小型风力发电机偏心轴叶片设计与计算

增刊 路 畅，等：小型风力发电机偏心轴叶片设计与计算 287

1

P=P∞ PB=ρV∞2 （2）

2

式中，P∞为风轮前压力；PB为风轮后压力；P为作用在叶片上的风压；ρ为空气密度；V∞,VB为风轮前方的风速和叶片扫掠后的风速；U为重力势能。

力[5]

FX=0.613 Vf2 sin2θ（ a+b） L （7） FY=0.613 Vf2 cos2θ（ a+b） L （8）

F是一个分布力，为了简化问题，可以把分布力F化为作用在O点上的集中力和以O点为转轴的力矩M0，那么，F0=FY，M0=FY e

2 叶片受力分析

基于以上分析对叶片的受力分析（如图2，3）：偏心叶片宽AB=0.2 m，AO=a，OB=b，长L=2m，偏心距OO1=e，叶片与X0轴夹角为θ，风速为

M0是使叶片旋转的力矩，此力与弹簧的拉力所

产生的力矩ML平衡即，FY e=ML。

将FX，FY沿X0轴和Y0轴方向分解可得到动力FX0和阻力FY0，FX0作用在叶片支撑轴旋转平面上，是使得风车转动的力，因此FX0越大越有利于风车的转动。FY0与风速方向相反，是叶片支撑结构破坏的主要原因。

动力项：

Vf，以叶片中心点O1为圆点，在平行叶面 垂直叶

面方向建立直角坐标系XO1Y，风密度

ρ=1.225kgm3，弹簧拉力FL。

Vf在X轴速度分量：VX=Vf sinθ （3）

Vf在Y轴速度分量：VX=Vf cosθ （4）

阻力

FX0=FY sinθ FX cosθ=0.613 Vf2 (a+b) L

L (cos2θ sinθ sin2θ cosθ) （9）

阻力项：

FY0=FY cosθ+FX sinθ=0.613 Vf2 (a+b) L

(cos3θ+sin3θ) （10）

图2受风力作用的计算 图3 俯视

3 参数的优化

为了让风车获得最大的能量，同时对系统的破坏程度最小，这就要求动力项最大，阻力项最小。动力项和阻力项随θ的变化规对于恒定的风速Vf，

律如图4。当取θ=35时即可满足要求，此时可令风速Vf=6 m/s为额定风速VR。

Fig.2 the oar leaf is subjected to the Fig.3 look down calculation diagram of breeze function diagram

将（3）和（4）代入式（2）中得

X轴方向的压强为

1

PX= ρ VX2=0.613 Vf2 sin2θ （5）

2

Y轴方向的压强为：

1

PY= ρ VY2=0.613 Vf2 cos2θ （6）

2

风压×面积后得到沿x轴作用力和沿y轴作用