操纵横跨风力涡轮机转子叶片的空气的边界层的主动流动控制系统和方法

摘要

本发明提供一种操纵横跨风力涡轮机转子叶片的空气边界层的主动流动控制系统和方法，用于操纵跨越风力涡轮机转子叶片的空气的边界层。所述风力涡轮机转子叶片具有其中界定了腔的至少一个侧壁。所述侧壁在前缘与轴向隔开的后缘之间延伸。所述主动流动控制系统包括排气组件，所述排气组件连接至所述侧壁。所述排气组件被构造成将空气自所述风力涡轮机转子叶片内选择性地排出至所述边界层中。吸气组件连接至所述侧壁和所述排气组件。所述吸气组件被构造成将空气自所述边界层引导至所述排气组件。

说明书

技术领域

本发明总体涉及风力涡轮机领域，具体涉及用于操作主动流动控 制系统以操纵横跨风力涡轮机转子叶片的边界层的方法和系统。

背景技术

至少一些已知的风力涡轮机包括固定在塔架顶上的机舱，其中机 舱包括通过轴连接至发电机的转子。在已知的转子组件中，多个叶片 自转子延伸。叶片定向成使得经过叶片的风使转子转动并且使轴旋 转，从而驱动发电机发电。随着风流过转子叶片的外表面，在外表面 之上形成了有利于跨越转子叶片产生升力的边界层。

至少一些已知的风力涡轮机转子叶片包括主动流动控制系统。主 动流动控制(AFC)是用于对给定的流入条件作出反应而主动尝试影 响物体的气动响应的技术和/或系统的一般性术语。更具体而言，至少 一些已知的AFC系统用于操纵跨越/横跨风力涡轮机转子叶片的边界 层。至少一些已知的AFC系统使用空气分配系统将空气从转子叶片排 出至边界层中。已知的AFC系统要求将空气自机舱和/或毂引导至转 子叶片。通过自机舱和/或毂引导空气，已知的AFC系统使风力涡轮 机部件的能量需求增加，从而导致风力涡轮机的年发电量的减少。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于操纵跨越风力涡轮机转子 叶片的空气的边界层的主动流动控制系统。风力涡轮机转子叶片具有 其中限定了腔的至少一个侧壁。侧壁在前缘与轴向隔开的后缘之间延 伸。主动流动控制系统包括连接至侧壁的排气组件。排气组件被构造 成将空气自风力涡轮机转子叶片内选择性地排出至边界层中。吸气组 件连接至侧壁并且连接至排气组件。吸气组件被构造成将空气自边界 层引导至排气组件。

所述主动流动控制系统进一步包括连接在所述排气组件与所述 吸气组件之间的流动控制组件，所述流动控制组件被构造成将空气自 所述吸气组件选择性地引导至所述排气组件。所述风力涡轮机转子叶 片连接至界定了一个腔的毂，并且所述流动控制组件连接至所述毂， 用于在所述毂腔、所述吸气组件与所述排气组件之间对空气选择性地 进行引导。所述风力涡轮机转子叶片具有界定在所述前缘与所述后缘 之间的弦向轴线，以及自所述弦向轴线垂直地进行界定的厚度，所述 吸气组件包括穿过所述侧壁形成的多个吸气孔口，所述多个吸气孔口 位于所述后缘与所述风力涡轮机转子叶片相对于所述弦向轴线的最 大厚度的位置之间。

所述排气组件包括：第一排气歧管，所述第一排气歧管至少部分 地位于所述风力涡轮机转子叶片的所述腔内，所述第一排气歧管连接 至所述吸气组件；以及多个第一排气孔口，所述多个第一排气孔口穿 过所述侧壁进行界定、并且提供了环境空气与所述第一排气歧管之间 的流动连通，所述多个第一排气孔口位于所述多个吸气孔口与所述后 缘之间。所述排气组件进一步包括：第二排气歧管，所述第二排气歧 管至少部分地位于所述风力涡轮机转子叶片的所述腔内，所述第二排 气歧管连接至所述吸气组件；以及多个第二排气孔口，所述多个第二 排气孔口穿过所述侧壁进行界定、并且提供了环境空气与所述第二排 气歧管之间的流动连通，所述多个第二排气孔口位于所述前缘与所述 风力涡轮机转子叶片相对于所述弦向轴线的最大厚度的位置之间。

所述风力涡轮机转子叶片具有在根部与尖端部之间进行界定的 展向轴线，所述多个吸气孔口自尖端部以第一展向距离进行界定，所 述多个第一排气孔口自尖端部以与所述第一展向距离不同的第二展 向距离进行界定。所述风力涡轮机转子叶片具有界定在根部与尖端部 之间的展向轴线，所述多个吸气孔口自尖端部以第一展向距离进行界 定，所述多个第一排气孔口自尖端部以与所述第一展向距离相等的第 二展向距离进行界定。

根据本发明的另一个方面，提供一种风力涡轮机。该风力涡轮机 包括塔架、连接至塔架的机舱和可旋转地连接至机舱的毂。毂界定了 一个腔。至少一个转子叶片连接至毂。转子叶片包括限定了一个腔的 至少一个侧壁。该侧壁具有在转子叶片的前缘与轴向隔开的后缘之间 延伸的外表面。主动流动控制系统连接至转子叶片，用于操纵跨越外 表面的空气的边界层。主动流动控制系统包括连接至侧壁的排气组 件。排气组件被构造成将空气自风力涡轮机转子叶片选择性地排出至 边界层中。吸气组件连接至侧壁，并且连接至排气组件。吸气组件被 构造成将空气自边界层引导至排气组件。

所述风力涡轮机进一步包括连接在所述排气组件与所述吸气组 件之间的流动控制组件，所述流动控制组件被构造成将空气自所述吸 气组件选择性地引导至所述排气组件。所述流动控制组件连接至所述 毂，用于在所述毂腔、所述吸气组件与所述排气组件之间对空气选择 性地进行引导。所述转子叶片具有界定在所述前缘与所述后缘之间的 弦向轴线，所述转子叶片具有自所述弦向轴线垂直地进行界定的厚 度，所述吸气组件包括穿过所述侧壁进行界定的多个吸气孔口，所述 多个吸气孔口位于所述后缘与所述转子叶片沿所述弦向轴线的最大 厚度的位置之间。

所述排气组件包括：第一排气歧管，所述第一排气歧管至少部分 地位于所述转子叶片的所述腔内，所述第一排气歧管连接至所述吸气 组件；以及多个第一排气孔口，所述多个第一排气孔口穿过所述侧壁 进行界定、并且提供了环境空气与所述第一排气歧管之间的流动连 通，所述多个第一排气孔口位于所述多个吸气孔口与所述后缘之间。 所述排气组件进一步包括：第二排气歧管，所述第二排气歧管至少部 分地位于所述转子叶片的所述腔内，所述第二排气歧管连接至所述吸 气组件；以及多个第二排气孔口，所述多个第二排气孔口穿过所述侧 壁进行界定、并且提供了环境空气与所述第二排气歧管之间的流动连 通，所述多个第二排气孔口位于所述前缘与所述转子叶片沿弦向轴线 的最大厚度的位置之间。

根据本发明的又一个方面，提供一种操纵跨越风力涡轮机转子叶 片的边界层的方法。该方法包括将主动流动控制系统连接至转子叶片 的步骤。主动流动控制系统包括吸气组件和排气组件。吸气组件和排 气组件中的每一个都与边界层流动连通。对吸气组件进行操作，以将 空气自边界层引导至排气组件。对排气组件进行操作，以将空气自吸 气组件排出至边界层中。

所述方法进一步包括在多个操作模式中的一个模式下对所述主 动流动控制系统进行操作的步骤；在所述多个操作模式中的第一操作 模式下，所述主动流动控制系统将空气排出至所述边界层，以便于增 大跨越所述转子叶片的升力，而在所述多个操作模式中的第二操作模 式下，所述主动流动控制系统将空气排出至所述边界层以便于减小跨 越所述转子叶片的升力。所述转子叶片包括前缘、后缘和沿所述前缘 与所述后缘之间的弦向轴线延伸的侧壁，所述方法进一步包括：在所 述第一操作模式下对所述主动流动控制系统进行操作，以在所述转子 叶片沿所述弦向轴线的的最大厚度与所述后缘之间的位置处将空气 排出至所述边界层。所述方法进一步包括在所述第二模式下对所述主 动流动控制系统进行操作，以在所述转子叶片沿所述弦向轴线的的最 大厚度与所述前缘之间的位置处将空气排出至所述边界层。

所述转子叶片连接至毂，所述方法进一步包括以下步骤：将流动 控制组件连接至所述毂、所述吸气组件以及所述排气组件；并且对所 述流动控制组件进行操作，以将空气自所述吸气组件和所述毂选择性 地引导至所述排气组件。所述方法进一步包括在多个操作模式中的一 个模式下对所述流动控制组件进行操作的步骤，在所述多个操作模式 中的第一操作模式下，所述流动控制组件将空气自所述吸气组件引导 至所述排气组件，并且将空气自所述毂引导至所述排气组件，而在所 述多个操作模式中的第二操作模式下，所述流动控制组件将第一部分 空气自所述吸气组件引导至所述排气组件，并且将第二部分空气自所 述吸气组件引导至所述毂。

附图说明

图1是示例性风力涡轮机的一部分的透视图。

图2是适于与图1所示的风力涡轮机一起使用的示例性转子叶片 的内部的透视图，其包括示例性主动流动控制系统。

图3是图2所示的、沿截面线3-3截取的包括主动流动控制系统 的示例性转子叶片的横截面示意图。

图4是图2所示的、包括备选的主动流动控制系统的转子叶片的 透视图。

图5是沿图4所示的截面线5-5截取的备选的主动流动控制系统 的横截面示意图。

图6是适于与图1所示的风力涡轮机一起使用的示例性控制系统 的方框图。

图7是示出了操纵跨越图2所示的转子叶片的边界层的示例性方 法的流程图。

附图标记列表：

具体实施方式

此处所述的实施例有利于对能够增加风力涡轮机的年发电量的 转子叶片进行组装。如本说明书所使用地，术语“年发电量”指风力 发电机在一年的时间里产生的累计电能。更具体地，本说明书所述的 转子叶片包括主动流动控制系统，该主动流动控制系统将空气选择性 地排出至跨越转子叶片外表面流动的边界层中。而且，本说明书所述 的主动流动控制组件被构造成自边界层抽入空气、并且将空气选择性 地排出至边界层中。通过自边界层抽入空气并且将空气排出至边界层 中，主动流动控制系统降低了操纵边界层的供电要求(power  requirement)，从而使得边界层能够重新连接(reattachment)并且能 够邻近转子叶片外表面产生层流发展。此外，主动流动控制组件将空 气选择性地排出至边界层中，从而增强了转子叶片的空气动力学性 质。

图1是示例性风力涡轮机10的透视图。在示例性实施例中，风 力涡轮机10是水平轴线风力涡轮机。备选地，风力涡轮机10可以是 竖直轴线风力涡轮机。在示例性实施例中，风力涡轮机10包括自支 承表面14延伸的塔架12、安装在塔架12上的机舱16、位于机舱16 内的发电机18和连接至发电机18的齿轮箱20。转子22通过转子轴 24可旋转地连接至齿轮箱20。备选地，风力涡轮机10并不包括齿轮 箱20，使得转子22通过转子轴24可旋转地连接至发电机18。在示 例性实施例中，转子22包括可旋转的毂26和自毂26向外延伸的至 少一个转子叶片28。AFC系统30连接至转子叶片28以便于增加风力 涡轮机10的发电量。操作控制系统32连接至主动流动控制(AFC) 系统30，并且与AFC系统30处于操作控制通讯/通信。如本说明书 所使用地，“操作控制通讯”指的是在风力涡轮机10的两个或多个 部件之间的链路，例如导体、金属线和/或数据链路，该链路使得信号、 电流和/或指令能够在两个或多个部件之间通讯/通信。链路构造成使 得一个部件能够使用通讯信号、电流和/或指令来控制风力涡轮机10 的另一个部件的操作。

在示例性实施例中，转子22包括三个转子叶片28。在备选的实 施例中，转子22包括多于或少于三个的转子叶片28。转子叶片28围 绕毂26隔开以便于使转子22旋转，从而使得能够将来自风的动能转 化为可用机械能，并且接着转化为电能。在示例性实施例中，转子叶 片28具有处于从大约30米(m)(99英尺(ft))到大约120m(394ft) 的范围内的长度。备选地，转子叶片28可以具有能够使风力涡轮机 10如本说明书所述地起作用的任何合适的长度。例如，叶片长度的其 它非限制性示例包括10m或小于10m、20m以及37m，或者大于120m 的长度。随着风从方向34撞击转子叶片28，转子22围绕旋转轴线 36旋转。随着转子叶片28进行旋转并且经受离心力，转子叶片28还 经受多种力和力矩。这样一来，转子叶片28可以自中性的或非偏转 的位置偏置和/或旋转至偏转位置。桨距调节系统38使转子叶片28围 绕变桨轴线40旋转，以相对于风的方向34和/或速度对转子叶片28 的定向进行调节。可以通过相对于风矢量调节至少一个转子叶片28 的定向对转子22的转速进行控制。风力涡轮机10包括至少一个速度 传感器42，用于将指示转子22的转速的信号传输至操作控制系统32。 在示例性实施例中，各个转子叶片28的迎角或桨距角通过桨距调节 系统38单独控制，从而对转子22的转速进行调节。桨距调节系统38 包括传感器44，用于将指示转子叶片28的迎角(angle of attack)的 信号传输至操作控制系统32。如本说明书所使用地，术语“迎角”指 的是转子叶片28的弦向轴线46(示于图3中)相对于风流入方向48 (示于图3中)的定向。备选地，所有转子叶片28的叶片桨距可以 通过桨距调节系统38同时进行控制。而且，在示例性实施例中，机 舱16包括至少一个气象柱50，气象柱50包括风向标和例如风速计的 传感器52。传感器52构造成对风的风向和/或风速进行检测并且将指 示风向34和/或风速的信号传输至操作控制系统32。

图2是示例性转子叶片28的透视图。图3是沿图2中的弦向截 面线3-3截取的转子叶片28的横截面图。图3中所示的同样的部件 由图2中所用的相同附图标记表示。在风力涡轮机10的操作过程中， 风在转子叶片28的外表面54之上被引导并且形成了在边界平面与外 表面54之间延伸的由箭头56代表的边界层。随着跨越转子叶片28 的风速增大，边界层56可能与外表面54分离。在示例性实施例中， AFC系统30被构造成将空气自转子叶片28内排出至边界层56中， 以便于操纵边界层56。更具体地，在示例性实施例中，随着边界层 56开始与外表面54分离，操作控制系统32对AFC系统30进行操作， 以将空气排出至边界层56中，由箭头57表示，从而防止边界层56 与外表面54分离、并且增大跨越转子叶片28的升力，从而增加风力 涡轮机10产生的电能。此外，操作控制系统32对AFC系统30进行 操作，以自边界层56抽入空气，由箭头58表示，以便进一步操纵边 界层56，从而增大跨越转子叶片28的升力。备选地，操作控制系统 32可以对AFC系统30进行操作，以向边界层56的上游排出空气， 以便操纵边界层56，从而减小跨越转子叶片28的升力。

在示例性实施例中，转子叶片28包括第一部或根部60、以及与 根部60相对的第二部或尖端部61。根部60被构造成便于将转子叶片 28安装至毂26。转子叶片28的叶片侧壁62在根部60与尖端部61 之间、并且沿纵向展向(spanwise)轴线64延伸。叶片侧壁62具有 至少部分地界定了叶片腔68的内表面66，叶片腔68自根部60朝向 尖端部61延伸。在示例性实施例中，叶片侧壁62包括例如吸力侧叶 片部段的第一叶片部段70，以及例如压力侧叶片部段的相对的第二叶 片部段72。在该实施例中，第一叶片部段70沿前缘74和轴向隔开的 后缘76连接至第二叶片部段72。转子叶片28具有沿界定于前缘74 与后缘76之间的弦向(chordwise)轴线46延伸的弦向宽度78。

在示例性实施例中，第一叶片部段70和第二叶片部段72连接在 一起从而在根部60形成开口80。毂26包括内表面82，内表面82限 定了毂腔84。转子叶片28在根部60处连接至毂26，使得开口80提 供了毂腔84与转子叶片腔68之间的流动连通(flow communication)。

在示例性实施例中，AFC系统30包括吸气组件86、排气组件88 和流动控制组件90。吸气组件86连接至转子叶片28和排气组件88， 用于将空气流自边界层56引导至排气组件88。更具体地，在示例性 实施例中，吸气组件86被构造成自边界层56抽入环境空气92，并且 至少部分地将空气引导至排气组件88。排气组件88连接至转子叶片 28，并且被构造成将空气自吸气组件86排出至边界层56中，以操纵 边界层56。在示例性实施例中，流动控制组件90连接至吸气组件86 与排气组件88之间，用于将空气自吸气组件86选择性地引导至排气 组件88。流动控制组件90进一步连接至毂26，用于将空气自吸气组 件86选择性地引导至毂腔84，以及将空气自毂腔84选择性地引导至 排气组件88。在一个实施例中，毂26形成了一个提供环境空气92与 流动控制组件90之间的流动连通的开口94。在该实施例中，流动控 制组件90被进一步构造成将空气流自环境空气92穿过毂腔84引导 至排气组件88。在示例性实施例中，流动控制组件90位于转子叶片 腔68内。备选地，流动控制组件90可以位于毂腔84内。

在示例性实施例中，排气组件88包括位于相应的转子叶片腔68 内并且连接至内表面66的至少一个排气歧管96。一个或多个排气孔 口98穿过侧壁62延伸至排气歧管96内，以提供排气歧管96与环境 空气92之间的流动连通。排气歧管96具有第一端100和与第一端100 相对的第二端102。第一端100在根部60处位于叶片腔68内，并且 连接至吸气组件86和/或流动控制组件90。第二端102位于叶片腔68 内，并且相比第一端100更靠近尖端部61。在示例性实施例中，排气 孔口98在总体沿相应的转子叶片28的展向轴线64延伸的单排104 中对齐。备选地，排气孔口98可以在处于能够使排气组件88如本说 明书所述地起作用的沿转子叶片28长度的任何合适位置的任何合适 的阵列中、单排中或者多排中对齐。

在示例性实施例中，排气组件88包括第一排气歧管106和第二 排气歧管108。流动控制组件90连接至第一排气歧管106和第二排气 歧管108，以将空气流自吸气组件86和/或毂26选择性地引导至第一 排气歧管106和第二排气歧管108。一个或多个第一排气孔口110穿 过侧壁62延伸至第一排气歧管106中，以提供第一排气歧管106与 环境空气92之间的流动连通。在示例性实施例中，第一排气孔口110 沿展向轴线64在排112中对齐。进一步参照图3，排112沿弦向轴线 46被界定在转子叶片28的最大翼型厚度的弦向位置116与后缘76之 间的弦向位置114。备选地，第一排气孔口110的弦向位置114可以 邻近后缘76。在示例性实施例中，一个或多个第二排气孔口118穿过 侧壁62延伸至第二排气歧管108中，以提供第二排气歧管108与环 境空气92之间的流动连通。第二排气孔口118沿展向轴线64在排120 中对齐，排120被界定在最大弦向翼型厚度116与前缘74之间的弦 向位置122。第一排气孔口110具有将空气自第一排气歧管106排出 至边界层56中的尺寸、形状和定向，以操纵边界层56并且增大转子 叶片28的升力。第二排气孔口118具有将空气自第二排气歧管108 排出至边界层56中的尺寸、形状和定向，以减小转子叶片28的升力。

在示例性实施例中，吸气组件86连接至每个转子叶片28，以自 边界层56抽入环境空气92、并且将空气引导至流动控制组件90和/ 或排气组件88。吸气组件86包括至少一个位于相应的转子叶片腔68 内并且连接至内表面66的吸气歧管124。吸气歧管124具有第一端 126和相对的第二端128。第一端126位于根部60处，并且连接至排 气歧管96的第一端100以及流动控制组件90。第二端128的位置相 比第一端126更靠近尖端部61。在示例性实施例中，一个或多个吸气 孔口130穿过侧壁62延伸至吸气歧管124中，以提供吸气歧管124 与环境空气92之间的流动连通。吸气孔口130具有将空气自环境空 气92引导至吸气歧管124的尺寸、形状和定向。吸气孔口130在总 体沿相应的转子叶片28的展向轴线64延伸的单排132中轴向对齐。 备选地，吸气孔口130可在处于能够使吸气组件86如本说明书所述 地起作用的沿转子叶片28长度的任何合适位置的任何合适的阵列中、 单排中或多排中对齐。在一个实施例中，吸气孔口130以及排气孔口 110和118沿展向轴线64在交替的排中定向。再次参照图2和图3， 在示例性实施例中，排132沿弦向轴线46被界定在最大弦向翼型厚 度116与前缘74之间的弦向位置134。

在示例性实施例中，排气孔口98的排112自尖端部61以第一展 向距离136沿展向轴线64进行界定。吸气孔口130的排132自尖端 部61以小于第一展向距离136的第二展向距离138沿展向轴线64进 行界定。在一个实施例中，第一展向距离136和第二展向距离138大 致相等。在另一个实施例中，吸气孔口130相对于排气孔口98进行 界定，使得吸气孔口排132的一部分相对于展向轴线64与排气孔口 排112重叠。

在示例性实施例中，流动控制组件90连接在吸气组件86与排气 组件88之间，用于将空气自吸气组件86选择性地引导至排气组件88。 流动控制组件90邻近根部60设置，并且连接至吸气歧管124的第一 端126以及排气歧管96的第一端100。在一个实施例中，流动控制组 件90进一步连接至毂26，用于在吸气组件86、排气组件88与毂腔 84之间对空气进行引导。在示例性实施例中，流动控制组件90包括 连接至管道142的流动控制装置140。流动控制装置140进一步连接 至吸气组件86和排气组件88。流动控制装置140是例如泵、压缩机、 风扇、吹风机和/或用于控制空气流的任何其它合适的装置。管道142 连接至毂内表面82，以提供毂腔84与流动控制组件90之间的流动连 通。

图4是转子叶片28的透视图，该转子叶片28包括AFC系统30 的备选实施例。图5是沿图4中的弦向截面线5-5截取的AFC系统 30的备选实施例的横截面图。图4和图5中所示的同样的部件由图2 和图3中所用的相同附图标记表示。在该实施例中，吸气组件86并 不包括吸气歧管124。吸气孔口130穿过侧壁62延伸，并且具有将空 气自边界层56抽入至转子叶片腔68中的尺寸、形状和定向。第一排 气孔口110包括分别基本沿展向轴线64定向的第一排144和第二排 146。第二排146相比第一排144更靠近后缘76。流动控制组件90被 构造成将空气自转子叶片腔68引导至排气组件88和/或毂腔84。

在示例性实施例中，AFC系统30被构造成在第一模式或升力增 大模式与第二模式或升力减小模式之间选择性地进行操作。如本说明 书所使用地，术语“升力增大模式”指的是这样的操作模式：在该操 作模式下，流动控制组件90将至少一部分空气自吸气组件86引导至 排气组件88，以操纵边界层56从而对升力和/或阻力进行调节，以便 于增大跨越转子叶片28的升力。如本说明书所使用地，术语“升力 减小模式”指的是这样的操作模式：在该操作模式下，流动控制组件 90将至少一部分空气自吸气组件86引导至排气组件88，从而对升力 和/或阻力进行调节，以便于减小跨越转子叶片28的升力。

当AFC系统30在升力增大模式下进行操作的过程中，吸气孔口 130将空气抽入吸气歧管124中，吸气歧管124将空气引导至流动控 制组件90。流动控制组件90将至少一部分空气自吸气组件86和毂 26选择性地引导至第一排气歧管106。第一排气歧管106将空气穿过 第一排气孔口110引导至边界层56中，以操纵边界层56从而增大转 子叶片28的升力。当AFC系统30在升力减小模式下进行操作的过程 中，吸气组件86自边界层56抽入空气、并且将空气引导至流动控制 组件90。流动控制组件90将空气自吸气组件86和毂26选择性地引 导至第二排气歧管108。第二排气歧管108将空气穿过第二排气孔口 118引导至环境空气92，以便于减小跨越转子叶片28的升力，从而 减少转子22的旋转。

在示例性实施例中，流动控制组件90被构造成在第一供气模式、 第二供气模式以及第三供气模式下进行操作。在第一供气模式下，流 动控制组件90使空气能够自吸气组件86被引导至排气组件88。在第 二供气模式下，流动控制组件90将一部分空气自吸气组件86引导至 排气组件88、并且将一部分空气引导至毂腔84，使得自排气组件88 排出至边界层56中的空气的量小于由吸气组件86自边界层56抽入 的空气的量。在第三供气模式下，流动控制组件90使空气能够自吸 气组件86被引导至排气组件88，并且将额外的空气自毂26引导至排 气组件88。在第三供气模式下，自排气组件88排出至边界层56中的 空气的量大于由吸气组件86自边界层56抽入的空气的量。

图6是示出示例性操作控制系统32的方框图。在示例性实施例 中，操作控制系统32是包括任何适合的基于处理器的系统或基于微 处理器的系统的实时控制器，例如计算机系统，基于处理器的系统或 基于微处理器的系统包括微控制器、精简指令集电路(RISC)、专用 集成电路(ASICs)、逻辑电路和/或能够执行本说明书所述的功能的 任何其它的电路或处理器。在一个实施例中，操作控制系统32可以 是包括只读存储器(ROM)和/或随机存取存储器(RAM)的微处理 器，例如具有2兆比特ROM和64千比特RAM的32位微型计算机。 如本说明书所使用地，术语“实时”指的是在对输出具有影响的输入 发生变化之后的相当短的时间周期产生输出，其中“时间周期”是可 以基于输出的重要性和/或系统对输入进行处理以产生输出的能力进 行选择的设计参数。

在示例性实施例中，操作控制系统32包括存储区域200，存储区 域200被构造成对可执行指令以及/或者代表和/或指示风力涡轮机10 的操作条件的一个或多个操作参数进行储存。操作参数可以不构成限 制地代表和/或指示转速、桨距角、风速和/或风向。操作控制系统32 进一步包括处理器202，处理器202连接至存储区域200，并且被编 程成至少部分地基于一个或多个操作参数对例如AFC系统30的一个 或多个风力涡轮机控制装置204的操作进行判定。在一个实施例中， 处理器202可以包括处理单元，例如是但并不限于是集成电路(IC)、 专用集成电路(ASIC)、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)和 /或任何其它的可编程电路。备选地，处理器202可以包括多重处理单 元(例如，在多核/芯构造中)。

在示例性实施例中，操作控制系统32包括传感器接口206，传感 器接口206连接至至少一个传感器208，例如速度传感器42和52， 以及/或者用于自传感器208接收一个或多个信号的桨距传感器44。 每个传感器208都产生并且传输与风力涡轮机10的操作参数相对应 的信号。而且，每个传感器208都可以连续地、周期性地或者仅一次 地传输信号，尽管其它信号时序也是可想到的。而且，每个传感器208 都可以对模拟形式或数字形式的信号进行传输。操作控制系统32通 过处理器202对信号进行处理，以产生一个或多个操作参数。在一些 实施例中，处理器202被编程成(例如通过存储区域200中的可执行 指令)对传感器208产生的信号进行采样。例如，处理器202可以从 传感器208接收连续信号，并且作为响应，基于该连续信号周期性地 (例如，每五秒一次)计算AFC系统30的操作模式。在一些实施例 中，处理器202使从传感器208接收的信号标准化。例如，传感器208 可以通过与操作参数值成正比例的参数(例如电压)产生模拟信号。 处理器202可以被编程成将模拟信号转换为操作参数。在一个实施例 中，传感器接口206包括模数转换器，该模数转换器将传感器208产 生的模拟电压信号转换为操作控制系统32可用的多位数字信号。

操作控制系统32还包括控制接口210，控制接口210被构造成对 AFC系统30的操作进行控制。在一些实施例中，控制接口210操作 性地连接至例如流动控制组件90(示于图2中)的一个或多个风力涡 轮机控制装置204。

控制接口210与控制装置204之间以及传感器接口206与传感器 208之间能够实现多种连接。这些连接可以不构成限制地包括电导体、 例如推荐标准(RS)232或RS-485的低级串行数据连接、例如通用 串行总线(USB)或电气和电子工程师协会(IEEE)1394(a/k/a火 线)的高级串行数据连接、例如IEEE 1284或IEEE 488的并行数据连 接、例如蓝牙的短距离无线通信信道以及/或者有线或无线专用(例如 风力涡轮机10之外不可到达的(inaccessible))网络连接。

在示例性实施例中，操作控制系统32从传感器208接收指示风 速的信号并且从传感器208接收指示转子叶片28的桨距角的信号。 操作控制系统32被构造成基于风速和转子叶片28的桨距角计算转子 叶片28的气动效率。根据判定出转子叶片28的气动效率与预定气动 效率不同，操作控制系统32被构造成在升力增大模式下对AFC系统 30进行操作。在一个实施例中，操作控制系统32被构造成从传感器 208接收指示转子22的转速的信号。在该实施例中，操作控制系统 32被构造成当所检测到的转速小于预定转速时升力增大模式下对 AFC系统30进行操作。操作控制系统32被进一步构造成当所检测到 的转速大于预定转速时，在升力减小模式下对AFC系统30进行操作。

图7是示出了操纵跨越转子叶片28的边界层56的示例性方法300 的流程图。在示例性实施例中，方法300包括将AFC系统30连接至 转子叶片28的步骤302。在步骤304中对吸气组件86进行操作，以 将空气自边界层56引导至排气组件88。在步骤306中对排气组件88 进行操作，以将空气自吸气组件86排出至边界层56中。在一个实施 例中，方法300还包括步骤308：在第一操作模式下对AFC系统30 进行操作，以在转子叶片沿弦向轴线的最大厚度与后缘之间的位置处 将空气排出至边界层。在步骤310中，在第二操作模式下对AFC系统 30进行操作，以在转子叶片沿弦向轴线的最大厚度与前缘之间的位置 处将空气排出至边界层。在另一个备选的实施例中，方法300包括将 流动控制组件90连接至毂26、连接至吸气组件86并且连接至排气组 件88的步骤312，以及对流动控制组件90进行操作以将空气自吸气 组件86和毂26选择性地引导至排气组件88的步骤314。

本说明书所述的系统、方法和设备的示例性技术效果包括下列所 述中的至少一个：(a)将指示风速的至少第一监控信号自传感器传输 至控制系统；(b)对指示转子叶片的桨距的至少第二信号进行传输； (c)由控制系统基于第一信号和第二信号计算转子叶片的气动效率； (d)对比计算得到的气动效率与预定的气动效率；以及(e)当计算 得到的气动效率与预定的气动效率不同时，对主动流动控制系统进行 操作。

上述的系统、方法和设备有利于操纵跨越风力涡轮机的转子叶片 的边界层，从而在风力涡轮机的操作过程中提高转子叶片的气动效 率。更具体地，主动流动控制系统被构造成自边界层抽入空气并且将 空气选择性地排出至边界层中。通过自边界层抽入空气以及将空气排 出至边界层中，相比已知的风力涡轮机，主动流动控制系统有利于在 风力涡轮机的操作过程中提高转子叶片的气动效率，并且降低风力涡 轮机部件的供电要求。这样一来，能够增加风力涡轮机的年发电量。

本说明书对用于操纵边界层的系统和方法的示例性实施例进行 了详细描述。该系统和方法并不限于本说明书所述的具体实施例，相 反，可以相对于本说明书所述的其它部件和/或步骤独立地和单独地利 用系统的部件和/或方法的步骤。例如，还可以结合其它的主动流动控 制系统使用该方法，并且该方法并不限于仅通过本说明书所述的风力 涡轮机系统实施。相反，能够结合多种其它的叶片升力增大应用实施 和利用示例性实施例。

尽管本发明的各个实施例的具体特征可能会示于一些附图中而 未示于其他附图中，但这仅仅是为了方便起见。根据本发明的原理， 一个附图中的任何特征都可以结合任何其它附图的任何特征进行参 考以及/或者要求保护。

本说明书使用示例对本发明进行了公开，其中包括最佳模式，并 且还使本领域技术人员能够实施本发明，其中包括制造和使用任何装 置或系统并且执行所包含的任何方法。本发明的专利范围通过权利要 求进行限定，并且可以包括本领域技术人员能够想到的其他示例。如 果这些其它的示例包括与权利要求的字面语言没有区别的结构元件， 或者如果这些其它的示例包括与权利要求的字面语言没有实质区别 的等同结构元件，则期望这些其它的示例落入权利要求的范围中。