風(fēng)電葉片設(shè)計(jì)和制作中的技術(shù)問題

　　風(fēng)電葉片的優(yōu)化設(shè)計(jì)要滿足一定的設(shè)計(jì)目標(biāo)，其中有些甚至是相互矛盾的，如

　　年輸出功率最大化；

　　最大功率限制輸出；

　　振動最小化和避免出現(xiàn)共振；

　　材料消耗最小化；

　　保證葉片結(jié)構(gòu)局部和整體穩(wěn)定性；

　　葉片結(jié)構(gòu)滿足適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度要求和剛度要求。

　　風(fēng)電葉片設(shè)計(jì)可分為氣動設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這兩個(gè)大的階段，其中氣動設(shè)計(jì)要求滿足前兩條目標(biāo)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求滿足后四條目標(biāo)。通常這兩個(gè)階段不是獨(dú)立進(jìn)行的，而是一個(gè)迭代的過程，葉片厚度必須足夠以保證能夠容納腹板，提高葉片剛度。

　　（1）外形設(shè)計(jì)

　　葉片氣動設(shè)計(jì)主要是外形優(yōu)化設(shè)計(jì)，這是葉片設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一步。外形優(yōu)化設(shè)計(jì)中葉片翼型設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接決定風(fēng)機(jī)的發(fā)電效率，在風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，流動的雷諾數(shù)比較低，葉片通常在低速、高升力系數(shù)狀態(tài)下運(yùn)行，葉片之間流動干擾造成流動非常復(fù)雜。針對葉片外形的復(fù)雜流動狀態(tài)以及葉片由葉型在不同方位的分布構(gòu)成，葉片葉型的設(shè)計(jì)變得非常重要。目前葉片葉型的設(shè)計(jì)技術(shù)通常采用航空上先進(jìn)的飛機(jī)機(jī)翼翼型設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)葉片葉型的形狀。先進(jìn)的CFD技術(shù)已廣泛應(yīng)用于不同類型氣動外形的設(shè)計(jì)，對于低雷諾數(shù)、高升力系數(shù)狀態(tài)下風(fēng)機(jī)運(yùn)行條件，采用考慮粘性的N-S控制方程分析葉片葉型的流場是非常必要的。

　　在過去的10多年中，水平軸風(fēng)電葉片翼型通常選擇NACA系列的航空翼型，比如NACA44XX，NA-CA23XX，NACA63XX及NASA LS(1)等。這些翼型對前緣粗糙度非常敏感，一旦前緣由于污染變得粗糙，會導(dǎo)致翼型性能大幅度下降，年輸出功率損失最高達(dá)30%。在認(rèn)識到航空翼型不太適合于風(fēng)電葉片后，80年代中期后，風(fēng)電發(fā)達(dá)國家開始對葉片專用翼型進(jìn)行研究，并成功開發(fā)出風(fēng)電葉片專用翼型系列，比如美國Seri和NREL系列、丹麥RISO-A系列、瑞典FFA-W系列和荷蘭DU系列。

　　這些翼型各有優(yōu)勢，Seri系列對翼型表面粗糙度敏感性低；RISO-A系列在接近失速時(shí)具有良好的失速性能且對前緣粗糙度敏感性低；FFA-W系列具有良好的后失速性能。丹麥LM公司已在大型風(fēng)機(jī)葉片上采用瑞典FFA-W翼型，風(fēng)機(jī)專用翼型將會在風(fēng)電葉片設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用。表1為對NREL翼型系列性能提高的估算。