一種新型風機翼型設計思路的探索研究

葉 坤， 葉正寅

（西北工業大學 翼型葉柵空氣動力學國防科技重點實驗室，陜西 西安 710072）

0 引 言

隨著世界性的能源危機不斷顯現，風能的利用已經越來越受到世界各國的重視。據有關文獻資料統計，地球上風能資源非常豐富，全球的風能儲量約為2.74×109MW，其中可經濟開發利用的風能仍然能夠達到2×107MW，比可開發利用的水電總量還要大10倍［1］。

在近年來的風力發電機的發展歷程中，圖1給出了在過去的25年中風機最大尺寸的變化趨勢。顯然，隨著風機葉片尺寸越來越大，風能利用的效率越高，但為了保障葉片具有足夠的結構強度，葉片中翼型的相對厚度必須相應提高，目前風機翼型的相對厚度可超過40%。但是，從空氣動力學設計角度講，翼型相對厚度越大，翼型的升力特性會受到嚴重制約，文獻［2］中給出了美國著名NACA四位數不同厚度對稱翼型的升力系數隨迎角的變化規律。從該文獻計算結果中可以看出，隨著翼型厚度的增加，升力曲線的斜率減小，最大升力系數也會減小。如何在大厚度翼型設計中同時實現提高翼型的升力系數和失速迎角是一項具有挑戰性的基礎問題。

隨著風力機的不斷發展，近年來國內外圍繞風機翼型問題開展了大量的研究工作［3－9］，甚至還有人設計了自適應后緣的翼型［10］，但這種方法對結構設計帶來極大困難，工程實際可用性較差。關于翼型的設計問題，在航空領域是一個傳統的設計問題，即使發展了一百多年，翼型設計作為空氣動力學學科的一個基礎問題仍然在持續研究［11－13］。……