风力机叶片后缘厚度改型研究

为满足风力机叶片性能、结构及工艺的需求，叶片后缘厚度要进行改型。本文采用Rfoil软件计算后缘改型前后的DU93-W-210翼型气动性能，研究分析了后缘改型从吸力面向压力面偏移以及改型位置从前缘向后缘偏移对翼型气动特性的影响。不同的后缘厚度改型方法对翼型气动性能的影响不同。研究结果表明，对于期望得到较好的升力系数的改型方法，以偏向压力面和改型位置靠近最大厚度为佳；而对于增强叶尖的工艺性且气动性能的改变尽量小的改型方法，则以对称增厚为宜；此外，后缘厚度改型后的升力系数和升力系数线性段斜率呈负相关关系。

随着风电行业的快速发展，风轮直径和功率等级不断提升，风力机叶片的长度也随之增长。超长柔性叶片已成为风电行业中的热门技术，翼型作为构成风力机叶片的基本元素，翼型的气动性能决定了叶片的气动效率，进而影响风电机组的输出功率和机组的稳定性 [1] [2]。然而，开发新的翼型耗时长、投资大， 在现有翼型基础上， 通过调整和优化翼型结构来提高翼型的气动性能和叶片结构稳定性被广泛应用 [3]。

一般而言，风力机叶片翼型的相对厚度在18%至40%之间。为提高叶片刚度、降低叶片质量和结构设计的难度 [4] [5]，钝尾缘外形被广泛应用。在叶尖区域，由于风力机叶片特性的需求，弦长和相对厚度均比较小， 制造工艺可能无法适应标准翼型后缘厚度 [6] [7]， 所以在制造过程中会对叶尖区域的后缘做增厚处理。无论是叶身区域的钝尾缘设计，还是叶尖区域的工艺调整，均需要对翼型后缘厚度进行修改。尽管行业内广泛采用对翼型后缘改型的方式来增加叶片的结构和工艺性能，但并未同时修正翼型的气动特性来进行气动设计。

为探究翼型不同后缘改型方式对气动性能的影响， 本文用荷兰Delft 大学开发的DU93-W-210 翼型进行研究。采用Rfoil 软件对DU93-W-210 翼型尾缘改型前后的气动特性进行计算，通过对比改型前后的性能差异，找出尾缘改型对翼型气动特性影响的趋势，进而得到不同应用场景对应的翼型尾缘改型方向。

2. 翼型与软件介绍 2.1. 翼型介绍 DU93-W-210 翼型是荷兰Delft 大学开发的DU 系列翼型之一，该翼型的特性为高升阻比、较大的升力系数以及缓和的失速性能，且粗糙度不敏感和较低的噪声性能 [3]- [8]。此翼型已在Dleft 大学低速风洞进行了性能测试， 测试结果见文献 [8]。

目前被广泛地应用在风力机叶片上。

其翼型几何特征数据见表1。

Table 1. Geometric characteristics of DU93-W-210 airfoil 表1. DU93-W-210 翼型几何特征 翼型厚度 前缘半径 最大厚度位置 最大弯度 最大弯度位置 21.01% 1.36% 33.4% 2.85% 71.9% 2.2. 软件介绍 Rfoil 翼型设计分析程序是以Xfoil v5.4 翼型设计分析程序为基础，由荷兰能源研究基金会、国家航