專利名稱：主動流動控制裝置和用于影響風(fēng)力渦輪機葉片的流體邊界層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明構(gòu)思的技術(shù)領(lǐng)域是對風(fēng)力渦輪機葉片的流體邊界層動力學(xué)特性的主動控 制。更具體而言，本發(fā)明構(gòu)思涉及主動流動控制裝置和用于影響風(fēng)力渦輪機葉片的流 體邊界層的方法。該發(fā)明構(gòu)思還涉及包括多個該主動流動控制裝置的獨立模塊，以及涉及 包括多個該主動裝置或多個該模塊的風(fēng)力渦輪機葉片。
背景技術(shù)：
已知通過利用渦輪機葉片上的渦流發(fā)生器來改善風(fēng)力渦輪機的性能。渦流發(fā)生器 用于使較快的流動空氣從自由空氣流拉入邊界層，以通過提供強紊流邊界層來避免流動分 離和過早失速。當(dāng)流動在表面上從前緣流到后緣時被稱作“附著”(參見圖8a)。然而，當(dāng)迎角超過 某一臨界角時，流動達不到后緣，而在分離線處離開葉片表面(圖8a和Sb)。超過該線后， 流動方向反向，即，其從后緣回流至分離線。失速急劇降低葉片的升力，因此急劇降低由風(fēng) 力渦輪機產(chǎn)生的功率，并由此急劇降低風(fēng)力渦輪機的經(jīng)濟性。在最簡單的形式中，渦流發(fā)生器是許多小翅片，這些小翅片與葉片的前緣相鄰布 置且從葉片垂直向外延伸，同時與風(fēng)穿過葉片的流動方向形成一角度，由此產(chǎn)生渦流。通過相對于流動方向以交替的正反角布置翅片，而產(chǎn)生沿葉片外形的反轉(zhuǎn)渦流。 結(jié)果，向葉片的邊界層供應(yīng)更多的能量，由此增大葉片外形周圍的氣流離開葉片表面并使 葉片失速之處的風(fēng)速。然而，使用渦流發(fā)生器還導(dǎo)致葉片的氣動阻力增大。WO 99/50141公開了一種流動效應(yīng)器，該流動效應(yīng)器可展開到翼面中并可從翼面 縮回，以影響翼上的流體邊界層。流動效應(yīng)器顯示為多個成對的相對傾斜的渦流發(fā)生器，以 產(chǎn)生反轉(zhuǎn)渦流。該文獻涉及軍用航空器的流動控制?？傮w目的是加強風(fēng)力渦輪機葉片的流動表面處的流體邊界動力學(xué)特性的控制。以 下將進一步描述該目的和其它目的。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，提供一種與風(fēng)力渦輪機發(fā)電機葉片一起使用的流動控制裝置，所 述裝置包括用于影響所述葉片處的流體邊界層的一個或更多個流動效應(yīng)器，其中，所述一 個或更多個流動效應(yīng)器可在旋轉(zhuǎn)平面中以擺動運動來回旋轉(zhuǎn)。所述一個或更多個流動效應(yīng) 器的可旋轉(zhuǎn)的來回擺動運動由于通過所述擺動的流動效應(yīng)器形成的有效渦流而用于在風(fēng) 力渦輪機操作期間在葉片上流體的高效附著。所述一個或更多個流動效應(yīng)器還可沿橫向于所述旋轉(zhuǎn)平面的方向在縮回位置與 伸展位置之間移動。因此，當(dāng)不需要所述一個或更多個流動效應(yīng)器作用時，它們可縮回并與所述葉片的表面齊平。當(dāng)需要所述流動效應(yīng)器作用時，它們可從所述葉片的表面延伸，并且 影響所述葉片上的流動，并由此改善流動的附著。在它們的完全或部分伸展位置中，所述一個或更多個流動效應(yīng)器將影響流體邊界 層。在它們的縮回位置中，所述一個或更多個流動效應(yīng)器優(yōu)選至少與所述風(fēng)力渦輪機葉片 齊平，即，在它們的最大縮回位置中，它們優(yōu)選不突出到所述流體邊界層中。所述流動控制裝置的所述一個或更多個流動效應(yīng)器可包括一個或更多個渦流發(fā) 生器。在優(yōu)選實施方式中，各裝置包括一對布置成產(chǎn)生反轉(zhuǎn)渦流的渦流發(fā)生器。所述成對 的渦流發(fā)生器通常相對傾斜而形成V形結(jié)構(gòu)，以朝進來的空氣流打開或關(guān)閉。產(chǎn)生的這些 渦流可沿葉片外形相對于彼此反轉(zhuǎn)，并向所述葉片的表面處的邊界層供應(yīng)能量，由此提高 氣流離開所述表面和所述葉片失速之處的風(fēng)速。在各流動控制裝置中還可以僅具有一個單一的渦流發(fā)生器，并且還使單一渦流流 動控制裝置成對布置，以產(chǎn)生反轉(zhuǎn)渦流。主動流動效應(yīng)器可在旋轉(zhuǎn)平面中以擺動運動來回旋轉(zhuǎn)以及可沿橫向于所述旋轉(zhuǎn) 平面的方向伸展/縮回，這種設(shè)置導(dǎo)致主動流動控制裝置具有兩個自由度。在優(yōu)選實施方 式中，流動效應(yīng)器基本垂直于所述旋轉(zhuǎn)平面延伸。在不對所要求保護的范圍有任何限制的情況下，在下列說明中，將伸展/縮回運 動稱作“豎直運動”，同時將來回旋轉(zhuǎn)稱作“水平擺動”。本發(fā)明構(gòu)思提出可以以各種頻率和幅度控制豎直伸展以及控制水平擺動的頻率 和幅度。由此，可實現(xiàn)相交流的混合(即沿翼展方向)的較大且受控制地增加，而導(dǎo)致在相 反壓力梯度下有效抑制失速。同時，在較低迎角和/或在運輸期間，可使流動效應(yīng)器分別完 全或部分地縮回，以降低阻力和噪聲，并避免損壞流動效應(yīng)器。本發(fā)明構(gòu)思提供流動效應(yīng)器的水平擺動的可能性、并可以使其通過將流動引向葉 片上的有關(guān)區(qū)域而產(chǎn)生增大的相交流混合。這還提供了不需要在葉片的整個翼展范圍內(nèi)設(shè) 置流動控制裝置的優(yōu)點。所述流動控制裝置可包括殼體或框架，該殼體或框架鉸接地支撐所述一個或更多 個流動效應(yīng)器，并且該殼體適于來回旋轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)所述水平擺動。所述流動控制裝置可包括第一驅(qū)動裝置，該第一驅(qū)動裝置用于實現(xiàn)所述豎直運 動，即，用于使所述一個或更多個流動效應(yīng)器在所述伸展位置與所述縮回位置之間移動。為 了控制目的，所述第一驅(qū)動裝置可布置成將所述一個或更多個流動效應(yīng)器定位在所述伸展 位置與所述縮回位置之間的任意選擇的位置中。在所述縮回位置中，所述流動增強裝置優(yōu) 選與葉片表面完全齊平。該第一驅(qū)動裝置可優(yōu)選被布置在上述殼體內(nèi)。為了進一步提高高能量空氣與自由流的混合，以取代邊界層空氣，所述流動控制 裝置還可以包括用于使所述一個或更多個流動效應(yīng)器產(chǎn)生振動的振動驅(qū)動裝置。所述振動 的方向可橫向于所述旋轉(zhuǎn)平面，并且尤其可與供所述一個或更多個流動效應(yīng)器在其中伸展 和縮回的方向一致。用于產(chǎn)生豎直展開運動的上述第一驅(qū)動裝置還可用于產(chǎn)生振動，借此，該振動將 疊加在豎直展開運動上。根據(jù)第二方面，提供一種流動控制模塊，該流動控制模塊包括支撐主體，該支撐主 體適于被安裝在風(fēng)力渦輪機葉片中，并且支撐多個流動控制裝置。所述流動控制裝置在所
5述模塊中可以以線性分布的方式布置，或者以其它合適的構(gòu)造布置。為了能夠使所述模塊的流動效應(yīng)器進行擺動運動，這些流動效應(yīng)器可由所述模塊 主體可旋轉(zhuǎn)地支撐。所述模塊的所述流動控制裝置可被驅(qū)動地互連成一組或多組，由此所述擺動運動 對每組中的所有流動效應(yīng)器是共同的。根據(jù)其它方面，提供一種用于影響風(fēng)力渦輪機葉片的流動表面處的流體邊界層的 方法，該方法包括控制一個或更多個流動效應(yīng)器的展開/縮回度的步驟，所述一個或更多個流動效 應(yīng)器可展開至所述流體邊界層中并可從所述流體邊界層縮回，并且當(dāng)所述一個或更多個流動效應(yīng)器至少部分展開至所述流體邊界層中時，控制所述 一個或更多個流動效應(yīng)器在基本平行于所述流動表面的旋轉(zhuǎn)平面中以擺動運動來回旋轉(zhuǎn) 的步驟。在優(yōu)選實施方式中，所述方法進一步包括還控制所述流動效應(yīng)器的振動的步驟， 尤其是橫向于所述葉片的流動表面的振動。該振動將有效地有助于增強混合。振動頻率范 圍將取決于各個安裝和實際操作條件。然而，可行的振動頻率范圍可以是40-70HZ，如果檢 測到即刻失速風(fēng)險，則該范圍可臨時增大到例如90-100HZ。在利用振動的實施方式中，振動可被致動成“最終”失速防止措施，以增大混合。例 如，可采用以下順序的控制模式模式I .用于低迎角，流動效應(yīng)器可完全縮回(與葉片齊平)，以降低阻力。模式II .隨著迎角的增大，流動效應(yīng)器逐漸展開至邊界層中，以增大其混合。模式III .隨著仰角進一步增大且葉片開始失速，流動效應(yīng)器被致動(開始振動)， 以進一步增大混合。流動效應(yīng)器的水平擺動運動可以以模式2和/或模式III致動。通過利用一個或更多個傳感器來優(yōu)選調(diào)節(jié)這些控制模式，所述一個或更多個傳感 器用于檢測迎角的大小或任何其它相關(guān)流動控制參數(shù)。為了獲得最有效且高效的操作，流動效應(yīng)器在葉片表面上的高度優(yōu)選被主動且連 續(xù)地控制，以與局部邊界層厚度相配，該局部邊界層厚度又取決于雷諾數(shù)。該雷諾數(shù)與葉片 的翼展上的雷諾數(shù)不同，也不是風(fēng)速的函數(shù)。從而，可基于局部操作雷諾數(shù)在葉片的翼展上 主動利用各種高度水平或展開度。沿葉片翼展可具有不同的豎直伸展度。例如，可優(yōu)選在 葉片根部具有較大伸展。因此，用于主動控制展開度的一個控制參數(shù)可涉及局部邊界層厚度或局部雷諾數(shù) 和壓力分布。各情況下的輸入控制參數(shù)取決于控制目標(biāo)，該控制目標(biāo)在目前情況下可能很多。 可行的局部控制參數(shù)包括下列參數(shù)中的一個或更多個-沿葉片的翼展的數(shù)個截面上的壓力分布-流入角/迎角_雷諾數(shù)-邊界層厚度-局部風(fēng)速測量和/或風(fēng)向測量
更全局的輸入?yún)?shù)可涉及加載-葉片尖端移位_根部沿翼轉(zhuǎn)矩另外，在風(fēng)力渦輪機的完全旋轉(zhuǎn)期間，因風(fēng)速下降到基級的情況，或者因為疾風(fēng)、 偏航失準(zhǔn)、空氣動力載荷不平衡等還可以上下地主動控制流動效應(yīng)器。如果測量表面上的壓力，則風(fēng)力渦輪機葉片可以是形成局部控制參數(shù)的一種方 式。該測量本身通過使用位于風(fēng)力渦輪機葉片的表面中的壓力傳感器來進行。該壓力可被 局部測量并可局部致動流動效應(yīng)器。然而，流動效應(yīng)器可遍布于風(fēng)力渦輪機葉片的翼展上， 即，從根部到尖端，并且從前緣到后緣。自然地，壓力傳感器也可遍布于風(fēng)力渦輪機葉片的 翼展上。本發(fā)明的流動控制裝置的特定應(yīng)用是將一個或更多個該流動控制裝置定位在風(fēng) 力渦輪機葉片的尖端，以修正并消除葉片翼端渦流的幾何形狀。主動流動控制裝置將用作1.虛擬小翼2.尖端/尾流渦旋消散器如果用作葉片尖端/尾流渦旋消散器，則主動流動控制裝置修正尾流附近區(qū)域的 布局，以分配增大區(qū)域上的環(huán)流并降低加載于下游渦輪機上的尾流。在大型風(fēng)電場(例如 離岸電場)中操作渦輪機時，這具有主要影響。如果用作虛擬小翼/尾流渦旋消散器，則主 動流動控制裝置將用于抑制翼端渦流引起的噪聲。如今，通過減載(降低RPM)渦輪機和較小地變槳距(pitching lessaggressive) 來進行噪聲調(diào)節(jié)。然而，這樣做降低了渦輪機的功率輸出。為了抑制該結(jié)果，主動流動控制 裝置可用于控制/屏蔽由葉片發(fā)出的噪聲。本發(fā)明的流動控制裝置的另一個特定應(yīng)用是將一個或更多個流動控制裝置定位 在風(fēng)力渦輪機葉片的根部處，以抑制根部處的3D和失速流動。風(fēng)力渦輪機葉片沿其整個長度的空氣動力學(xué)效率不同?？蓪θ~片根部進行特定的 設(shè)計考慮，以允許葉片承受其自身重量并允許葉片被安裝在渦輪機上。這些設(shè)計因素對葉 片的性能具有負面影響。上述的發(fā)明的各方面具有許多優(yōu)點1.在低速下，風(fēng)力渦輪機葉片可以以光滑葉片外形(降低阻力)操作，同時在需要 時流動效應(yīng)器可在高風(fēng)速下以被調(diào)節(jié)的方式逐漸展開。2.低迎角下無阻力損失(與現(xiàn)有技術(shù)的固定渦流發(fā)生器不同)3.低風(fēng)速下無噪聲損失(與現(xiàn)有技術(shù)的固定渦流發(fā)生器不同)4.由于邊界層處的空氣混合增加，因此最大升力可能比現(xiàn)有技術(shù)的固定渦流發(fā)生 器尚ο5.由于自由度的數(shù)量增多(展開/縮回和擺動以及(可任選地)振動)，因此可 以以非常有效的方式主動且連續(xù)地調(diào)節(jié)對流體邊界表面的影響。6.可以在風(fēng)力渦輪機葉片的尖端和/或根部的附近利用本發(fā)明的構(gòu)思，以消除針 對這些部位的反向流動動力學(xué)狀態(tài)。
現(xiàn)在將參照附圖通過非限制性實施方式來描述本發(fā)明構(gòu)思和其它優(yōu)點。圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施方式的流動控制裝置的立體圖。圖2是設(shè)置有布置在模塊中的多個流動控制裝置的風(fēng)力渦輪機葉片的立體圖。圖3是用于使多個流動控制裝置擺動的示意的簡化的驅(qū)動機構(gòu)的立體圖。圖4是設(shè)置有多個流動控制裝置的流動控制模塊的實施方式的示意性立體圖。圖5是設(shè)置有流動控制模塊和不同傳感器的風(fēng)力渦輪機葉片的立體圖。圖6是圖5中的流動控制模塊的俯視圖。圖7是安裝在風(fēng)力渦輪機葉片中的模塊的剖視圖。圖8a是風(fēng)力渦輪機葉片處的流體邊界層的第一狀態(tài)的示意圖。圖8b是圖8a中標(biāo)出部分的放大圖。圖9是風(fēng)力渦輪機葉片處的流體邊界層的第二狀態(tài)的示意圖。
具體實施例方式圖1示意性示出待被安裝在風(fēng)力渦輪機(未示出)的葉片100(圖2)中的主動流 動控制裝置10的實施方式。主動流動控制裝置10包括框架或殼體12 (由筒狀壁和底形 成)；和一對翅狀流動效應(yīng)器14，這對流動效應(yīng)器14通過樞軸16在它們的尖端處鉸接地支 撐在殼體12中。流動效應(yīng)器14用于控制流體邊界層動力學(xué)特性，以抵消并控制空氣邊界層分離 并以便提供葉片的流動表面的總體有益操作。流動效應(yīng)器14還可用于葉片的尖端和/或 根部處的特定目的。圖8a示意地示出朝風(fēng)力渦輪機葉片100流動并在形成邊界層BL的葉片表面102 上流動的氣流F。在圖8a中的情形下，當(dāng)在圖8b中以較大比例觀看時，流動F達不到葉片 100的后緣101。邊界層BL在分離線或過渡區(qū)域103處與葉片表面102分離。超過該區(qū)域 103，流動方向在形成紊流邊界層的104處反向。圖9示意地示出使用流動效應(yīng)器14可如何影響邊界層動力學(xué)特性，從而使分離被 充分延遲，如在105處所表示的。在所示的實施方式中，流動效應(yīng)器14呈兩個相對傾斜的反轉(zhuǎn)渦流發(fā)生器14的形 式。在風(fēng)力渦輪機葉片100操作期間，渦流發(fā)生器14的側(cè)表面產(chǎn)生渦流，該渦流沿葉片外 形相對于彼此反轉(zhuǎn)，并向葉片表面處的邊界層供應(yīng)能量，借此可提高氣流離開該表面并且 葉片失速之處的風(fēng)速。更具體而言，所產(chǎn)生的渦流結(jié)構(gòu)與來自自由流的高能量空氣混合，以 取代因與表面相互作用而已喪失動能的邊界層流體。因此，借助對邊界表面層供應(yīng)能量，流 動效應(yīng)器可抑制失速。殼體12被布置成通過使形成旋轉(zhuǎn)軸線的主軸18旋轉(zhuǎn)而以擺動運動如由箭頭A所 示來回旋轉(zhuǎn)。當(dāng)安裝到葉片100時且在操作期間，殼體12和支撐在其中的流動效應(yīng)器14 被布置成在幾何旋轉(zhuǎn)平面中來回旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)平面可與葉片表面102基本平行。下面，該 運動將被稱作“水平擺動”。用于產(chǎn)生水平擺動(A)的驅(qū)動裝置可以與裝置10成一體，或者，如在圖3中所示 的實施方式中一樣，被設(shè)置成公用驅(qū)動裝置50，用于同時控制呈推拉桿機構(gòu)的形式的多個
8流動控制裝置10-1、10-2、10-3。公用平移桿52的來回線性運動(箭頭D)通過連桿臂54 傳遞到固定地連接到流動控制裝置10-1、10-2和10-3的主軸18的臂56，以使流動效應(yīng)器 14以合適的且優(yōu)選可調(diào)節(jié)的頻率和幅度擺動。通過任何合適的驅(qū)動裝置產(chǎn)生桿52的線性 運動。驅(qū)動裝置20布置在殼體12內(nèi)，如箭頭B所示，以使渦流發(fā)生器14在一方面的展 開位置與另一方面的縮回位置之間繞樞軸16以樞轉(zhuǎn)運動移動。該移動在下面被稱作豎直 展開運動，并且橫向于旋轉(zhuǎn)平面弓I導(dǎo)。在所示的實施方式中，用于豎直運動的驅(qū)動裝置20呈壓電線性電機20的形式，該 線性電機包括壓電疊堆22，該壓電疊堆22由殼體12支撐；以及滑動件24，該滑動件24可 沿疊堆22線性移動到全縮回位置與全延伸或展開位置之間的任何所選的豎直位置。滑動 件24的線性驅(qū)動運動通過連接桿26、28和30轉(zhuǎn)換成兩個流動效應(yīng)器14的樞轉(zhuǎn)運動(B)， 用于連續(xù)地調(diào)節(jié)其展開/縮回的程度。在優(yōu)選的實施方式中，為了進一步提高空氣混合效果，渦流發(fā)生器14還被布置成 如由圖1中的箭頭C所示進行振動。優(yōu)選在橫向(例如垂直)于旋轉(zhuǎn)平面的方向上產(chǎn)生振 動。在所述的實施方式中，還通過樞軸16處的豎直運動產(chǎn)生振動，借此，驅(qū)動裝置20可用 于雙重目的，并且該振動疊加在豎直展開/縮回運動上。該振動可在不同的展開度被致動， 并且應(yīng)優(yōu)選以合適的頻率和幅度被主動控制。如上所述，流動控制裝置10適于被安裝在風(fēng)力渦輪機葉片100中。這當(dāng)然能夠通 過將裝置10 —個接一個地安裝在葉片表面102中來進行。然而，在如圖中所示的一個優(yōu)選 實施方式中，流動控制裝置10最初被組裝或集成在形成獨立模塊40的堆疊中(圖4)，所述 模塊40被順序地安裝在葉片100中。可在制造時安裝流動控制裝置10，或者可在任意時間 對現(xiàn)有葉片進行改裝。圖4是具有四個流動控制裝置10-1至10-4的該獨立模塊40的立體圖，這四個流 動控制裝置10-1至10-4以隔開的關(guān)系線性排列。模塊40包括盒狀的細長支撐體42，在該 細長支撐體42中，可旋轉(zhuǎn)地接收多個流動控制裝置10 (作為非限定實施例示出四個裝置)。如圖2中所示，該模塊40可沿葉片100的翼展被安裝在不同位置。另外，還可在 葉片中布置大量單獨的裝置10。在所示的實施方式中，模塊40通過插塞108安裝在葉片蒙皮107中?？纱┻^葉片 外殼107設(shè)置(例如鉆出)矩形槽110。這些槽110于是排列有插入的插塞108。插塞108 可利用合適的熱塑性或熱固性材料成型。該材料優(yōu)選UV穩(wěn)定，且能夠耐受零下溫度。ABS 塑料或尼龍是合適的選擇。之后，如圖7中所示，將承載裝置10的模塊40插入(通過例如樹脂/膠)插塞 108中。由于鉆出了槽110，因此，為了穩(wěn)定性目的可能需要葉片結(jié)構(gòu)的一些重新設(shè)計。插塞108可具有一個或更多個孔或槽112，用于接收裝置10的主軸18，并且還任 選地用于接收通向驅(qū)動裝置20的電線(未示出)。如圖3中所示，模塊40的流動控制裝置10-1至10-3可被驅(qū)動地互連成一組或更 多組，借此，各組中的所有流動效應(yīng)器進行共同的水平擺動。圖5示意地示出兩類傳感器，該兩類傳感器可用于產(chǎn)生用于主動控制不同運動 (豎直展開、水平擺動、豎直振動)的控制輸入。這些傳感器包括(i)壓力計接頭60，該壓力計接頭60用于測量迎角的幅度以及其它流動特性；以及(ii)剪切傳感器62，該剪切傳 感器62用于檢測邊界層或任何其它流動傳感器的狀態(tài)。所示出且描述的實施方式可在要求保護的范圍內(nèi)以多種方式修改。流動效應(yīng)器14可進行不同的成形或設(shè)計，例如，成形或設(shè)計為協(xié)同旋轉(zhuǎn)的渦流發(fā) 生器、紊流形成器等。形狀可以為矩形、三角形、半圓等，樞轉(zhuǎn)點可被不同地定位。流動效應(yīng)器14可以以線性運動伸展/縮回，以替代樞轉(zhuǎn)運動，或者它們的結(jié)合。各流動控制裝置10可僅具有一個流動效應(yīng)器14或多于兩個的流動效應(yīng)器14。展開驅(qū)動裝置20可被替換成其它驅(qū)動裝置，例如氣動、液壓或電驅(qū)動裝置。另選 地，用于豎直展開運動的驅(qū)動力可通過連桿機構(gòu)等從葉片中的另一個位置傳遞?？赏ㄟ^與驅(qū)動裝置20分開布置的振動驅(qū)動裝置來有選擇地產(chǎn)生豎直振動，驅(qū)動 裝置20使渦流發(fā)生器14展開和縮回?？稍黾痈郊诱駝右赃M一步提高效果。例如，可在水平擺動運動上疊加渦流發(fā)生器 14的水平振動，或者可沿使兩個流動效應(yīng)器14互連的桿30提供振動。
權(quán)利要求
一種與風(fēng)力渦輪機發(fā)電機葉片(100)一起使用的流動控制裝置(10)，所述流動控制裝置包括用于影響所述葉片處的流體邊界層(BL)的一個或更多個流動效應(yīng)器，其中，所述一個或更多個流動效應(yīng)器(14)能夠在旋轉(zhuǎn)平面中以擺動運動(A)來回旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動控制裝置(10)，其中，所述一個或更多個流動效應(yīng)器 (14)能夠沿橫向于所述旋轉(zhuǎn)平面的方向在縮回位置與伸展位置之間移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的流動控制裝置(10)，其中，所述一個或更多個流動效應(yīng) 器(14)包括一個或更多個渦流發(fā)生器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流動控制裝置(10)，其中，所述一個或更多個渦流發(fā)生器包 括布置成產(chǎn)生反轉(zhuǎn)渦流的一對渦流發(fā)生器(14)。
5.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的流動控制裝置(10)，該流動控制裝置還包括殼體 (12)，該殼體(12)鉸接地支撐所述一個或更多個流動效應(yīng)器(14)，并且該殼體(12)適于來 回旋轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)所述擺動運動(A)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求2至5中任一項所述的流動控制裝置(10)，該流動控制裝置還包 括第一驅(qū)動裝置(20)，該第一驅(qū)動裝置用于使所述一個或更多個流動效應(yīng)器(14)在所述 伸展位置與所述縮回位置之間移動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的流動控制裝置(10)，其中，所述第一驅(qū)動裝置(20)布置成將 所述一個或更多個流動效應(yīng)器(14)定位在所述伸展位置與所述縮回位置之間的任意的選 定位置中。
8.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的流動控制裝置(10)，該流動控制裝置還包括用于 使所述流動效應(yīng)器(14)產(chǎn)生振動(C)的振動驅(qū)動裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的流動控制裝置(10)，其中，所述振動(C)的方向橫向于所述 旋轉(zhuǎn)平面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的流動控制裝置(10)，其中，所述振動(C)的方向與供所述一 個或更多個流動效應(yīng)器(14)在其中伸展和縮回的方向一致。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的在從屬于權(quán)利要求7時所述的流動控制裝置(10)，其中，所述第 一驅(qū)動裝置(20)還用作所述振動驅(qū)動裝置。
12.一種流動控制模塊(40)，該流動控制模塊包括支撐主體(42)，該支撐主體適于被安裝在風(fēng)力渦輪機葉片(100)中，以及多個根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的流動控制裝置(10-1、10-2、…)，所述流動控制 裝置由所述支撐主體(42)支撐。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的流動控制模塊(40)，其中，該模塊(40)的所述流動控制裝 置(10-1、10-2、…)由所述支撐主體(42)可旋轉(zhuǎn)地支撐，以能夠使所述流動效應(yīng)器(14) 進行所述擺動運動(A)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的流動控制模塊(40)，其中，該模塊(40)的所述流動 控制裝置(10-1、10-2、…)驅(qū)動地互連成一組或更多組，借此所述擺動運動(A)對每組中 的所有流動效應(yīng)器(14)是共同的。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的流動控制模塊(40)，該流動控制模塊還包括第二驅(qū)動裝置 (50)，該第二驅(qū)動裝置與所述多個流動控制裝置(10-1、10-2、…)可操作地連接，以實現(xiàn)所述模塊(40)中的所有所述流動效應(yīng)器(14)的共同擺動運動(A)。
16.一種風(fēng)力渦輪機葉片(100)，該風(fēng)力渦輪機葉片包括多個根據(jù)權(quán)利要求1至11中 任一項所述的流動控制裝置(10)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的風(fēng)力渦輪機葉片(100)，其中，所述多個流動控制裝置(10) 中的一個或更多個定位在所述葉片(100)的根部。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的風(fēng)力渦輪機葉片(100)，其中，所述多個流動控制裝 置(10)中的一個或更多個定位在所述葉片(100)的尖端。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至18中任一項所述的風(fēng)力渦輪機葉片(100)，其中，所述流動控 制裝置(10)安裝在所述葉片(100)的流動表面(102)中，其中，所述旋轉(zhuǎn)平面與所述流動 表面(102)基本平行。
20.一種風(fēng)力渦輪機葉片(100)，該風(fēng)力渦輪機葉片包括多個根據(jù)權(quán)利要求12至15中 任一項所述的流動控制模塊(40)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20中所述的風(fēng)力渦輪機葉片(100)，其中，所述模塊(40)被接收于 設(shè)置在所述葉片的葉片表面(102)中的開(110)中。
22.一種用于影響風(fēng)力渦輪機葉片(100)的流動表面(102)處的流體邊界層的方法，該 方法包括控制一個或更多個流動效應(yīng)器(14)的展開/縮回度(B)的步驟，所述一個或更多個流 動效應(yīng)器(14)能夠展開至所述流體邊界層中以及能夠從所述流體邊界層縮回，以及當(dāng)所述一個或更多個流動效應(yīng)器(14)至少部分展開至所述流體邊界層中時，控制所 述一個或更多個流動效應(yīng)器(14)在基本平行于所述流動表面(102)的旋轉(zhuǎn)平面中以擺動 運動(A)來回旋轉(zhuǎn)的步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，該方法還包括控制所述流動效應(yīng)器(14)的振動(C) 的步驟。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述振動(C)的方向橫向于所述流動表面 (102)。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述控制展開/縮回度(B)的步驟包括檢測下 列參數(shù)中的一個或更多個參數(shù)作為控制輸入?yún)?shù)的步驟迎角、流速、壓力分布和雷諾數(shù)。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述控制展開/縮回度(B)的步驟包括檢測所 述流體邊界層的厚度作為控制輸入?yún)?shù)的步驟。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述控制擺動運動(A)的步驟包括檢測下列參 數(shù)中的一個或更多個參數(shù)作為控制輸入?yún)?shù)的步驟迎角、流速、壓力分布和雷諾數(shù)。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述控制所述流動效應(yīng)器(14)的振動(C)的 步驟包括檢測下列參數(shù)中的一個或更多個參數(shù)作為控制輸入?yún)?shù)的步驟迎角、流速、壓力 分布和雷諾數(shù)。
全文摘要
公開一種主動流動控制裝置(10)和用于影響風(fēng)力渦輪機葉片(100)的流體邊界層的方法，以及包括多個該裝置的獨立模塊(40)和包括該裝置和/或模塊的風(fēng)力渦輪機葉片。一個或更多個流動效應(yīng)器(14)在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)可以擺動運動(A)來回旋轉(zhuǎn)。該流動效應(yīng)器(14)還可在橫向于旋轉(zhuǎn)平面的方向上在縮回位置與伸展位置之間移動。
文檔編號F03D7/02GK101903646SQ200880122106
公開日2010年12月1日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者伊瑪?shù)隆ぐ⒉范爬? 克里斯蒂安·巴斯施密特·戈斯克, 尼爾斯·克里斯蒂安·M·尼爾森, 托馬斯·S·比耶特普·尼爾森 申請人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)有限公司