風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片空氣動(dòng)力學(xué)要點(diǎn)分析介紹

　　邁卓斯（Metris）激光雷達(dá)（Laser Radar）測(cè)量系統(tǒng)成功為一家世界領(lǐng)先的風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商制造的37m葉片原型進(jìn)行詳細(xì)的全自動(dòng)掃描。邁卓斯Focus Inspection軟件分析點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后以不同點(diǎn)云的對(duì)比方法為葉片原型與CAD進(jìn)行比較。

　　葉片的全局和局部幾何差異是推動(dòng)風(fēng)能葉片空氣動(dòng)力學(xué)發(fā)展的重要工程資料。

　　風(fēng)能比其他再生能源更有優(yōu)勢(shì)

　　歐洲已經(jīng)訂立了野心勃勃的目標(biāo)，積極推動(dòng)清潔及再生能源的發(fā)展。在未來25年，風(fēng)能可以滿足大概25%的歐洲能源的需求。目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的高度為70-150m，而葉輪的直徑則超過100m，足以覆蓋8，000-10，000 sq. m.的吹氣面積。風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)力輸送到葉輪機(jī)械扭矩，然后轉(zhuǎn)化為1.5-4兆瓦的電力。

　　借產(chǎn)生能率的葉片空氣動(dòng)力學(xué)動(dòng)力必需優(yōu)化來收集最高能量的同時(shí)，讓葉片部件疲勞的不良空氣動(dòng)力學(xué)負(fù)載發(fā)生也必需要減輕以延長(zhǎng)機(jī)械的壽命。邁卓斯歐洲地區(qū)業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)Francky Demeester先生表示“為了達(dá)到重量輕及強(qiáng)度高的目標(biāo)，風(fēng)能葉片都是由強(qiáng)化塑料制造的。由于葉片的尺寸極大，加上強(qiáng)化塑料逐漸產(chǎn)生輕微的收縮，這對(duì)于保持葉片形狀在公差范圍是一大挑戰(zhàn)。邁卓斯激光雷達(dá)協(xié)助工程人員開發(fā)風(fēng)能葉片原型，主要是通過檢查葉片表面及匯報(bào)原型的幾何結(jié)構(gòu)與CAD在哪個(gè)地方有差別，差別有多大。

　　幾何機(jī)構(gòu)檢查優(yōu)化空氣動(dòng)力學(xué)

　　最近，一家世界領(lǐng)先的風(fēng)能發(fā)電機(jī)制造商制造的37m葉片原型就是利用邁卓斯激光雷達(dá)作檢測(cè)。在運(yùn)作過程中，激光雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射一線性紅外線激光束，并計(jì)算激光束反射的時(shí)間。準(zhǔn)確的光纖技術(shù)及光束角度驗(yàn)證允許測(cè)量方案精確地找到檢測(cè)點(diǎn)的三維座標(biāo)。

　　葉片被橫放在地面上，而其后緣則向上。為了保持葉片的位置，其葉輪連結(jié)處被固定住及在中間的地方有支撐。由于葉片原型的制造是由現(xiàn)存的葉片開始，只有葉片外圍的15.5m是需要詳細(xì)的幾何結(jié)構(gòu)驗(yàn)證。Demeester先生解釋邁卓斯激光雷達(dá)及Spatial Analyzer軟件在葉片自由曲面的凹處及凸處沿一預(yù)先確定的平行線進(jìn)行個(gè)別點(diǎn)測(cè)量。測(cè)量分辨率朝著葉片尖端而逐漸增加行間的測(cè)量分辨率（葉展）由10-5mm，而內(nèi)部線的測(cè)量分辨率（葉弦）為10-1mm。上一代的葉片是利用500mm測(cè)量分辨率從這兩個(gè)方向去進(jìn)行測(cè)量。

　　進(jìn)行最合適的原型與CAD對(duì)比

　　葉片被分成6個(gè)區(qū)域，由激光雷達(dá)的景深控制。Demeester先生解釋這6個(gè)區(qū)域由放在4個(gè)不同位置的激光雷達(dá)在15個(gè)小時(shí)里面進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。“這樣就得到一個(gè)大概由五百萬個(gè)測(cè)量點(diǎn)組成的點(diǎn)云。利用邁卓斯Focus Inspection軟件，將低密度測(cè)量數(shù)據(jù)與葉片CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，就會(huì)得到全局最佳配合。取得的轉(zhuǎn)換距陣被應(yīng)用于高密度點(diǎn)云，因而造成一個(gè)網(wǎng)格。葉片正壓面和負(fù)壓面的圖表報(bào)告顯示幾何結(jié)構(gòu)偏差朝著葉片尖端而增加，而相反的偏差就是后緣的特征。”

　　除了全局最佳配合，工程師們也完成了一個(gè)非常全面的局部配合。其與全局最佳配合的差別為利用高密度測(cè)量數(shù)據(jù)與CAD作對(duì)比，而不是用低密度測(cè)量數(shù)據(jù)。因此，葉片正壓面和負(fù)壓面的圖表提供更詳細(xì)的葉片幾何偏差。為了集中測(cè)量某幾個(gè)特定的區(qū)域，F(xiàn)ocus Inspection軟件可以計(jì)算葉片展幅之前緣、中間及后緣500mm范圍的最佳配合。為了得到局部截面最佳配合，工程師們把高密度的葉片點(diǎn)云分成33個(gè)次級(jí)數(shù)據(jù)集，然后一個(gè)一個(gè)與CAD作對(duì)比。