大型后掠自適應風力機葉片的氣動扭角設計優化

康傳明，張衛民

(中國航天空氣動力技術研究院，北京 100074)

0 引言

隨著水平軸風力機(HAWT)技術的成熟，大型陸地風力機和海上風力機得到迅速發展，單機功率越來越大，葉片越來越長，對提高葉片的氣動性能、降低葉片極限載荷和緩解葉片的疲勞載荷提出新的要求，目前在大型風力機中廣泛應用的變槳控制技術呈現出不足之處:1)變槳以輪轂高度處的風速為依據，忽略了風速風向在葉片展向的變化，風能利用不一定最優;2)葉片重量大，變矩速度較低，槳矩角不理想;3)葉片柔度大，頻繁變槳成為葉片振動的激勵源，并促使變槳機構過度應用;4)傳統葉片的抗臺風、極限陣風等特殊風況能力差。隨著陸地特大型風力機和海上風力機的發展，迫切需要既能提高風力機安全運行周期，又能保證風力機較高氣動效率的新技術。

為了彌補傳統變槳矩技術在應用中存在的缺陷，研究人員引入了自適應葉片技術。自適應葉片可以根據風速或轉速改變葉片的氣動扭角，對葉片上的載荷進行重新分配，降低葉片載荷。自適應葉片由于技術要求較低、經濟可靠受到中外學者的關注。美國Sandia國家實驗中心研究了彎扭耦合自適應葉片，彎扭耦合自適應葉片利用葉片了的復合材料的特性，纖維偏軸鋪置時，復合材料葉片具有彎扭/拉扭耦合特性，在運行受載彎曲時改變扭角分布，緩解葉片上的載荷。Karaolis在一個小型的風力機上驗證了彎扭耦合自適應葉片的效果，并對復合材料鋪層進行了優化;Joose和van den Berg研究了拉扭耦合自適應葉片，通過超速旋轉時改變葉尖攻角實現了載荷控制?！?br>