国内外风力机叶片设计技术进展调研报告(5)

二、叶片设计技术现状

叶片设计分为气动设计和结构设计两大阶段，在设计过程中需要综合考虑这两方面。风轮叶片的优化设计要满足的目标: 年输出功率最大化；最大功率限制输出；振动最小化和避免出现共振；材料消耗最小化；叶片结构满足适当的强度要求和刚度要求；保证叶片结构局部和整体稳定性等。

2.1 翼型是叶片设计的基础

2.1.1国内外典型翼型的优点

美国Seri和NERL系列，Seri系列对翼型表面粗糙度敏感性低。

丹麦RISØ—A系列，在接近失速时具有良好的失速特性且对前缘粗糙度敏感性低。

瑞典FFA.W系列，该系列具有良好的后失速特性。丹麦LM公司已在大型风机叶片上采用瑞典FFA系列翼型。

荷兰DU系列及NACA63xxx系列。

Gamesa公司 2MW机型和Vestas 2MW&3MW机型的叶型数据如表1所示： 机

型 叶

型 G83 表 1 Gamesa & Vestas 部分机型的叶片数据 G90 V82 DU(Delft University)+FFA-W3 FFA-W3+NACA 63.4 V90 RISØ P +FFA-W3 NACA63.XXX+FFA-W3

不同公司会根据自己的设计理念开发新的翼型，如Gamesa公司和Aerodyn公司自主开发的系列翼型，其CFD测试结果如图2所示：

疲劳载荷的特点之一在于载荷的脉动性，这主要是由湍流、塔影效应、风剪切等非定常效应引起的。由于尾缘襟翼具有较好的高频性能、良好的结构和安全特性，较易在风力机上应用，因此被认为是降低风力机叶片疲劳载荷最具可行性的气动控制部件。美国Sandia国家实验室、荷兰Delft理工大学和丹麦Risø DTU等机构对风力机叶片尾缘襟翼进行了较多的研究，显示了尾缘襟翼较好的降载效果。但相关研究主要关注控制策略、气动弹性和实现方式等方面，对尾缘襟翼附近流动状态研究较少，对气弹分析中的气动力研究主要采用准定常方法求解，忽略了襟翼运动非定常特性的影响。

图 2 Gamesa & AE 系列翼型

2.1.2后缘襟翼的研究进展