的承力支架是柔性的，位于仿生羽毛的迎風(fēng)輪廓線上，仿生羽毛面上存在傾斜的細(xì)密的仿生羽絲，可以通過柔性細(xì)帶固定于風(fēng)力機(jī)葉尖部，也可以直接固定在風(fēng)力機(jī)的葉尖部。
[0007]尾部連接的柔性仿生羽毛帶的承力支架也是柔性的，位于仿生羽毛的迎風(fēng)輪廓線的軸對(duì)稱線上，仿生羽毛面上存在傾斜的細(xì)密的仿生羽絲，作為優(yōu)選細(xì)密仿生羽絲與承力支架呈30°夾角，仿生羽毛可以通過柔性細(xì)帶固定于風(fēng)力機(jī)尾部，也可以直接固定在風(fēng)力機(jī)尾部。
[0008]本項(xiàng)發(fā)明利用鷹通過羽翼在高速飛行時(shí)對(duì)葉尖渦、脫落渦及尾跡的控制機(jī)制，設(shè)計(jì)了可應(yīng)用于現(xiàn)有風(fēng)力機(jī)葉片的層疊狀尾緣及葉尖增升降噪的柔性仿生羽毛帶。葉尖部連接的柔性仿生羽毛帶通過柔性變形延長(zhǎng)了與葉尖壓力面繞流氣體的作用時(shí)間，柔性仿生羽毛帶能產(chǎn)生升力，并提供了繞流氣流從仿生羽毛層疊縫隙、仿生羽毛葉頂鋸齒空隙、繞過仿生羽毛尖三種方式通過，極大地削弱了葉尖渦，可有效改善傳統(tǒng)風(fēng)力機(jī)葉片因產(chǎn)生較高強(qiáng)度的葉尖渦而帶來葉頂區(qū)域升力下降的問題。尾部連接的柔性仿生羽毛帶通過柔性變形延長(zhǎng)了與葉展壓力面附面層氣體的作用時(shí)間，阻隔了原來尾緣處由壓力面流向吸力面脫落渦形成，為附面層氣體提供了從仿生羽毛層疊縫隙、仿生羽毛葉頂鋸齒空隙、繞過仿生羽毛尖三種通過方式，極大地削弱了脫落渦，提高了葉展尾部的升力。仿生羽毛帶表面的細(xì)密羽絲對(duì)流經(jīng)其表面的葉尖和尾部的具有附面層氣體進(jìn)行了梳理，降低了尾跡中的湍動(dòng)能，降低了尾跡的噪聲等級(jí)，再結(jié)合葉尖和尾部的仿生羽毛帶對(duì)葉尖渦、脫落渦強(qiáng)度的削弱，最終從整體上降低了風(fēng)力機(jī)的噪聲等級(jí)。
[0009]本發(fā)明可以達(dá)到以下效果:
[0010]采用風(fēng)力機(jī)葉片尾緣及葉尖增升降噪的柔性仿生羽毛帶，可以提高風(fēng)力機(jī)葉尖、尾部的升力，削弱葉尖渦和脫落渦的強(qiáng)度，降低了尾跡中的湍動(dòng)能，降低了風(fēng)力機(jī)整體的噪聲等級(jí)。
[0011]上述說明是本發(fā)明方案的概述，為了能夠更清楚的了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施。下面詳細(xì)給出本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】及其附圖。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的外觀輪廓示意圖及葉尖柔性仿生羽毛帶、尾部柔性仿生羽毛帶的局部放大圖
[0013]圖2是本發(fā)明的局部截面示意圖
[0014]圖3是本發(fā)明的葉尖的柔性仿生羽毛結(jié)構(gòu)示意圖
[0015]圖4是本發(fā)明的尾部的柔性仿生羽毛結(jié)構(gòu)示意圖
[0016]圖中:1、風(fēng)力機(jī)葉片；2、葉尖柔性仿生羽毛帶；3、尾部柔性仿生羽毛帶；4、柔性細(xì)帶；5、葉尖柔性仿生羽毛的承力支架；6、葉尖柔性仿生羽毛的仿生羽絲；7、葉尖柔性仿生羽毛的非承力輪廓；8、尾部柔性仿生羽毛的承力支架；9、尾部柔性仿生羽毛的仿生羽絲；10、尾部柔性仿生羽毛的非承力輪廓。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】、結(jié)構(gòu)、特征及其功效進(jìn)行詳細(xì)描述:
[0018]在風(fēng)力機(jī)葉片1的葉尖部和尾部區(qū)域分別安裝葉尖柔性仿生羽毛帶2、尾部柔性仿生羽毛帶3，使葉尖柔性仿生羽毛帶2、尾部柔性仿生羽毛帶3的一端固定于風(fēng)力機(jī)葉片1的葉尖部和尾部，可參見圖1和圖2，上述風(fēng)力機(jī)葉片包括水平軸和垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片。
[0019]上述葉尖柔性仿生羽毛帶2、尾部柔性仿生羽毛帶3可以通過柔性細(xì)帶4與風(fēng)力機(jī)葉片1相連，也可以直接與風(fēng)力機(jī)葉片1相連，作為優(yōu)選葉尖柔性仿生羽毛帶2、尾部柔性仿生羽毛帶3通過柔性細(xì)帶4風(fēng)力機(jī)葉片1相連。
[0020]上述仿生羽毛帶中的仿生羽毛呈層疊狀排列，由輕質(zhì)柔性材料制作，后一片仿生羽毛壓在前一片仿生羽毛的部分上，相鄰的仿生羽毛間存在細(xì)小縫隙，仿生羽毛是可以隨兩側(cè)壓力差的變化作小范圍的柔性變形。
[0021]仿生羽毛帶中的仿生羽毛由柔性承力支架和仿生羽絲構(gòu)成，參見圖3和圖4，葉尖柔性仿生羽毛帶2包含葉尖柔性仿生羽毛的承力支架5、葉尖柔性仿生羽毛的仿生羽絲6，尾部柔性仿生羽毛帶3包含尾部柔性仿生羽毛的承力支架8、尾部柔性仿生羽毛的仿生羽絲9。
[0022]上述仿生羽絲非常細(xì)密，為柔性材料，葉尖柔性仿生羽毛的仿生羽絲6的一端連接在葉尖柔性仿生羽毛的承力支架5，葉尖柔性仿生羽毛的仿生羽絲6的另一端為自由端，其構(gòu)成了葉尖柔性仿生羽毛的非承力輪廓7，尾部柔性仿生羽毛的仿生羽絲9的一端連接在尾部柔性仿生羽毛的承力支架8，尾部柔性仿生羽毛的仿生羽絲9的的另一端為自由端，其構(gòu)成了尾部柔性仿生羽毛的非承力輪廓10，尾部柔性仿生羽毛的承力支架8為尾部柔性仿生羽毛的軸對(duì)稱線上。
[0023]本發(fā)明的技術(shù)方案不限于上述具體實(shí)施例的限制，凡是根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的技術(shù)變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種風(fēng)力機(jī)葉片尾緣及葉尖增升降噪的柔性仿生羽毛帶，其特征在于其由與風(fēng)力機(jī)葉片的尾部連接的可在風(fēng)力機(jī)尾部?jī)蓚?cè)壓力差的作用下發(fā)生柔性變形的仿生羽毛帶和與風(fēng)力機(jī)葉片的葉尖部連接的可在風(fēng)力機(jī)葉尖兩側(cè)壓力差的作用下發(fā)生柔性變形的仿生羽毛帶構(gòu)成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機(jī)葉片尾緣及葉尖增升降噪的柔性仿生羽毛帶，其特征在于其連接的柔性仿生羽毛帶中的仿生羽毛呈層疊狀排列，后一片仿生羽毛壓在前一片仿生羽毛的部分上，仿生羽毛帶為輕質(zhì)柔性材料。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉尖部連接的柔性仿生羽毛帶，其特征在于其承力支架是柔性的，位于仿生羽毛的迎風(fēng)輪廓線上，仿生羽毛面上存在傾斜的細(xì)密的仿生羽絲，可以通過柔性細(xì)帶固定于風(fēng)力機(jī)葉尖部，也可以直接固定在風(fēng)力機(jī)的葉尖部。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尾部連接的柔性仿生羽毛帶，其特征在于其承力支架是柔性的，位于仿生羽毛的迎風(fēng)輪廓線的軸對(duì)稱線上，仿生羽毛面上存在傾斜的細(xì)密的仿生羽絲，作為優(yōu)選細(xì)密仿生羽絲與承力支架呈30°夾角，仿生羽毛可以通過柔性細(xì)帶固定于風(fēng)力機(jī)尾部，也可以直接固定在風(fēng)力機(jī)尾部。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性仿生羽毛帶，其特征在于層疊的仿生羽毛間是有縫隙的，仿生羽毛是可以隨兩側(cè)壓力差的變化作小范圍的柔性變形，風(fēng)力機(jī)的壓力面和吸力面的附面層流體可以從相鄰的層疊在一起的仿生羽毛的縫隙里穿過后形成尾跡，也可以沿仿生羽毛帶整體的外表面流過，在柔性仿生羽毛帶形成的鋸齒的間隙里面匯合后脫落形成尾跡，風(fēng)力機(jī)翼尖壓力面流體可以從相鄰的層疊在一起的仿生羽毛的縫隙里穿過后形成尾跡，也可以沿仿生羽毛帶整體的外表面流過后，再繞過柔性仿生羽毛帶形成的鋸齒的間隙形成葉尖渦。
【專利摘要】一種風(fēng)力機(jī)葉片尾緣及葉尖增升降噪的柔性仿生羽毛帶。它是應(yīng)用鷹通過羽翼在高速飛行時(shí)對(duì)葉尖渦、脫落渦及尾跡的控制機(jī)制，設(shè)計(jì)的可應(yīng)用于現(xiàn)有風(fēng)力機(jī)葉片尾緣及葉尖增升降噪的層疊狀的柔性仿生羽毛帶，它由輕質(zhì)柔性材料制作，其一端固定于風(fēng)力機(jī)葉片的尾部和葉尖部，另一端可由風(fēng)力機(jī)尾部和葉尖部?jī)蓚?cè)壓力差的作用下發(fā)生柔性變形，柔性仿生羽毛帶中的仿生羽毛呈層疊狀排列，后一片仿生羽毛壓在前一片仿生羽毛的部分上，相鄰的仿生羽毛間存在細(xì)小縫隙，仿生羽毛由柔性的承力支架和細(xì)密的柔性仿真羽絲構(gòu)成。本發(fā)明可以有效增大風(fēng)力機(jī)葉片的升力，削弱葉尖渦和脫落渦的強(qiáng)度，降低了尾跡中的湍動(dòng)能，降低風(fēng)力機(jī)的噪聲等級(jí)。
【IPC分類】F03D1/06, F03D3/06
【公開號(hào)】CN105089925
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510585444
【發(fā)明人】韓萬龍
【申請(qǐng)人】韓萬龍
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年9月15日