六、鋸齒后緣
隨著風(fēng)電機(jī)組安裝越來(lái)越靠近居住區(qū)，風(fēng)電機(jī)組噪聲問(wèn)題越來(lái)越受到重視。Oerlemans 和Mendez-Lopez 對(duì)Gamesa 公司的G58 機(jī)組進(jìn)行了運(yùn)行噪聲的測(cè)量，分析得出：
（1）風(fēng)電機(jī)組的主要噪聲來(lái)自于葉尖70% －95% 區(qū)域（葉尖噪聲已通過(guò)優(yōu)化的葉尖外形和反向扭角得到控制）；（2）葉片的噪聲主要來(lái)自后緣噪聲。
根據(jù)飛機(jī)引擎降噪的經(jīng)驗(yàn)，Howe 于1991 年提出了鋸齒后緣降低葉片后緣噪聲的傳播理論。后緣鋸齒會(huì)使流動(dòng)在后緣處形成一列反向旋轉(zhuǎn)的渦對(duì)，改變了尾渦結(jié)構(gòu)，減弱了下游尾跡區(qū)的展向相關(guān)性，減小了噪聲的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射。隨后大量的理論研究及實(shí)際應(yīng)用表明該技術(shù)可以顯著降低葉片的氣動(dòng)噪聲。目前鋸齒后緣設(shè)計(jì)已普遍應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)組葉片中，圖7 為其在西門子葉片上的應(yīng)用實(shí)例。
七、葉尖小翼
葉片旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于壓力差導(dǎo)致壓力面氣流繞過(guò)葉尖端面流入吸力面，既破壞了葉尖二維流動(dòng)情況，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生葉尖渦，這是造成葉尖噪聲、葉片效率減小、疲勞載荷增加的主要原因之一。借鑒飛機(jī)機(jī)翼解決翼尖渦的經(jīng)驗(yàn)，一種類似翼梢的葉尖小翼被應(yīng)用到風(fēng)電機(jī)組葉片中。加裝小翼，可以重整通過(guò)葉尖流場(chǎng)的氣流，有效地降低葉尖處誘導(dǎo)阻力，減少葉尖能量損失，從而提高原有風(fēng)電機(jī)組的功率輸出。這種葉尖小翼設(shè)計(jì)與大弦長(zhǎng)葉根一樣幾乎成為Enercon 公司風(fēng)電機(jī)組葉片的標(biāo)志（如圖8 所示），然而也有越來(lái)越多的其他風(fēng)電機(jī)組制造商開(kāi)始采用這種技術(shù)。
主動(dòng)控制技術(shù)
主動(dòng)控制技術(shù)是指通過(guò)對(duì)風(fēng)速、風(fēng)向、葉片入流角及葉片表面氣流等因素的主動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)控制風(fēng)電機(jī)組載荷及氣動(dòng)性能的目的。現(xiàn)代風(fēng)電機(jī)組中應(yīng)用最廣泛的主動(dòng)控制方法是主動(dòng)偏航和變槳。本文主要介紹對(duì)葉片表面流動(dòng)的主動(dòng)控制技術(shù)，目前這方面技術(shù)的研究有很多，大體可分為通過(guò)改變剖面形狀和通過(guò)表面吹/ 吸氣的方式進(jìn)行氣動(dòng)特性的控制。
一、改變剖面形狀
在飛機(jī)機(jī)翼中，通過(guò)后緣襟翼的收放來(lái)增大或減小翼型中弧線弧度，可以影響翼型的升力曲線。很多國(guó)外研究機(jī)構(gòu)或企業(yè)對(duì)襟翼在葉片中的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究，Vestas 公司與丹麥科技大學(xué)一起在其V27 機(jī)組的葉片上安裝了0.7m 長(zhǎng)的后緣襟翼，通過(guò)在試驗(yàn)風(fēng)場(chǎng)的運(yùn)行測(cè)試表明可降低葉根部揮舞彎矩14% 。然而這種傳統(tǒng)的襟翼機(jī)構(gòu)存在一些制約其應(yīng)該到風(fēng)電機(jī)組葉片的因素，其中最主要的一點(diǎn)是葉片在運(yùn)行過(guò)程中揮舞方向的變形很大，而連接襟翼與葉片主體的鉸鏈系統(tǒng)很難與其協(xié)調(diào)，另外復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也給制造和維護(hù)帶來(lái)不便。圖9 為一種帶后緣襟翼控制葉片的機(jī)組。
Van Dam 基于Gurney 襟翼研究了一種可主動(dòng)平移的后緣小板結(jié)構(gòu)，這種小板分別安裝于翼型上下翼面，可以根據(jù)不同工況需要調(diào)節(jié)小板的平移量影響翼型氣動(dòng)特性。通過(guò)CFD 計(jì)算和風(fēng)洞試驗(yàn)的方法對(duì)這套系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究，并用氣彈分析工具分析它能顯著降低葉片疲勞載荷。這種小板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且在葉片展向分散安裝，因此有實(shí)際應(yīng)用在葉片上的可能，圖10 為這種后緣小板結(jié)構(gòu)的示意圖。
