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远景为什么要突破叶片技术理论?

北极星风力发电网  来源:远景风向标    2017/9/7 9:00:44  我要投稿  

北极星风力发电网讯:远景怎么就自己研发叶片了呢?

要知道,远景设立在美国科罗拉多的全球叶片创新中心汇聚了全球叶片领域的顶尖人才,当空气动力学的资深科学家遇上复合材料结构学的顶尖工程师,下一代更轻更具捕风效率的叶片就出现在人们的眼前——射阳风场就运行了这样的叶片。

“这款叶片采用了全三维叶片设计技术,”远景美国科罗拉多全球叶片创新中心叶片气动专家、前波音飞机高级气动工程师孙毓平博士说,“从借鉴V22鱼鹰机翼设计理论到下一代风机叶片技术突破,远景付出了3年的艰苦努力。

在远景,叶片领域的全球顶尖专家可不只是孙毓平博士,中国叶片工程集成中心研发总监、前LM研发总监Peter Grabau先生曾经主导开发了LM近 1/3的专利,美国全球叶片创新中心负责人、前西门子叶片研发中心首席工程师Kevin Standish先生在叶片设计上的独特建树也为远景最新的叶片技术注入了全球最新的研发思想。一份内部文件显示,远景自研叶片团队的全球顶级专家已达55人,涉及叶片气动、结构设计及载荷、材料及工艺、测试与验证等多个领域。

在这些行业大牛看来,下一代叶片是一个既有技术门槛又有梦想的平台——这源于远景自研叶片的内在逻辑。这是一个关乎风电整机开发的本质问题。

风电整机设计开发,本质上是一个基于叶片空气动力学应用的流体和结构反复迭代寻优的过程,其中机组结构载荷、叶片气动性能和核心控制手段是风机设计寻优的三大变量,也就是设计工程师所说的LAC风机设计寻优。

关键在于,风机设计工程师要真正掌控这些变量,而不是面对仅能输出或输入设计参数的黑匣子。也正因此,远景执意要打开叶片设计的黑匣子,让叶片气动成为一个可寻优的变量。叶片是把风能转化成机械能的核心部件,成本约占风机成本的30%,其气动载荷主导了风机另外70%的主要成本。这意味着,如果叶片通过自身的气动外形卸掉某些风况带来的有害载荷,就会相应降低传动链上其他部件的载荷,那么降低整机用材成本也就水到渠成。

但这取决于远景叶片研发团队对叶片空气动力学未知的认知程度。在远景全球叶片创新中心负责人Kevin先生看来,“这几乎就是向叶片的基础理论发起挑战!

专业人士知道,直到目前,对叶片的气动性能分析还是基于格朗特在1935年为研究旋翼直升机应用所提出的叶素动量理论,可很多科技文献和验证结果已表明,在模拟叶尖速比较低的短叶片时,格朗特理论模型尚能近似符合风洞实验结果,而当叶片越来越长时却不能真实地体现风轮在流场中的气流形态。

作为低风速市场最早的实践者和领导者,远景注意到的一个变化是,随着低风速风场的开发,叶轮直径不断加大,最优叶尖速比已高达10甚至12。这表明建立在较低叶尖速比假设基础上的传统叶素动量理论,已不再能准确模拟大叶片的实际气动载荷,也不再适用对较高叶尖速比的大叶片进行气动效率分析。

这样的发现令远景全球叶片研发团队既兴奋又焦虑:我们能否更接近认知物理世界中气流和叶片之间产生的真实相互作用?如果不能还原风能在流场中的气流形态,叶片未被认知的气动效率岂不是永远无法被唤醒?

这些问题,远景全球叶片创新中心有了答案。Kevin 透露,他的团队以航空领域先进的气动分析理论为先导,在叶片设计中引入自行开发的叶片气动设计和仿真工具,从本质上更深入、更充分地挖掘出了叶片在传统叶素动量理论下无法被认知的潜力——下一代的叶片技术就诞生于此。

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