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静音叶片来了 ,灵感来自猫头鹰
来源: 时间: 2017-09-29 浏览: 2773

下图的猫头鹰还真是和静音叶片有关系!为什么静音叶片就成了行业话题了呢?这是因为随着低风速风电开发时代的到来,风机离我们的生活区域越来越近,叶轮转动所带来的噪声就成为一个恼人的问题。       

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中国台湾就发生了这样的案例,有些居民不堪风机低频噪音的“轰炸”,就组成“反风机自救会”进行抗争,闹得不亦乐乎。不过,在中国大陆还没有发生这样的事件,但不等于未来不会发生,这就不难理解为什么静音叶片在国内悄悄热起来。

风机叶轮的噪声是怎么来的呢?由于流过叶片的空气是非稳定的流动,那么空气与叶片的相互作用就在叶片尾缘和叶尖产生了噪声,叶轮在空气中的连续旋转,就会连续不断地放出噪声,而猫头鹰怎么就能在空中静音飞行呢?

研究显示,猫头鹰从天空俯冲而下捕食时,地上的猎物是察觉不到丝毫声音的,堪称静音飞行的王者,这与猫头鹰锯齿形状的翅膀密切相关——风电叶片设计工程师们就此获得了灵感,只要将风机叶片尾缘设计为锯齿形状,叶片可以通过边界层的湍流与锯齿叶片后缘的相互作用来降低噪音散射,大部分的降噪效果体现在低频率段,这也正是关键所在,因为低频噪声在大气中的传导距离更长,采用锯齿尾缘可以有效降低低频噪声。另外,再加上羽毛的管状结构,高频的噪声也可以得到减弱。

然而,天下没有免费的午餐。这样的仿生气动装置虽然可以达到降噪效果,但对叶片的气动特性和结构特性都会产生影响。不过,如果在叶片和翼型设计之初就将低噪音作为优化设计目标就可以解决这个难题。也就是说,在叶片设计之初,就考虑叶尖形状、尾缘厚度、翼型三个方面的参数,通过不同参数对叶片噪声影响的分析,获得低噪声的设计方案。依照方案,在叶片上附加锯齿、涡流发生器等降噪结构来降低叶片噪声。最后,再通过智能控制方法实现风机在最小能量损失的情况下获得最低噪声。

值得提及的是,远景在美国叶片研发中心的工程师们已经根据仿生学鸟类猛禽的翅膀羽毛抽象出仿生工程结构,以此对叶片尾缘进行改型。其原理就是通过锯齿状尾缘减弱气动噪声源强度以降低声辐射能量。目前,远景的工程师们已经对不同几何尺寸的锯齿尾缘在风场进行了声学测试,选取了第二代3D锯齿尾缘最优方案,降噪效果更显着。

好消息是,远景131静音叶片设计早已在美国创新中心完成,相关测试事项正在进行中,有望今年年底在中国风场挂机运行。

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