CN103270296B - 风车叶片及具备该风车叶片的风力发电装置以及风车叶片的设计方法 - Google Patents

风车叶片及具备该风车叶片的风力发电装置以及风车叶片的设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明目的在于提供一种具备平背叶片样式，空气动力特性和刚性优异的风车叶片及具备该风车叶片的风力发电装置以及风车叶片的设计方法。风车叶片(1)具备叶片前端部(2)、与轮毂(112)连结的叶片根部(4)、位于所述叶片前端部(2)与所述叶片根部(4)之间的叶片样式部(6)。叶片样式部(6)至少在表示最大厚度tMAX相对于弦长LC的比例的叶片厚度比X％成为40％以上且50％以下的叶片长度方向的区域中，具有平背叶片样式(10)，该平背叶片样式是后缘(8)具有厚度的叶片样式。平背叶片样式(10)在所述叶片厚度比X％为40％以上且50％以下的所述区域中，表示后缘(8)的厚度tTE相对于所述最大厚度tMAX的比例的后缘厚度比Y％为5％以上且YH％以下，YH使用所述叶片厚度比X％中的X，由YH=1.5X-30表示。

Description

风车叶片及具备该风车叶片的风力发电装置以及风车叶片的设计方法
技术领域
本发明涉及风车叶片及具备该风车叶片的风力发电装置以及风车叶片的设计方法。 
背景技术
近年来，从地球环境的保全的观点出发，利用了风力的风力发电装置不断普及。风力发电装置将风的运动能量转换成叶片(确切来说是包含叶片的转子整体)的旋转能量，然后利用发电机将该旋转能量转换成电力。 
风力发电装置产生的发电输出(风车输出)由下式表示，在叶片效率越高、叶片直径越大时越提高。 
(数学式1) 
风车输出=1／2×空气密度×(风速)3×叶片效率×转换效率×π×(叶片直径／2)2
这里，叶片效率是将风的运动能量转换成叶片(确切来说是包含叶片的转子整体)的旋转能量时的效率。而且，转换效率是将转子的旋转能量向发电机传递而通过发电机生成电力时的效率。 
然而，已知叶片效率存在理论上的上限值(贝茨极限=0.593)。即，即便是理论上的最大效率，也只能将风的运动能量中的59.3％转换成叶片(确切来说是包含叶片的转子整体)的旋转能量。在实际的风车叶片中，由于风车尾流的涡流的影响和空气阻力的存在，能实现的叶片效率最大也就成为0.5左右。 
当前，实用化的风车叶片的叶片效率作为典型值为0.49左右，因此通过叶片设计的改良所能够改善叶片效率的余地最高不过0.01(相对于现状的叶片效率整体为2％)左右。而且，叶片设计的改良可能会导致噪音增大和非设计点上的效率下降，不优选。 
因此，通过叶片效率的改善，难以大幅提高风力发电装置的发电输出。 
另一方面，叶片直径以其平方的方式影响发电输出，因此为了提高发电输出而扩大叶片直径是有效的。然而，叶片直径的扩大会导致风车叶片从风受到的载荷(空气动力载荷)的增大及相伴着风车叶片的重量增加的载荷(重量载荷)的增大，因此成为对转子进行支承的舱室的大型化以及成本增加的主要原因。 
因此，考虑对叶片样式(风车叶片的剖面形状)想办法，缩短风车叶片的弦长而减少风车叶片从风受到的载荷(空气动力载荷)，并抑制与风车叶片的重量增加相伴的载荷(重量载荷)的增大。 
因此，提出了将风车叶片的接近轮毂侧的部分的后缘(尾缘)增厚的平背叶片样式(flatback airfoil)(例如，参照专利文献1～5及非专利文献1)。 
具体而言，在专利文献1中记载了具有通过坐标而规定的多个平背叶片样式的风车叶片。在专利文献2中记载了后缘周边的叶片厚度越接近后缘越增大的扩散形状的平背叶片样式。而且在专利文献3中公开了一种使用平背叶片样式嵌入物来制造具有平背叶片样式的风车叶片的技术。而且，在专利文献4中公开了一种将用于减少噪音的分裂板安装于后缘的平背叶片样式的风车叶片。而且在专利文献5中公开了对于具有锐利的后缘的初期叶片样式，追加设置叶片要素，使后缘具有厚度而形成为平背叶片样式的情况。此外，在非专利文献1中记载了使用多个计算方法，对平背叶片样式的空气动力特性进行了评价的结果。 
图15是表示具备平背叶片样式的风车叶片的图。风车叶片100由于后缘8具有厚度，因此具有在后缘8的尾流侧的区域102产生尾流而区域102成为负压的性质。后缘8的尾流侧的区域102的负压会吸引沿着背侧面14流动的空气流，从而延缓背侧面14的边界层的剥离。即，由于在后缘8的尾流侧的区域102产生的负压而将空气流向背侧面14拉近，由此抑制边界层的剥离，从而将背侧面14上的边界层的剥离点向尾流侧移动至后缘8附近(将边界层的剥离点固定在后缘8附近)。因此，与具有锐利的后缘的以往的叶片样式相比，能够使升力产生至高冲角为止。由此，即便缩短弦16的长度(弦长)也能得到充分的升力，因此能够减少弦长，从而减小风车叶片从风受到的载荷(空气动力载荷)。 
另外，在平背叶片样式中，由于后缘具有厚度，因此与具有锐利的后 缘的以往的叶片样式相比，剖面系数优异，因此能够确保强度并同时减少重量。 
需要说明的是，虽然不是关于平背叶片样式，但在专利文献6中公开了一种在叶片样式部与叶片根部之间的过渡部处，在后缘周边的腹侧面设置附加区域而使升力增大的风车叶片。 
【在先技术文献】 
【专利文献】 
【专利文献1】美国专利第7883324号说明书 
【专利文献2】美国专利出愿公开第2009／0263252号说明书 
【专利文献3】美国专利出愿公开第2010／0143146号说明书 
【专利文献4】欧州专利出愿公开第2063106号说明书 
【专利文献5】欧州专利出愿公开第2031242号说明书 
【专利文献6】欧州专利出愿公开第1845258号说明书 
【非专利文献】 
【非专利文献1】K.J.Standish，另外1名，「Aerodynamic Analysis of B1unt Trailing Edge Airfoils」，Journal of Solar Energy Engineering，2003年11月，vol.125，p.479-487 
【发明的概要】 
【发明要解决的课题】 
然而，一般的风车叶片在比达到额定转速的风速高的高风速域中，在越接近叶片根部的叶片长度方向位置，与风速上升相伴的冲角的增加量越大，处于冲角容易增大的倾向。关于该情况，使用图15所示的速度三角形进行说明。 
在图15中，风车叶片100沿着箭头R的方向旋转。风车叶片100以弦16相对于叶片旋转方向R成为角度θ的方式配置。该角度θ是弦16的延长线L1和与叶片旋转方向R平行的直线L2之间的角度，表示风车叶片100的安装角(倾角)。而且，相对风速矢量W是风相对于沿着叶片旋转方向R旋转的风车叶片100的相对的速度矢量，是从与风车叶片100的旋转方向成直角的方向吹来的风的速度矢量A与风车叶片100的周速矢量rΩ合成的矢量。并且，该相对风速矢量W与弦16的延长线L1之间的角 度α是风车叶片100的冲角。 
这里，在比达到额定转速的风速高的高风速域中，由于风车叶片100的转速被维持成额定转速，所以周速矢量rΩ恒定。因此，当风速上升而风的速度矢量A增大时，相应地，风车叶片100的冲角α增大。该冲角α的增加量随着靠近周速矢量rΩ小的叶片根部侧的叶片长度方向位置而增大。即，随着靠近周速矢量rΩ小的叶片根部侧的叶片长度方向位置，伴随着风速上升的冲角α的增加量变大，冲角α处于容易变大的倾向。 
因此，在接近叶片根部侧的区域中，优选使后缘具有厚度(采用平背叶片样式)而将升力维持至高冲角。当后缘具有厚度时，不仅升力而且阻力也增大，但在接近叶片根部的区域中，升力增大这一优点大于阻力增大这一缺点，因此使后缘增厚的技术的利益大(即，能够实现高升阻比)。反之，随着接近叶片前端部侧，采用平背叶片样式的阻力增大这一缺点会大于升力增大这一优点，使后缘增厚有时反而会减小升阻比。 
本发明者进行研讨的结果是，得到了如下见解：在表示最大厚度相对于弦长的比例的叶片厚度比X％成为40％以上50％以下那样的比较接近叶片根部的区域中，使后缘具有厚度的技术的利益大(即，能实现高升阻比)。因此，考虑到将该区域的平背叶片样式的后缘厚度设定在适当的范围内来实现空气动力特性或刚性的改善的情况是至关重要的。 
然而，关于平背叶片样式的见解仅积累到如此程度，关于将上述的区域中的平背叶片样式的后缘厚度设定在何种范围内，还没有充分的见解。 
在专利文献1～6及非专利文献1中，在上述的叶片厚度比X％为40％以上且50％以下的区域中，关于将平背叶片样式的后缘的厚度设为何种范围，并未作出具体的公开。 
发明内容
本发明鉴于上述的情况而作出，其目的在于提供一种具备平背叶片样式，空气动力特性和刚性优异的风车叶片及具备该风车叶片的风力发电装置以及风车叶片的设计方法。 
【用于解决课题的手段】 
本发明的风车叶片具备：叶片前端部；叶片根部，其与风车的轮毂连 结；叶片样式部，其位于所述叶片前端部与所述叶片根部之间，至少在表示最大厚度tMAX相对于弦长LC的比例的叶片厚度比X％成为40％以上且50％以下的叶片长度方向的区域中，具有平背叶片样式，该平背叶片样式是后缘具有厚度的叶片样式，所述风车叶片的特征在于，所述平背叶片样式在所述叶片厚度比X％为40％以上且50％以下的所述区域中，表示后缘的厚度tTE相对于所述最大厚度tMAX的比例的后缘厚度比Y％为5％以上且YH％以下，YH使用所述叶片厚度比X％中的X，由YH=1.5X-30表示。 
根据本发明者的见解，在叶片厚度比X％为40％以上且50％以下的比较接近叶片根部侧的区域中，通过使后缘具有厚度而设为平背叶片样式，能够有效地改善升阻比特性。因此，在上述风车叶片中，至少在叶片厚度比X％为40～50％的叶片长度方向的区域中，设为后缘具有厚度的平背叶片样式。 
另外，在上述风车叶片中，由于在叶片厚度比X％为40～50％的所述区域中将后缘厚度比Y％设为5％以上，因此借助由后缘的尾流侧的尾流引起而产生的负压，能够有效地延缓背侧面的边界层的剥离。即，利用后缘的尾流侧产生的负压将空气流向背侧面拉近，能够有效地抑制边界层的从背侧面的剥离。因此，能够使升力产生至高冲角(直至高冲角，能够实现不失速的高升力特性)。而且，通过将后缘厚度比Y％设为5％以上，能够提高风车叶片的剖面系数，因此能够维持强度并同时实现风车叶片的轻量化。 
然而，当增大后缘厚度比Y％而使后端变厚时，不仅升力而且阻力也增大，因此并不是越使后端变厚而升阻比(=升力／阻力)越大从而越改善空气动力特性这样的情况。根据本发明者的研究结果，当后缘厚度比Y％中的Y大于上限值YH(=1.5X-30)时，阻力的增加量胜过升力的增加量，在大致整个冲角范围内，未看到升阻比的充分的改善效果。关于这一点，在上述风车叶片中，由于在叶片厚度比X％为40～50％的所述区域将后缘厚度比Y％中的Y设为上限值YH(=1.5X-30)以下，因此在至少一部分的冲角范围内能够享受升阻比的充分的改善效果。 
在上述风车叶片中，可以是，参数S表示最大弦长LCMAX相对于所述风车叶片的旋转半径R的比例，参数T是所述叶片前端部的周速与叶片端 代表弦长之积除以所述旋转半径R所得到的值，在所述参数S与所述参数T满足T≤-5S+5的关系时，所述平背叶片样式在所述叶片厚度比X％为40％以上且50％以下的所述区域中，所述后缘厚度比Y％中的Y为X-20≤Y≤1.5X-30，在所述参数S与所述参数T满足T≥-5S+6的关系时，所述平背叶片样式在所述叶片厚度比X％为40％以上且50％以下的所述区域中，所述后缘厚度比Y％中的Y为5≤Y≤0.5X-5，在所述参数S与所述参数T满足-5S+5<T<-5S+6的关系时，所述平背叶片样式在所述叶片厚度比X％为40％以上且50％以下的所述区域中，所述后缘厚度比Y％中的Y为0.5X-5<Y<X-20。 
需要说明的是，所述叶片端代表弦长是相对于所述旋转半径R的比为0.8的叶片半径位置r处的弦长。 
这里，关于参数S及T的技术性意义，使用图16(a)～(d)进行说明。 
在一般的风车中，在风速达到切入风速V1以上之后，在成为达到额定转速的风速V2之前期间，以性能(效率)成为最佳(最大)的大致恒定的周速比(称为最佳周速比或设计周速比)运转(参照图16(b))。这里，周速比使用未受到风车叶片的存在的影响的无限上游侧的风速(上游风速)，由叶片端周速[rpm]／上游风速[m／s]表示。在风速为切入风速V1～达到额定转速的风速V2的可变速域中，以将周速比维持成最佳周速比(设计周速比)的方式根据风的速度矢量A的变化而使周速矢量W变化，从而冲角α维持成适合于风车叶片的大致恒定值(=最佳冲角αopt)(参照图16(b)及(d))。 
相对于此，在风速变成达到额定转速的风速V2之后，由于转速维持成恒定值(额定转速)，因此周速矢量rΩ保持为大致恒定的大小。因此，在达到额定转速的风速V2～达到额定输出的风速V3的高风速域中，当风速上升时，在将周速矢量rΩ维持成恒定的状态下，仅增大风的速度矢量A，结果是风车叶片的冲角α增大(参照图16(d))。该冲角α的增加倾向在风车输出达到额定输出的风速(额定风速)V3之前持续。并且，在达到了额定风速V3之后，通过风车叶片的斜度控制来减少冲角α而将风车输出维持成恒定。需要说明的是，在V2～V3期间，有时斜度控制起作用而与图 16所示的各状况稍有不同。 
然而，达到额定转速的风速V2～达到额定输出的风速V3的高风速域中的相对于上游风速的上升量的冲角α的增大量(图16(d)的图形的斜度)受到弦长的影响。假设若是弦长为零的风车叶片，则风的速度矢量A的大小会增加无限上游侧的风速的上升量，对应于该速度矢量A的大小的增加量而风车叶片的冲角α变大。然而，现实的风车叶片的弦长不为零，因此朝向风车叶片而实际流动的风的速度矢量A的大小会受到风车叶片的存在的不少影响，仅增加比无限上游侧的风速(上游风速)的上升量小的量。并且，风车叶片的弦长越变大，风车叶片的存在的影响越无法忽视，因此无限上游侧的风速(上游风速)上升时的风的速度矢量A的大小的增加量变小。因此，相对于无限上游侧的风速的上升量的冲角α的增大量(即，相对于风速的冲角的变化灵敏度，更具体而言是图16(d)中的图形的斜度)随着弦长变大而减小。这样的话，表示最大弦长LCMAX相对于风车叶片的旋转半径R的比例的参数S是表示风车叶片的弦长的大小的程度的量纲为1的数，因此随着该参数S增大而相对于风速的冲角的变化灵敏度减小。即，参数S是相对于风速的冲角的变化灵敏度(相对于无限上游侧的风速的上升量的冲角α的增大量)的指标。 
另外，从图16(d)明确可知，达到额定转速的风速V2与达到额定输出的风速(额定风速)V3的风速差(=V3-V2)越大，风车的运转范围内能取得的冲角的最大值αMAX越大。因此，(尤其是在叶片根侧的叶片长度方向位置)冲角超过失速角的可能性高，在直至高冲角之前以不失速的方式设计风车叶片的情况至关重要。 
这里，额定风速V3在大多数的风车中是大约10m／s附近的值(典型的是11～12m／s)，因此在风车的运转范围内能取得的冲角的最大值αMAX主要由达到额定转速的风速V2所支配。即，达到额定转速的风速V2越小，上述风速差V3-V2越大，相应地，从最佳冲角αopt的冲角的上升量变大，冲角的最大值αMAX增大。 
并且，该风速V2由叶片端周速／设计周速比来提供。而且，设计周速比具有与风车叶片的弦长分布较强的相关性，作为空气力学的事实，设计周速比与弦长／旋转半径R处于大约反比例的关系。需要说明的是，弦长 沿着风车叶片的叶片长度方向以不同的值进行分布，但通过对风车叶片的性能影响度最强的叶片端代表弦长(=相对于旋转半径R的比为0.8的叶片半径位置r处的弦长)能够很好地代表。即，由于1／设计周速比∝叶片端代表弦长／旋转半径R的关系成立，因此叶片前端部的周速与叶片端代表弦长之积除以旋转半径R所得到的参数T表示达到额定转速的风速V2的大小(T=叶片端周速×叶片端代表弦长／旋转半径R∝叶片端周速／设计周速比，即T∝风速V2的关系大致成立)。 
这样的话，额定风速V3在大多数的风车中采用同样的值，因此表示达到额定转速的风速V2的大小的参数T成为了表示上述风速差V3-V2的大小的值，结果是表示风车叶片的运转范围内的冲角的最大值αMAX的大小的程度。具体而言，在参数T大而风速V2大时，风速差V3-V2减小，相应地，从最佳冲角αopt的冲角的上升量小，因此冲角的最大值αMAX也比较小。反之，在参数T小而风速V2小时，风速差V3-V2变大，相应地，从最佳冲角αopt的冲角的上升量大，因此冲角的最大值αMAX也比较大。 
因此，在参数S及T满足T≤-5S+5的关系时，与T≥-5S+6的情况相比，以相同的参数T(达到额定转速的风速与额定风速之差)来看的话，参数S小(即，相对于风速的冲角α的变化灵敏度大)。因此，在风速从达到额定转速的风速上升至额定风速期间，风车叶片的冲角α增大的量大。而且，以相同的参数S来看，在参数S及T满足T≤-5S+5的关系的情况下，与T≥-5S+6的情况相比，参数T小(即，风速差V3-V2大)，因此风速从达到额定转速的风速上升至额定风速期间，风车叶片的冲角α增大的量大。即，在参数S及T满足T≤-5S+5的关系时，在从达到额定转速至额定输出为止的风车的运转范围中，风车叶片的冲角α增加至比较高的值。因此，这种情况下，在叶片厚度比X％为40％以上且50％以下的区域中，将后缘厚度比Y％中的Y设定为X-20≤Y≤1.5X-30，直至高冲角α为止，能有效地抑制背侧面的边界层的剥离。 
反之，在参数S及T满足T≥-5S+6的情况下，与T≤-5S+5的情况相比，以相同的参数T(达到额定转速的风速与额定风速之差)来看的话，参数S大(即，相对于风速的冲角α的变化灵敏度小)。因此，在风速从达到额定转速的风速上升至额定风速期间，风车叶片的冲角α增大的量小。 而且，以相同的参数S来看，在参数S及T满足T≤-5S+5的关系的情况下，与T≥-5S+6的情况相比，参数T大(即，风速差V3-V2小)，因此风速从达到额定转速的风速上升至额定风速期间，风车叶片的冲角α增大的量小。即，在参数S及T满足T≤-5S+6的关系时，在从达到额定转速至额定输出为止的风车的运转范围中，风车叶片的冲角α不怎么增加。因此，这种情况下，在叶片厚度比X％为40％以上且50％以下的区域中，将后缘厚度比Y％中的Y设定为5≤Y≤0.5X-5，使后端厚停留在必要最小限度，能够抑制阻力的增加并同时使升力增加。 
此外，在参数S及T满足-5S+5<T<-5S+6的关系的情况下，在叶片厚度比X％为40％以上且50％以下的区域中，将后缘厚度比Y％中的Y设定为0.5X-5<Y<X-20，将后端厚维持在适当的范围内，在一定程度的冲角α之前能够抑制边界层的剥离，并且能够在一定程度上抑制阻力的增加。 
在上述风车叶片中，可以是，所述平背叶片样式被规定为，在所述叶片厚度比X％为35％以上且40％以下的叶片长度方向的区域中，所述叶片厚度比X％中的X与所述后缘厚度比Y％中的Y满足X-35≤Y≤4X-130。 
如此，通过将后缘厚度比Y％中的Y设为X-35以上，借助由后缘的尾流侧的尾流引起而产生的负压，能够有效地延缓背侧面的边界层的剥离，能够使升力产生至高冲角为止。而且，通过将后缘厚度比Y％中的Y设为X-35以上，借助风车叶片的剖面系数的改善，能够维持强度并同时实现风车叶片的轻量化。 
另一方面，通过将后缘厚度比Y％中的Y设为4X-130以下，至少在任一个冲角范围内能够享受升阻比的改善效果。 
在上述风车叶片中，所述平背叶片样式被规定为，将后缘锐利的基准叶片样式的腹侧面与背侧面的间隔扩大并使该基准叶片样式的所述锐利的后缘变厚的剖面形状，在所述叶片样式部设有腹侧延设面，该腹侧延设面从所述平背叶片样式的腹侧面向比所述平背叶片样式的所述后缘靠后方的位置连续延伸且由凹状弯曲面或平面构成，所述腹侧延设面以随着朝向尾流侧而从所述平背叶片样式的弦远离的方式相对于该弦进行倾斜。 
如此，通过设置从平背叶片样式的腹侧面向后方延伸的由凹状弯曲面或平面构成的腹侧延设面，能够将平背叶片样式的腹侧的空气(风)的流 动转向为向下(从腹侧面远离的方向)，从而使作用于风车叶片的升力增大。 
在设置所述腹侧延设面时，可以是，在所述叶片样式部设有背侧延设面，该背侧延设面从所述平背叶片样式的背侧面向比所述平背叶片样式的所述后缘靠后方的位置延伸，所述腹侧延设面及所述背侧延设面分别是以从所述平背叶片样式的所述后缘向后方延伸的方式设置的延设部的腹侧的外表面和背侧的外表面，所述延设部的后端面与所述背侧延设面所成的角度小于所述平背叶片样式的所述背侧面与所述后缘的端面所成的角度。 
由此，以从平背叶片样式的所述后缘向后方延伸的方式设置的延设部的后端面与所述背侧延设面所成的角度能够接近锐角。因此，通过延设部的尾流的负压，能够更强地吸引沿着背侧面流动的空气流，从而能够进一步延缓背侧面的边界层的剥离。 
另外，若与平背叶片样式分体地形成延设部，并将该延设部附加于平背叶片样式，则能够提高平背叶片样式的后缘的刚性、风车叶片的压曲强度、构成风车叶片的腹侧外皮及背侧外皮的粘接强度。 
或者在设置所述腹侧延设面时，可以是，所述腹侧延设面是以从所述平背叶片类型的所述后缘向后方延伸的方式设置的延设部的腹侧的外表面，所述延设部的背侧的外表面在比所述平背叶片类型的所述背侧面与所述后缘的交点靠腹侧的位置上，与所述平背叶片类型的所述后缘的端面相交，所述平背叶片类型的所述背侧面与所述后缘的所述交点未被所述延设部覆盖。 
如此，平背叶片样式的背侧面与后缘的交点未由延设部覆盖而露出，由此不会影响平背叶片样式的边界层剥离的抑制效果，从而能够得到腹侧延设面产生的升力增大效果。 
在上述风车叶片中，可以是，所述平背叶片类型被规定为，将后缘锐利的基准叶片类型的腹侧面与背侧面的间隔扩大并使该基准叶片类型的所述锐利的后缘变厚的剖面形状，在所述叶片类型部设有：所述平背叶片类型的所述后缘；将所述平背叶片类型的腹侧面及背侧面的所述后缘侧的部分覆盖的覆盖部，所述覆盖部的腹侧的外表面是从所述平背叶片类型的腹侧面连续延伸的凹状弯曲面或平面，且以随着朝向尾流侧而从所述平背 叶片类型的弦远离的方式相对于该弦进行倾斜。 
如此，通过将覆盖平背叶片样式的后缘侧的覆盖部的腹侧的外表面设为从平背叶片样式的腹侧面向后方延伸的凹状弯曲面或平面，能够将平背叶片样式的腹侧的空气(风)的流动转向为向下(从腹侧面远离的方向)，从而能够使作用于风车叶片的升力增大。 
另外，通过利用覆盖部覆盖平背叶片样式的后缘侧，而能够提高后缘的刚性和风车叶片的压曲强度。 
在上述风车叶片中，可以是，所述叶片类型部在叶片长度方向上扭转，以所述平背叶片类型的所述后缘的端面成为未扭转的平面或曲面的方式，使该端面与所述平背叶片类型的弦的正交面所成的角度θ在叶片长度方向上不同。 
由此，平背叶片样式的后缘的端面(后缘面)成为未扭转(扭动)的平面或曲面，因此能够容易地进行风车叶片的制造。 
需要说明的是，角度θ可以随着接近叶片根部而增大。 
风车叶片通常在越接近叶片根部的叶片长度方向位置，伴随着风速上升的冲角的增加量越大，冲角处于容易增大的倾向。因此，随着接近叶片根部而上述角度θ增大，由此，平背叶片样式的背侧面与后缘面之间的角度接近锐角，从而越接近叶片根部，越能够使升力产生至高冲角(直至更高的冲角，能够实现不失速的高升力特性)。 
在上述风车叶片中，可以是，所述平背叶片类型中，形成该平背叶片类型的腹侧面的腹侧外皮和形成该平背叶片类型的背侧面的背侧外皮在所述后缘处未闭合，所述腹侧外皮和所述背侧外皮在靠近所述后缘的位置处经由后缘梁而接合，该后缘梁设置在所述腹侧外皮与所述背侧外皮之间并沿着叶片长度方向延伸。 
通过经由后缘梁将腹侧外皮与背侧外皮接合，即使腹侧外皮与背侧外皮在后缘处未闭合，也能够确保充分的强度。而且，即使后缘敞开，也几乎不会影响腹侧及背侧的风的流动。而且，通过未闭合后缘，而使后缘梁向外部露出，能够确认后缘梁的安装状态，因此有利。 
【发明效果】 
根据本发明，在叶片厚度比X％为40％以上且50％以下的比较接近叶 片根部侧的区域中，通过使后缘具有厚度而设为平背叶片样式，能够有效地改善升阻比特性。 
另外，由于在叶片厚度比X％为40～50％的所述区域中将后缘厚度比Y％设为5％以上，因此借助由后缘的尾流侧的尾流引起而产生的负压，能够有效地延缓背侧面的边界层的剥离。即，利用后缘的尾流侧产生的负压将空气流向背侧面拉近，能够有效地抑制边界层的从背侧面的剥离。因此，能够使升力产生至高冲角。而且，通过将后缘厚度比Y％设为5％以上，能够提高风车叶片的剖面系数，因此能够维持强度并同时实现风车叶片的轻量化。 
另外，由于在叶片厚度比X％为40～50％的所述区域将后缘厚度比Y％中的Y设为上限值YH(=1.5X-30)以下，因此在至少一部分的冲角范围内能够享受升阻比的充分的改善效果。 
附图说明
图1是表示风力发电装置的结构例的图。 
图2是表示第一实施方式的风车叶片的结构例的立体图。 
图3是表示平背叶片样式的一例的图。 
图4中，(a)是图2的A-A剖视图，(b)是图2的B-B剖视图，(c)是图2的C-C剖视图。 
图5是表示在平背叶片样式的形状决定时使用的设定区域的图形。 
图6是表示用于选择图5所示的设定区域中的第一～第三区域中的任一个的映射的图。 
图7是表示风车叶片的内部结构的例子的图。 
图8是表示风车叶片的内部结构的另一例的图。 
图9是表示第二实施方式的风车叶片的例子的图。 
图10是表示第二实施方式的风车叶片的另一例的图。 
图11是表示第三实施方式的风车叶片的例子的图。 
图12是表示第三实施方式的风车叶片的另一例的图。 
图13是表示第四实施方式的风车叶片的例子的图。 
图14是表示第四实施方式的风车叶片的另一例的图。 
图15是表示具备平背叶片样式的风车叶片的图。 
图16是表示一般的风车的运转条件的图，(a)是表示上游风速与风车的转速的关系的图形，(b)是表示上游风速与周速比的关系的图形，(c)是表示上游风速与风车输出的关系的图形，(d)是表示上游风速与冲角的关系的图形。 
具体实施方式
以下，按照附图，说明本发明的实施方式。其中，本实施方式记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等只要没有特定的记载，就不是将本发明的范围限定于此，只不过是说明例。 
以上，详细地说明了本发明的实施方式，但本发明并未限定于此，在不脱离本发明的主旨的范围内，当然可以进行各种改良或变形。 
[第一实施方式] 
首先，说明第一实施方式的风车叶片。 
图1是表示风力发电装置的结构例的图。图2是表示第一实施方式的风车叶片的立体图。 
如图1所示，风力发电装置110具备：1个以上(在本例中为3个)的风车叶片1；安装风车叶片1的轮毂112；对包含风车叶片1及轮毂112在内的转子进行支承的舱室114；将舱室114支承为回旋自如的塔116。需要说明的是，转子的旋转向未图示的发电机输入，在该发电机中生成电力。 
风车叶片1的向轮毂112的安装通过使用任意的紧固构件将风车叶片1的叶片根部4固定于轮毂112来进行。 
如图2所示，风车叶片1具备：叶片前端部2；与风车的轮毂112(参照图1)连结的叶片根部4；位于叶片前端部2与叶片根部4之间的叶片样式部6。叶片样式部6具有前缘(首缘)7和后缘(尾缘)8。叶片样式部6的后缘8以至少一部分具有厚度的方式形成。换言之，叶片样式部6在至少一部分具有后缘8厚的平背叶片样式10。 
这里，对叶片样式部6的平背叶片样式10进行说明。图3(a)及(b)是表示平背叶片样式10的例子的图。 
如图3(a)及(b)所示，平背叶片样式10的外形通过腹侧面(压力侧：pressure side)12和背侧面(吸引侧：suction side)14形成。平背叶片样式10的后缘8具有后缘厚度tTE。而且，将前缘7与后缘8(确切来说是后缘面9的叶片厚度方向上的中点)连结的弦(叶片弦线)16具有弦长LC。 
需要说明的是，如图3(b)所示，在后缘面9相对于弦16进行倾斜的情况下，与腹侧面12及背侧面14这两者相交的最尾流侧的弦16的正交面N的厚度为后端厚tTE。 
在图3(a)及(b)所示的例子中，平背叶片样式10的厚度(即腹侧面12与背侧面14的距离)随着从前缘7朝向后缘8而从零逐渐增加，在迎来最大厚度tMAX之后，逐渐减小，最终成为后缘厚度tTE。 
平背叶片样式10优选规定为：后缘锐利的基准叶片样式20的腹侧面22与背侧面24的间隔扩大，而该基准叶片样式20的锐利后端增厚的剖面形状。即，优选的是，不是通过将基准叶片样式20的锐利的后缘切断的后切法，而是通过将基准叶片样式20的锐利的后缘打开的展开法，来规定平背叶片样式10。 
例如图3(a)所示，以中弧线26为中心线，通过使基准叶片样式20的腹侧面22及背侧面24的位置向外方偏移相同量，而分别得到平背叶片样式10的腹侧面12和背侧面14。需要说明的是，中弧线26是将基准叶片样式20的腹侧面22的中点与背侧面24的中点连结的线，是影响叶片样式的空气动力的性质的重要的因子之一。如此的话，以中弧线26为中心线，使基准叶片样式20的腹侧面22及背侧面24的位置向外方偏移相同量，由此对影响空气动力的性质的中弧线26进行维持，能得到后缘具有厚度的平背叶片样式10。 
需要说明的是，作为基准叶片样式20，既可以转用航空机用的叶片样式(例如NACA叶片样式)，也可以使用风车专用的叶片样式(例如DU叶片样式或MEL叶片样式)。 
另外，风车叶片1如图2所示在叶片长度方向上发生扭转时，可以使后缘8的端面9的相对于弦16的正交面所成的角度θ在叶片长度方向上不同，以使得平背叶片样式10的后缘8的端面(后缘面)9成为没有扭 转的平面或曲面。 
图4(a)～(c)依次是图2的A-A剖视图、B-B剖视图、C-C剖视图。如图4(a)～(c)所示，平背叶片样式10的后端面9相对于弦16的正交面17所成的角度θ随着接近叶片根部4侧而增大(θ1>θ2>θ3)。如此，通过使后缘8的端面9与正交面17之间的角度θ在叶片长度方向上不同，而能够将平背叶片样式10的后缘8的端面9形成为没有扭转的平面或曲面。由此，能够容易地进行风车叶片1的制造。需要说明的是，图2示出了后缘8的端面(后缘面)9是在叶片长度方向上弯曲的曲面的例子。 
另外，通过使角度θ随着接近叶片根部4侧而增大，能够使背侧面14与后缘面9之间的角度接近锐角，越接近叶片根部4，越能够使升力产生至更高的冲角(直至更高的冲角，能够实现不失速的高升力特性)。 
另外，可以是，后缘8的端面9与正交面17之间的角度θ在开始适用平背叶片样式10的点(图2所示的平背开始点11)处为零，随着从平背开始点11接近叶片根部4而所述角度θ逐渐增大，从而将后缘8的端面9形成为没有扭转的平面或曲面。需要说明的是，通常叶片根部成为圆柱状的形状。 
在本实施方式中，平背叶片样式10的形状由表示最大厚度tMAX相对于弦长LC的比例的叶片厚度比X％(=tMAX／LC)与表示后缘厚度tTE相对于最大厚度tMAX的比例的后缘厚度比Y％(=tTE／tMAX)的关系来规定。 
图5是表示在平背叶片样式10的形状决定时使用的设定区域的图形。在本实施方式中，平背叶片样式10的形状以任意的叶片厚度比X％的后缘厚度比Y％中的Y收纳在由下限值YL和上限值YH围成的容许区域30内的方式决定。 
需要说明的是，在一般的风车叶片中，已知随着从叶片根部4接近叶片前端2侧而叶片厚度比X％减小。图5中，由于随着从附图左侧朝向附图右侧而叶片厚度比X％减小，因此附图左侧为叶片根部4侧，附图右侧为叶片前端部2侧。 
在叶片厚度比X％为40％以上且50％以下的距叶片根部4侧比较近的区域中，容许区域30的下限值YL为5％，容许区域30的上限值YH为 YH=1.5X-30。即，在叶片厚度比X％为40％以上且50％以下时，平背叶片样式10的形状以叶片厚度比X％中的X和后缘厚度比Y％中的Y满足5％≤Y≤1.5X-30的关系的方式决定。 
在叶片厚度比X％为40～50％的所述区域中，通过使后缘厚度比Y％为5％以上，利用后缘8的尾流侧的尾流引起而产生的负压，能够有效地延缓背侧面14的边界层的剥离。即，由于后缘8的尾流侧产生的负压，而将空气流向背侧面14拉近，从而能够有效地抑制边界层的从背侧面14的剥离。因此，能够使升力产生至高冲角为止(直至高冲角为止，能够实现不失速的高升力特性)。而且，通过使后缘厚度比Y％为5％以上，能够提高风车叶片1的剖面系数，因此能够维持强度并同时实现风车叶片1的轻量化。 
另一方面，在叶片厚度比X％为40～50％的所述区域中，通过使后缘厚度比Y％中的Y为上限值YH(=1.5X-30)以下，至少在一部分的冲角范围内能够享受升阻比的充分的改善效果。 
另外，在叶片厚度比X％为35％以上且小于40％的区域中，容许区域30的下限值YL为YL=X-35，容许区域30的上限值YH为YH=4X-130。即，在叶片厚度比X％为35％以上且小于40％时，平背叶片样式10的形状以叶片厚度比X％中的X和后缘厚度比Y％中的Y满足X-35≤Y≤4X-130的关系的方式决定。 
如此通过使后缘厚度比Y％中的Y为X-35以上，利用后缘8的尾流侧的尾流引起而产生的负压，能够有效地延缓背侧面14的边界层的剥离，能够使升力产生至高冲角为止。而且，通过使后缘厚度比Y％中的Y为X-35以上，能改善风车叶片1的剖面系数，由此能够维持强度并同时实现风车叶片1的轻量化。 
另一方面，通过使后缘厚度比Y％中的Y为4X-130以下，至少在任一冲角范围内能够享受升阻比的改善效果。 
另外，在叶片厚度比X％小于35％的接近叶片前端2侧的区域中，随着朝向平背开始点11(参照图2)而叶片厚度比X％减少，从而使后缘厚度比Y％逐渐减小。此时，可以如图5所示，以后缘厚度比Y％中的Y成为上限值YH(=X-25)以下的方式使后缘厚度比Y％逐渐减小。 
需要说明的是，在制造方面上，无法将后缘8的厚度形成为零，因此无需从平背开始点11开始就使叶片前端2侧的后缘厚度比Y％完全为零。 
此外，在本实施方式中，将叶片厚度比X％为35～50％的范围的容许区域30分割为第一区域32、第二区域34、第三区域36这三部分，根据风车叶片1的规格来选择任一个区域，决定平背叶片样式10的形状。 
在叶片厚度比X％为40％以上且50％以下的范围内，第一区域32是满足X-20≤Y≤1.5X-30的关系的区域，第二区域34是满足0.5X-5<Y<X-20的关系的区域，第三区域36是满足5％≤Y≤0.5X-5的关系的区域。 
另外，在叶片厚度比X％为35％以上且小于40％的范围内，第一区域32是满足3X-100≤Y≤4X-130的区域，第二区域34是满足2X-65<Y<3X-100的关系的区域，第三区域是满足X-35≤Y≤2X-65的关系的区域。 
这里，说明根据风车叶片1的规格而选择任一区域(32、34、36)的方法。 
图6是表示用于选择第一区域32、第二区域34及第三区域36的映射的图。在该图所示的映射中，使用参数S作为横轴，使用参数T作为纵轴。 
参数S是表示风车叶片1的最大弦长LCMAX(参照图1)相对于旋转半径R(参照图1)的比例的参数(即，S=LCMAX／R)。该参数S是表示相对于风速的冲角α的变化灵敏度(与无限上游侧的风速的上升量相对的冲角α的增大量)的指标。 
另一方面，参数T是叶片前端部2的周速RΩ(参照图1)与叶片端代表弦长Lr之积除以旋转半径R所得到的参数(即，T=RΩ×Lr／R)。该参数T是表示达到额定转速的风速V2与额定风速(对应于额定输出的风速)V3之差的指标。 
在图6所示的映射中，以由T=-5S+5表示的直线和由T=-5S+6表示的直线为边界，划分成3个区域A～C。即，在满足T≤-5S+5时，称为区域A，在满足-5S+5<T<-5S+6时，称为区域B，在满足T≥-5S+6时，称为区域C。 
参数S及T满足T≤-5S+5的关系的情况(区域A)与T≥-5S+6的情 况(区域C)相比，以相同的参数T(达到额定转速的风速与额定风速之差)来看的话，参数S小(即，相对于风速的冲角α的变化灵敏度大)。另外，以相同的参数S来看的话，区域A比区域C的参数T(达到额定转速的风速V2)小(即，风速差V3-V2大)。因此，在参数S及T属于区域A那样的风车叶片1的规格的情况下，从图5的容许区域30中选择第一区域32，来决定平背叶片样式10的形状。即，如下决定平背叶片样式10的形状：在叶片厚度比X％为40％以上且50％以下的范围内，满足X-20≤Y≤1.5X-30的关系，在叶片厚度比X％为35％以上且小于40％的范围内，满足3X-100≤Y≤4X-130的关系。由此，在容许区域30的范围内，将后缘厚度比Y％设定得比较大，直至高冲角α为止能够抑制背侧面14的边界层的剥离。 
反之，参数S及T满足T≥-5S+6的情况(区域C)与T≤-5S+5的情况(区域A)相比，以相同的参数T(达到额定转速的风速与额定风速之差)来看的话，参数S大(即，相对于风速的冲角α的变化灵敏度小)。而且，以相同的参数S来看的话，区域A比区域C的参数T(达到额定转速的风速V2)大(即，风速差V3-V2小)。因此，在参数S及T属于区域C那样的风车叶片1的规格的情况下，选择图5的容许区域30中的第三区域36，来决定平背叶片样式10的形状。即，如下决定平背叶片样式10的形状：在叶片厚度比X％为40％以上且50％以下的范围内，满足5％≤Y≤0.5X-5的关系，在叶片厚度比X％为35％以上且小于40％的范围内，满足X-35≤Y≤2X-65。由此，在容许区域30的范围内，将后缘厚度比Y％设定得比较小，使后端厚tTE停留在必要最小限度，能够抑制阻力的增加并同时使升力增加。 
需要说明的是，在参数S及T满足-5S+6<T<-5S+5的关系时(区域B)，选择图5的容许区域30中的第二区域34。即，如下决定平背叶片样式10的形状：在叶片厚度比X％为40％以上且50％以下的范围内，满足0.5X-5<Y<X-20的关系，在叶片厚度比X％为35％以上且小于40％的范围内，满足2X-65<Y<3X-100。由此，在容许区域30的范围内，将后端厚比Y设定为适当的值，直至某种程度的冲角α为止能够抑制边界层的剥离，并在某种程度上能够抑制阻力的增加。 
接下来，说明具有上述形状的平背叶片样式10的风车叶片1的内部结构。图7是表示风车叶片1的内部结构的例子的图。图8(a)及(b)是表示风车叶片1的内部结构的另一例的图。 
图7及8所示的风车叶片1具有由上述的平背叶片样式10规定的剖面形状。风车叶片1具有：形成平背叶片样式10的腹侧面12的腹侧外皮42；形成平背叶片样式10的背侧面14的背侧外皮44；设置在腹侧外皮42及背侧外皮44之间的主梁46及后缘梁48。 
主梁46在腹侧外皮42与背侧外皮44之间的风车叶片1的内部空间中，沿着风车叶片1的叶片长度方向延伸。而且，主梁46包括：粘接固定在腹侧外皮42和背侧外皮44的抗剪腹板上的横梁盖46A；设置在横梁盖46A之间的抗剪腹板(shear web)46B。 
在比主梁46靠近后缘8的位置上设有后缘梁48。后缘梁48与主梁46同样地，在腹侧外皮42与背侧外皮44之间的风车叶片1的内部空间中，沿着风车叶片1的叶片长度方向延伸。而且，后缘梁48包括：粘接固定在腹侧外皮42和背侧外皮44的抗剪腹板上的横梁盖48A；设置在横梁盖48A之间的抗剪腹板48B。 
腹侧外皮42及背侧外皮44既可以如图7所示在后缘8处闭合，也可以如图8(a)及(b)所示在后缘8处不闭合。 
腹侧外皮42和背侧外皮44经由后缘梁48而接合，因此即使在后缘8处未闭合，也能够确保充分的强度。而且，即使后缘8敞开，这也几乎不会影响腹侧及背侧的风的流动，因此能够维持空气动力的性能。而且，由于后缘8敞开而后缘梁48向外部露出，所以能够确认后缘梁48的安装状态(横梁盖48A与外皮内面的粘接状态)，因此有利。 
需要说明的是，腹侧外皮42及背侧外皮44的至少一方可采用没有比后缘梁48更向尾流侧延伸的结构。例如图8(b)所示，可以使背侧外皮44延伸到后缘梁48的位置，而不使背侧外皮44延伸到比后缘梁48更靠尾流侧。 
[第二实施方式] 
接下来，说明第二实施方式的风车叶片。本实施方式的风车叶片除了在叶片样式部6的平背叶片样式10附加有延设部之外，与第一实施方式 的风车叶片1相同。因此，这里，以与第一实施方式的风车叶片1的不同点、即附加于平背叶片样式10的延设部为中心进行说明。 
图9是表示附加于平背叶片样式10的延设部的一例的图。如该图所示，延设部50以从平背叶片样式10的后缘8向后方延伸的方式设置。延设部50具有：从平背叶片样式10的腹侧面12向比后缘8靠后方的位置延伸的腹侧延设面52；从平背叶片样式10的背侧面14向比后缘8靠后方的位置延伸的背侧延设面54。 
需要说明的是，平背叶片样式10自身的形状通过与第一实施方式同样的方法来决定。 
腹侧延设面52是从平背叶片样式10的腹侧面12连续地延伸的凹状弯曲面或平面。该腹侧延设面52以随着接近延设部50的后端面56而从弦16远离(朝向腹侧)的方式相对于弦16进行倾斜。因此，平背叶片样式10的腹侧的空气(风)的流动由腹侧延设面52改向为更向下(从腹侧面12远离的方向)，从而作用于风车叶片1的升力增大。 
需要说明的是，延设部50的后端面56设置成与平背叶片样式10的后缘8的端面(后缘面)9大致平行。 
在风车叶片的叶片样式的设计时，为了使平背叶片样式10的空气动力特性变化，也可以附加延设部50。即，可以是，以空气动力特性的改善为目的，将延设部50附加于平背叶片样式10而设计风车叶片的叶片样式，并以能得到该设计的叶片样式的方式成形腹侧外皮42及背侧外皮44(参照图7及8)。由此，利用简单的方法能够低成本地制造通过延设部50的腹侧延设面52改善了空气动力特性的风车叶片。 
或者在风车叶片的制造时或改造时，延设部50与平背叶片样式10分体地形成，而附加于平背叶片样式10。这种情况下，可以利用纤维强化塑料(FRP)形成延设部50，并粘接固定于平背叶片样式10。如此，在将延设部50与平背叶片样式10分体形成时，具有如下的优点。 
首先，根据腹侧延设面52的形状，有时难以一体地形成延设部50及平背叶片样式10，腹侧延设面52的形状的自由度有时受到限制。因此，通过将延设部50与平背叶片样式10分体形成，能够采用腹侧延设面52的任意的形状，能够进一步改善平背叶片样式10的空气动力特性。 
另外，由于设置风车的地域的不同而风车叶片的适当的弦长LC不同，因此有时需要实现与各地域对应的弦长LC。例如，在需要减小风车的噪音的住宅区、市区周边的地域中，从减少噪音的观点出发，需要降低风车的额定转速，并对应于额定转速的减少而增大弦长LC。另一方面，在噪音不会成为问题的山间部等地域中，从容易运输风车叶片的观点出发，反而需要尽量减小弦长LC。因此，通过将延设部50与平背叶片样式10分体形成，能够实现因地域的不同而规格不同的风车叶片的模型(成形模具)的共通化，并能够实现与各地域对应的弦长LC。 
另外，平背叶片样式近年来研究盛行，但与平背叶片样式相关的风洞试验数据还没怎么蓄积，可认为平背叶片样式10不具有所期望的空气动力特性(尤其是升阻比)。这种情况下，以补充平背叶片样式10的空气动力特性为目的，向平背叶片样式10追加设置延设部50，从而能够实现所期望的空气动力特性。 
此外，通过附加与平背叶片样式10分体形成的延设部50，能够提高平背叶片样式10的后缘8的刚性、风车叶片的压曲强度、腹侧外皮42及背侧外皮44的粘接强度。 
另外，延设部50并不局限于图9所示的例子，可采用各种形状。图10是表示延设部50的另一形状例的图。 
在图10(a)所示的例子中，延设部50的后端面56相对于平背叶片样式10的后缘面9进行倾斜，腹侧延设面52比背侧延设面54延伸得更长。由此，通过长的腹侧延设面52能够进一步增大升力。 
在图10(b)所示的例子中，延设部50的后端面56凹陷，后端面56与背侧延设面54所成的角度小于平背叶片样式10的背侧面14与后缘面9所成的角度。由此，后端面56与背侧延设面54的交点接近锐角，由于延设部50的尾流的负压，更强烈地吸引沿着背侧面14(及背侧延设面54)流动的空气流，从而能够进一步延缓背侧的边界层的剥离。 
在图10(c)所示的例子中，在延设部50未设置背侧延设面54，延设部50的后端面56连接在平背叶片样式10的背侧面14与后缘面9的交点处。由此，通过腹侧延设面52能够增大升力。而且，腹侧延设面52是从平背叶片样式10的腹侧面12连续延伸的凹状弯曲面。 
图10(d)所示的例子除了延设部50的腹侧延设面52由平面形成的点之外，与图10(c)所示的例子相同。 
图10(e)所示的例子除了使延设部50的后端面56凹陷且后端面56与背侧延设面54所成的角度小于平背叶片样式10的背侧面14与后缘面9所成的角度的点之外，与图10(d)所示的例子相同。 
在图10(f)所示的例子中，延设部50的后端面56连接在平背叶片样式10的后缘面9的中途(比后缘面9与背侧面14的交点更靠近腹侧的位置)，平背叶片样式10的后缘面9与背侧面14的交点露出。因此，不会影响后缘面9与背侧面14的交点处的平背叶片样式10的边界层的剥离抑制效果，能够得到延设部50的腹侧延设面52产生的升力增大效果。 
图10(g)所示的例子除了延设部50的腹侧延设面52不为平面而为凹状弯曲面的情况之外，与图10(f)所示的例子相同。 
在图10(h)所示的例子中，延设部50由板状构件构成，并连接在平背叶片样式10的后缘面9与腹侧面12的交点处。并且，通过由板状构件构成的延设部50的腹侧的面来构成腹侧延设面52。 
通过使用如此由板状构件构成的延设部50，而平背叶片样式10的后缘面9与背侧面14的交点露出，不会影响该交点处的平背叶片样式10的边界层的剥离抑制效果，而能够得到延设部50的腹侧延设面52产生的升力增大效果。 
图10(i)所示的例子除了延设部50的腹侧延设面52不为平面而为凹状弯曲面的情况之外，与图10(f)所示的例子相同。 
[第三实施方式] 
接下来，说明第三实施方式的风车叶片。本实施方式的风车叶片除了利用覆盖部将叶片样式部6的平背叶片样式10的后缘8周边覆盖的情况之外，与第一实施方式的风车叶片1相同。因此，这里，以与第一实施方式的风车叶片1的不同点、即覆盖平背叶片样式10的后缘8周边的覆盖部为中心进行说明。 
图11是表示覆盖平背叶片样式10的后缘8周边的覆盖部的一例的图。图12是表示覆盖平背叶片样式10的后缘8周边的覆盖部的另一例的图。 
如图11所示，覆盖部60覆盖平背叶片样式10的后缘面9和腹侧面12及背侧面14的后缘8侧的部分。覆盖部60的腹侧的外表面62从平背叶片样式10的腹侧面12连续延伸。同样地，覆盖部60的背侧的外表面64从平背叶片样式10的背侧面14连续延伸。 
需要说明的是，平背叶片样式10的形状通过与第一实施方式同样的方法来决定。 
覆盖部60的腹侧的外表面62是从平背叶片样式10的腹侧面12连续延伸的凹状弯曲面或平面。覆盖部60的腹侧的外表面62以随着接近覆盖部60的后端面66而从弦16远离(朝向腹侧)的方式，相对于弦16进行倾斜。因此，平背叶片样式10的腹侧的空气(风)的流动由覆盖部60的外表面62改向为更向下(从腹侧面12远离的方向)，作用于风车叶片的升力增大。 
另外，平背叶片样式10的后缘8周边由覆盖部60覆盖，从而能够提高平背叶片样式10的后缘8的刚性、风车叶片的压曲强度。 
另外，在图11中示出了覆盖部60的后端面66为平面的例子，但覆盖部60的后端面66也可以如图12所示那样凹陷。这样的话，通过使覆盖部60的后端面66凹陷，能够使后端面66与背侧的外表面64所成的角度小于平背叶片样式10的背侧面14与后缘面9所成的角度。由此，后端面66与背侧的外表面64的交点接近锐角，利用覆盖部60的尾流的负压，更强烈地吸引沿着背侧面14(及背侧的外表面64)流动的空气流，从而能够进一步延缓背侧的边界层的剥离。 
[第四实施方式] 
接下来，说明第四实施方式的风车叶片。本实施方式的风车叶片是向在第一实施方式中使用图4(a)～(c)说明的平背叶片样式10(后端面9的相对于弦16的正交面所成的角度θ在叶片长度方向上不同的平背叶片样式)附加了延设部的风车叶片。除此以外的本实施方式的风车叶片的结构与第一实施方式的风车叶片1相同，因此这里以与第一实施方式的风车叶片1不同的点为中心进行说明。 
图13是表示第四实施方式的风车叶片的例子的图。图14是表示第四实施方式的风车叶片的另一例的图。 
在本实施方式的风车叶片中，平背叶片样式10如使用图4(a)～(c)在第一实施方式中说明那样，平背叶片样式10的后端面9相对于弦16的正交面17所成的角度θ以随着接近叶片根部4侧而增大的方式在叶片长度方向上不同。由此，平背叶片样式10的后端面9形成为没有扭转的平面或曲面，从而能够容易地进行风车叶片1的制造。 
然而，如此，在将后端面9形成为未扭转的平面或曲面的目的下使角度θ在叶片长度方向上不同时，平背叶片样式10的后缘8的形状的自由度受到限制。 
因此，在本实施方式中，以从后缘8向后方延伸的方式设置延设部70，通过延设部70能够任意地调整后缘8的形状。 
延设部70具有比平背叶片样式10的后缘8更向后方延伸的腹侧延伸面72。腹侧延伸面72是从平背叶片样式10的腹侧面12连续地延伸的凹状弯曲面或平面。该腹侧延设面72以随着接近延设部70的后端面76而从弦16远离(朝向腹侧)的方式相对于弦16进行倾斜。因此，平背叶片样式10的腹侧的空气(风)的流动由腹侧延设面72改向为更向下(从腹侧面12远离的方向)，作用于风车叶片的升力增大。 
另外，延设部70的形状并未限定为图13所示的例子，可采用各种形状。 
例如图14(a)所示，也可以使延设部70的腹侧延设面72为凹状弯曲面。而且在图14(b)及(c)所示的例子中，延设部70的后端面76连接在平背叶片样式10的后缘面9的中途(比后缘面9与背侧面14的交点更靠近腹侧的位置)，平背叶片样式10的后缘面9与背侧面14的交点露出。因此，不会影响后缘面9与背侧面14的交点处的平背叶片样式10的边界层的剥离抑制效果，从而能够得到延设部50的腹侧延设面52产生的升力增大效果。 
如以上说明那样，在上述的第一～第四实施方式中，至少在表示最大厚度tMAX相对于弦长LC的比例的叶片厚度比X％为40％以上且50％以下的叶片长度方向的区域中，将叶片样式部6形成为平背叶片样式10，而且，在叶片厚度比X％为40％以上且50％以下的所述区域中，以表示后缘的厚度tTE相对于最大厚度tMAX的比例的后缘厚度比Y％成为5％以上YH (=1.5X-30)％以下的方式决定平背叶片样式10的形状。 
根据上述的第一～第四实施方式，在叶片厚度比X％成为40％以上且50％以下的比较接近叶片根部侧的区域中，通过使后缘具有厚度而形成为平背叶片样式，由此能够有效地改善升阻比特性。 
另外，在叶片厚度比X％为40～50％的所述区域中，由于使后缘厚度比Y％为5％以上，因此能够使升力产生至高冲角为止，并且风车叶片的剖面系数提高，因此能够维持强度并同时实现风车叶片的轻量化。 
此外，在叶片厚度比X％为40～50％的所述区域中，由于后缘厚度比Y％中的Y为上限值YH(=1.5X-30)以下，因此至少在一部分的冲角范围内能够享受升阻比的充分的改善效果。 
以上，对本发明的实施方式进行了详细说明，但本发明并未限定于此，在不脱离本发明的主旨的范围内，当然可以进行各种改良、变形。例如，可以将上述的第一实施方式～第四实施方式任意组合来实施。 
【符号说明】 
1  风车叶片 
2  叶片前端部 
4  叶片根部 
6  叶片样式部 
7  前缘(首缘) 
8  后缘(尾缘) 
9  端面(后缘面) 
10 平背叶片样式 
12 腹侧面 
14 背侧面 
16 弦(叶片弦线) 
17 正交面 
20 基准叶片样式 
22 腹侧面 
24 背侧面 
26 中弧线 
30 容许区域 
32 第一区域 
34 第二区域 
36 第三区域 
42 腹侧外皮 
44 背侧外皮 
46 主梁 
46A 横梁盖 
46B 抗剪腹板 
48 后缘梁 
48A 横梁盖 
48B 抗剪腹板 
50 延设部 
52 腹侧延设面 
54 背侧延设面 
56 后端面 
60 覆盖部 
62 腹侧的外表面 
64 背侧的外表面 
66 后端面 
70 延设部 
72 腹侧延设面 
76 后端面 
100 风车叶片 
102 尾流侧的区域 
110 风力发电装置 
112 轮毂 
114 舱室 
116 塔 

Claims (12)

1.一种风车叶片，其具备： 
叶片前端部； 
叶片根部，其与风车的轮毂连结； 
叶片样式部，其位于所述叶片前端部与所述叶片根部之间，至少在表示最大厚度tMAX相对于弦长LC的比例的叶片厚度比X％成为40％以上且50％以下的叶片长度方向的区域中，具有平背叶片样式，该平背叶片样式是后缘具有厚度的叶片样式， 
所述风车叶片的特征在于， 
所述平背叶片样式在所述叶片厚度比X％为40％以上且50％以下的所述区域中，表示后缘的厚度tTE相对于所述最大厚度tMAX的比例的后缘厚度比Y％为5％以上且YH％以下， 
YH使用所述叶片厚度比X％中的X，由YH=1.5X-30表示。 
2.根据权利要求1所述的风车叶片，其特征在于， 
参数S表示最大弦长LCMAX相对于所述风车叶片的旋转半径R的比例，参数T是所述叶片前端部的周速与叶片端代表弦长之积除以所述旋转半径R所得到的值，在所述参数S与所述参数T满足T≤-5S+5的关系时，所述平背叶片样式在所述叶片厚度比X％为40％以上且50％以下的所述区域中，所述后缘厚度比Y％中的Y为X-20≤Y≤1.5X-30， 
在所述参数S与所述参数T满足T≥-5S+6的关系时，所述平背叶片样式在所述叶片厚度比X％为40％以上且50％以下的所述区域中，所述后缘厚度比Y％中的Y为5≤Y≤0.5X-5， 
在所述参数S与所述参数T满足-5S+5<T<-5S+6的关系时，所述平背叶片样式在所述叶片厚度比X％为40％以上且50％以下的所述区域中，所述后缘厚度比Y％中的Y为0.5X-5<Y<X-20， 
所述叶片端代表弦长是相对于所述旋转半径R的比为0.8的叶片半径位置r处的弦长。 
3.根据权利要求1所述的风车叶片，其特征在于， 
所述平背叶片样式在所述叶片厚度比X％为35％以上且40％以下的 叶片长度方向的区域中，所述叶片厚度比X％中的X与所述后缘厚度比Y％中的Y满足X-35≤Y≤4X-130。 
4.根据权利要求1所述的风车叶片，其特征在于， 
所述平背叶片样式被规定为，将后缘锐利的基准叶片样式的腹侧面与背侧面的间隔扩大并使该基准叶片样式的所述锐利的后缘变厚的剖面形状， 
在所述叶片样式部设有腹侧延设面，该腹侧延设面从所述平背叶片样式的腹侧面向比所述平背叶片样式的所述后缘靠后方的位置连续延伸且由凹状弯曲面或平面构成， 
所述腹侧延设面以随着朝向尾流侧而从所述平背叶片样式的弦远离的方式相对于该弦进行倾斜。 
5.根据权利要求4所述的风车叶片，其特征在于， 
在所述叶片样式部设有背侧延设面，该背侧延设面从所述平背叶片样式的背侧面向比所述平背叶片样式的所述后缘靠后方的位置延伸， 
所述腹侧延设面及所述背侧延设面分别是以从所述平背叶片样式的所述后缘向后方延伸的方式设置的延设部的腹侧的外表面和背侧的外表面， 
所述延设部的后端面与所述背侧延设面所成的角度小于所述平背叶片样式的所述背侧面与所述后缘的端面所成的角度。 
6.根据权利要求4所述的风车叶片，其特征在于， 
所述腹侧延设面是以从所述平背叶片样式的所述后缘向后方延伸的方式设置的延设部的腹侧的外表面， 
所述延设部的背侧的外表面在比所述平背叶片样式的所述背侧面与所述后缘的交点靠腹侧的位置上，与所述平背叶片样式的所述后缘的端面相交， 
所述平背叶片样式的所述背侧面与所述后缘的所述交点未被所述延设部覆盖。 
7.根据权利要求1所述的风车叶片，其特征在于， 
所述平背叶片样式被规定为，将后缘锐利的基准叶片样式的腹侧面与背侧面的间隔扩大并使该基准叶片样式的所述锐利的后缘变厚的剖面形 状， 
在所述叶片样式部设有：所述平背叶片样式的所述后缘；将所述平背叶片样式的腹侧面及背侧面的所述后缘侧的部分覆盖的覆盖部， 
所述覆盖部的腹侧的外表面是从所述平背叶片样式的腹侧面连续延伸的凹状弯曲面或平面，且以随着朝向尾流侧而从所述平背叶片样式的弦远离的方式相对于该弦进行倾斜。 
8.根据权利要求1所述的风车叶片，其特征在于， 
所述叶片样式部在叶片长度方向上扭转， 
以所述平背叶片样式的所述后缘的端面成为未扭转的平面或曲面的方式，使该端面与所述平背叶片样式的弦的正交面所成的角度θ在叶片长度方向上不同。 
9.根据权利要求8所述的风车叶片，其特征在于， 
所述平背叶片样式随着接近所述叶片根部而所述角度θ变大。 
10.根据权利要求1所述的风车叶片，其特征在于， 
所述平背叶片样式中，形成该平背叶片样式的腹侧面的腹侧外皮和形成该平背叶片样式的背侧面的背侧外皮在所述后缘处未闭合， 
所述腹侧外皮和所述背侧外皮在靠近所述后缘的位置处经由后缘梁而接合，该后缘梁设置在所述腹侧外皮与所述背侧外皮之间并沿着叶片长度方向延伸。 
11.一种风力发电装置，其特征在于，具备权利要求1所述的风车叶片。 
12.一种风车叶片的设计方法，所述风车叶片具备：叶片前端部；与风车的轮毂连结的叶片根部；位于所述叶片前端部与所述叶片根部之间的叶片样式部， 
所述风车叶片的设计方法的特征在于， 
所述叶片样式部至少在表示最大厚度tMAX相对于弦长LC的比例的叶片厚度比X％成为40％以上且50％以下的叶片长度方向的区域中，设为后缘具有厚度的平背叶片样式， 
所述平背叶片样式设为如下形状：在所述叶片厚度比X％为40％以上且50％以下的所述区域中，表示后缘的厚度tTE相对于所述最大厚度tMAX 的比例的后缘厚度比Y％为5％以上且YH％以下，YH使用所述叶片厚度比X％中的X，由YH=1.5X-30表示。 
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