HiKaLo Books No.7 研究紹介

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足利工業大学

　　　　　 足利工業大学　機械工学科　教授　牛山　　泉
足利工業大学総合研究センター　客員教授　西沢　良史


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1.	はじめに

2.	低回転型風車ブレードの最適形状に関する試作研究
	2-1.	緒　言
	2-2.	供試風車のブレード形状
	2-3.	供試風車の性能試験
	2-4.	実験結果および考察
	2-5.	結　言

3.	おわりに

2-2．供試風車のブレード形状

　本研究では、風速6[m/s]において約50[W]の能力を有する風車の設計を行った。その設定より、風車は風車直径：1[m]、翼枚数：３枚、回転数：350[rpm]前後（周速比：3.054）とした。
　供試風車の翼型形状選定について、既存の翼型特性データベース（2）から各翼型の最大 CL/CD 値の表を作成し（表１）、それをもとに選定を行った。その選定基準および設計基準として、

(1)	Re=１×10５領域において高 CL /CD であること。
(2)	上記時の CL 値を翼素運動量複合理論の設計パラメータとして使用する。
(3)	性能比較の対象とするブレードとして、上記翼型の CL 値に近い値特性を有する翼型を選定する。

図1　各翼型の楊抗比（C1/C0値）
（図をクリックすると拡大図が見られます）

　図１より、Re=１×10５において高 CL/CD の翼型は、Cody Robartson 001（以下、CR001）とGilbert Morrisであった。両翼型とも CL/CD =60程度であり、実験に用いる翼型は「CR001」とした。また性能比較の対象とするもう一種類の翼型は、CLARKYとした。この翼型は、キャンバーがあまり大きくなく、またブレードの受風面が平面であり、翼厚比も比較的大きなことなどから製作しやすいために、しばしばマイクロ風車の製作に広く利用されている翼型で、また先に設定した条件である「CR001翼型の最大 CL/CD 値における CL 値」が一致したため、CLARKYを比較対象翼型として選定した。

　CR001の翼型特性は、Re=１×105の時、最大 CL/CD = 59、その時の CL = 1.1、迎角：α= 6.5 で、CLARKYの翼型特性は、最大揚抗比 CL/CD = 50、その時のCL=1.1、α=8である。

　これら各パラメータを設定値として、翼素運動量複合理論(3)により風車ブレードの設計を行った。各翼型による木製供試風車ブレード設計のパラメータを表１に示す。それにより設計されたCR001翼型のロータを図２、CLARKY翼型のロータを図３に示す。

表1 ブレード設計計算パラメータ

ブレード名	CR001	CLARKY
ブレード半径[m]	0.5	0.5
ブレード枚数	3	3
設計周速比（設計回転数[rpm]）	3.543 (350)	3.543 (350)
設計揚力係数	1.1	1.1
設計迎角[°]	6.5	8.3

図2　CROO1 翼型の共試風車投影図

図3　CLARK Y 翼型の共試風車投影図

　なお、ダウンウィンド風車のロータとしての試験も兼ねるため、ブレード取付フランジにはコーニング角調整の機構を備えている。