重力和惯性载荷的定义和区别

空气动力载荷计算比较困难，旋转力和离心力引起的载荷计算相对简单。唯一困难的是，在设计的开始，部件质量不明确。因为质量仅能作为全载荷谱的计算结果，包括静载荷，当确定结构尺寸时，多次循环迭代是必要的。第一次假设重力最好来源于经验数据，从现有的风力机统计得出。

7.2.5.1 重力载荷

对于风力机的所有部件，部件重力必须考虑。在风力机中，风轮叶片重力对叶片本身和下游部件都非常重要。

在旋转一周中，风轮叶片重力沿叶片长度交替产生张力和压力，从而交替产生大的弯曲力矩。重力载荷的重要性从叶尖到叶根增加，即与空气动力学载荷影响的方向相反。假设风轮旋转速度是20～50r／min，其使用寿命是20～30年，循环载荷特别是叶片弦轴周围的循环弯曲力矩，在使用周期中循环次达到107～108。许多仅在1000h运行时间后，就达到106循环载荷。基于这一循环次数，钢架必须加固到允许的强度。

因此，结合风湍流，重力是影响风轮叶片疲劳强度的关键因素。风轮越大，重力的影响力也越大。正如其他结构一样，随着尺寸增加，重力变成了强度的主要关注问题。对于水平轴风轮而言，静载荷造成交替载荷，加剧了这一问题。然而，垂直轴风轮的部件可以设计成更大尺寸，因为重力产生的交替载荷可以完全避免。

在过去，许多水平轴风轮的设计者在风轮叶片根部安装铰接链来补偿交替的弯曲力矩。然而，在实际应用中这并不现实。一方面，该系统比较昂贵；另一方面，产生了附加的动态问题。

7.2.5.2 离心载荷

在直升机转轮中，因转速较快，叶片强度和动态特性由离心力决定。但是在风轮中，因转速较低而离心力相对不重要。(www.xing528.com)

由于某特殊目的，离心力甚至用来缓解叶片上的载荷。在一些风轮中，风轮叶片顺风倾斜，偏出了旋转平面，成V字形。这就是所谓的风轮叶片锥角，离心力和升张力在叶片长度分布的弯曲力矩与气动推力产生的弯曲力矩相反。

在叶片［r，r+dr］部位叶素上的离心力为

在距转轴x的截面上，离心力引起的应力为

式中 ——调向转动角速度。

需要指出，尽管每一个叶片都只是三叶片风轮的一部分，但各个叶片都要分别承受风力的整个陀螺效应。

三叶片风轮的陀螺效应平衡性比双叶片的好，而多叶片风轮与三叶片的类似。