风力发电机叶片翼型的选择问题

在设计风轮叶片时，必须事先选择好翼型。表6-1给出了几种翼型数据。表中的坐标数据是对弦长的百分比。如果设计者确定了弦长，就可通过简单的计算作出正确的翼型图。

下面以NACN4412翼型为例。因表6-1中的每个数值是对弦长的百分比，假设翼型弦长为100cm，只要将NACN4412的数值乘上100就可得到相应的翼型表面坐标数据。

为了作图，准备好坐标纸。首先在坐标纸的中央画一条等于弦长的水平线。然后，以这条线的左端（前缘）为零点，向右侧标出各点的位置。在每个位置的上面和下面的尺寸是各自距水平线的距离，负值点在中心线的下面。

表6-1最下面一行的L_R表示前缘半径，这个值也是对弦长的百分比。对NACA4412翼型，L_R为1.58。如弦长为100cm，则前缘半径L_R=1.58cm。这样，利用曲线板和圆规就可描出此翼型曲线。

表6-1 几种翼型的位置和纵坐标（％）

*L_R表示前缘半径(www.xing528.com)

大型风轮叶片很长，且不同半径位置处的翼型工作雷诺数不同，对风力机功率的贡献不同，因此对翼型的气动要求也不同。因此，理论上叶片的各半径处应选择不同的翼型。叶片翼型选择，不仅需要研究相应气动性能，还应考虑相应的功率控制方式等问题。针对目前大型风力发电机组的功率控制方式，以下分别讨论定桨距和变桨距两类风轮叶片的翼型选择问题。

1.定桨距叶片的翼型选择

一般采用被动失速控制的风力发电机组多采用定桨距叶片，即叶片与轮毂为刚性连接，需要利用叶片翼型的失速特性实现对风轮功率的调节与控制。根据被动失速风力发电机组功率控制原理，要求定桨距风力发电机组在额定风速时，叶片的大部分截面应处于大攻角临界流动分离状态下工作。这样，对翼型的失速性能设计提出了较高要求。根据叶片气动特性分析和设计要求，一般在大功率叶片设计中，应优先选择风力发电机组专用翼型，如FFA-W翼型系列等。如果需要选择航空翼型，则应优选NACA等翼型系列中失速性能优异的翼型。

2.变桨距叶片的翼型选择

变桨距叶片是现阶段叶片发展的主流。对于一般要求的叶片设计，可以选择统一翼型方案。如选用气动特性优良的NACA翼型等作为设计翼型系列，并对相应的弦长和扭角进行优化。

一些大功率叶片采取了组合翼型的设计方案。即将叶片按照所处的半径部位分为根部、中部和尖部三部分。根据叶片气动性能和力学结构对不同部分的要求，选用几个不同翼型的组合设计，以使叶片的功率利用性能得到进一步优化。但应注意，针对叶片沿半径的变化，需要分别设计各翼型相应的弦长和扭角，同时需要在两邻接翼型的相接部位确定过渡段，以实现平滑连接。