刚性弯曲风筝翼的空气动力学

本文提出了一项关于高空风力发电机风筝翼空气动力学的初步数值研究。系留风筝是一种创新风能技术的关键要素，该技术旨在捕获比传统风塔更高海拔处的风能。我们展示了针对三维弯曲矩形风筝翼（展弦比为 3.2，雷诺数为 $3\times10^6$）的稳态气流三维有限体积数值模拟结果。考虑了两个迎角：一个是系留翼型飞行的标准迎角（$6^{\circ}$），另一个是接近失速的迎角（$18^{\circ}$）。模拟通过求解雷诺平均 Navier-Stokes 流动模型完成，使用的是工业软件 STAR-CCM+。确定了风筝翼的整体空气动力学特性，并将其与具有相同展弦比和剖面（Clark Y 型）的平坦矩形非扭转翼的空气动力学特性进行了比较。弯曲翼和平板翼的边界层均被视为全程湍流。观察发现，曲率仅导致空气动力学性能的轻微恶化。文中还给出了沿展向不同剖面的压力分布，以及翼面和尾流中若干剖面的平均压力和动能场等值线。结果表明，曲率导致尾流中涡量的空间衰减变慢，特别是在翼尖涡内部。