WA风力机翼型族设计

力矩特性
CM
N-S
0.1
SA MODEL
Re=1800000
M=0.15
0
naca63615 wa150a
-0.1
-0.2
-0.3
0.5
1
1.5
2
CL
升阻比
80
N-S
SA MODEL
Re=1800000
M=0.15
60
CL/CD
40 naca63615 wa150a
20
00
0.5
1
1.5
2
CL
6.2 WA180A翼型的气动特性
阻力特性
N-S SA MODEL Re=1800000 M=0.15 1.5
1 du95w180 naca63618 wa180a
0.5
CL
0
0.01
0.02
0.03
WA风力机翼型族设计
乔志德
西北工业大学 2009年9月12日
1 需求背景
• 大型风力机叶片设计需要解决的关键 技术问题 :
• (1)提高叶片的风能捕获能力 • (2)降低叶片重量，以减少制造费用、运输
成本、减少由于大型风力机叶片重量增加 引起的惯性载荷和相应的系统载荷。
2 设计目标
• 由于叶片力系数对产生功率输出的风轮扭矩主 要有升力系数的切向分量所贡献，所以能够在 接近最大升力的大迎角下具有高升阻比的翼型 可以提高叶片的风能捕获能力
DU210
DU250
-0.4
DU300
DU350
DU401 -0.5
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
X
瑞典的FFA翼型族
Y
0.4
0.2
0
-0.2 FFA211 FFA241 FFA301
-0.4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
X
美国NREL的通用风力机翼型族
Y
0.4 0.3 0.2 0.1
0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5
0
NREL S809 NREL S814
NREL AIRFOILS FOR GENERAL WIND TURBINE BLADES
0.2
0.4
0.6
0.8
1
X
美国NREL大尺寸风力机的高升力翼型族
Y
0.4
0.2
0
-0.2
NREL S831
NREL S830
NREL HIGH LIFT AIRFOILS
• 外侧翼型的最大升力系数高于设计升力系数的1.2倍 • 内侧翼型有尽可能高的最大升力系数 • 叶片内外侧翼型的力矩系数为不低于-.15 • 主翼型的设计升力系数为1.2 • 弦长为100不同相对厚度对应的翼型后缘厚度为
• 15 18 21 25 30 35 40
• 0.5 0.45 0. 5 0.9 1.7 2.4 3.0
0
du95w180 naca63618 wa180a
0.01
0.02
0.03
0.04
CD
力矩特性
CM
0.1
XFOIL Re=6000000
M=0
N=9
0
du95w180 naca63618 wa180a
-0.1
-0.2
-0.3
0.5
1
1.5
2
CL
升阻比
200
XFOIL Re=6000000
M=0
自由转捩（XFOIL ， 转捩因子N＝9）
升力特性
CL
2
XFOIL
1.8
Re=6000000 M=0
N=9
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2 0
5
du95w180 naca63618 wa180a
10
15
20
ALPHA
阻力特性
2
XFOIL
Re=6000000 M=0 N=9
1.5
CL
1 0.5
• 由于叶片剖面的升力是由升力系数与弦长的乘 积决定的，为了减少大型风力机叶片重量及相 应的惯性载荷，需要通过设计能够在更大升力 系数下工作的翼型，以减少叶剖面弦长
3 设计中用于参考并进行对比的国外 风力机翼型
Y
0.4
荷荷兰兰的的DDUU翼翼型型族族
0.3
0.2
0.1
0
-0.1
-0.2
DU180
-0.3
• 内侧翼型应具有尽可能高的最大升力系 数，从0.4到1.0的升力系数范围内保持低的 阻力 ，力矩系数为-. 15
4.2 变矩调节风力机翼型设计指标
• 允许使用具有更高设计升力系数的翼型 具有更高设计升力系数的翼型可以用于减少叶片剖面 的弦长（从而减少叶片的结构重量）， 可以获得更 高的升阻比（因而增加风力机的功率系数）
升力特性
2
XFOIL
Re=6000000
M=0
N=9
1.5
CL
naca63615
1
wa150a
0.5 0
5
10
15
20
ALPHA
阻力特性
2
XFOIL
Re=6000000 M=0 N=9
1.5
CL
1 0.5
0
naca63615 wa150a
0.01
0.02
0.03
CD
力矩特性
CM
XFOIL
0.1
Re=6000000
N-S SA MODEL Re=1800000 M=0.15 1.5
CL
1 naca63615 wa150a
0.5
0
5
10
15
20
ALPHA
阻力特性
N-S SA MODEL Re=1800000 M=0.15
1.5
CL
1 0.5
0
naca63ห้องสมุดไป่ตู้15 wa150a
0.01
0.02
0.03
0.04
CD
M=0
N=9
0
naca63615 wa150a
-0.1
-0.2
-0.3
0.5
1
1.5
2
CL
升阻比
200
XFOIL
Re=6000000 M=0 N=9
150
CL/CD
100
naca63615 wa150a 50
00
0.5
1
1.5
2
CL
WA150A翼型，全紊流（N－S， SA MODEL） 升力特性
5 WA翼型族翼型的几何外形
Y
0.2
0
-0.2 WA150A
WA180A
WA210A
WA250A
-0.4
WA300A
WA350A
WA400A
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
X
6 WA翼型族翼型与其他风力机翼型 的表面压力分布比较
6 WA风力机翼型族的气动特性
6.1 WA150A翼型 ，自由转捩（XFOIL ， 转捩因子N＝9）
-0.4
FOR LARGE SIZE WIND TURBINE BLADES
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
X
4 WA翼型的设计指标
4.1 传统的风力机（失速控制类型）翼 型设计 指标：
• 外侧翼型（主翼型和叶尖翼型）保持相对 较低的最大升力系数、和缓的失速特性以 及-0.07－-0.10的低头力矩系数
N=9
150
du95w180 naca63618 wa180a
CL/CD
100
50
0
0
0.5
1
1.5
2
CL
全紊流（N－S， SA MODEL）
升力特性
N-S SA MODEL Re=1800000 M=0.15 1.5
CL
1
du95w180
naca63618
0.5
wa180a
0
5
10
15
20
ALPHA