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在过去的10多年中，水平轴风机叶片翼型通常选择NACA系列的航空翼型，比如NACA44XX，NA-CA23XX，NACA63XX及NASA LS(1)等。这些翼型对前缘粗糙度非常敏感，一旦前缘由于污染变得粗糙，会导致翼型性能大幅度下降，年输出功率损失最高达30%[3]。在认识到航空翼型不太适合于风机叶片后,80年代中期后，风电发达国家开始对叶片专用翼型进行研究，并成功开发出风电叶片专用翼型系列，比如美国Seri和NREL系列、丹麦RISO-A系列、瑞典FFA-W系列和荷兰DU系列。这些翼型各有优势，Seri系列对翼型表面粗糙度敏感性低；RISO-A系列在接近失速时具有良好的失速性能且对前缘粗糙度敏感性低；FFA-W系列具有良好的后失速性能。丹麦LM公司已在大型风机叶片上采用瑞典FFA-W翼型，风机专用翼型将会在风机叶片设计中广泛应用。表1为对NREL翼型系列性能提高[3]的估算。
目前叶片外形的设计理论有好几种，都是在机翼气动理论基础上发展起来的。第一种外形设计理论是按照贝茨理论得到的简化设计方法，该方法是假设风力机是按照贝茨公式的最佳条件运行的，完全没有考虑涡流损失等,设计出来的风轮效率不超过40％。后来一些著名的气动学家相继建立了各自的叶片气动理论。Schmitz理论考虑了叶片周向涡流损失,设计结果相对准确一些。Glauert理论考虑了风轮后涡流流动，但忽略了叶片翼型阻力和叶稍损失的影响,对叶片外形影响较小,对风轮效率影响却较大。Wilson在Glauert理论基础上作了改进，研究了叶稍损失和升阻比对叶片最佳性能的影响，并且研究了风轮在非设计工况下的性能，是目前最常用的设计理论。
2.2结构设计
目前大型叶片的结构都为蒙皮主梁形式，如图1所示为典型的叶片构造形式[4]。蒙皮主要由双轴复合材料层增强，提供气动外形并承担大部分剪切载荷。后缘空腔较宽，采用夹芯结构，提高其抗失稳能力，这与夹芯结构大量在汽车上应用类似[5]。主梁主要为单向复合材料层增强，是叶片的主要承载结构。腹板为夹芯结构，对主梁起到支撑作用。
叶片结构设计应依据相关设计规范。目前叶片结构设计规范主要建立在IEC国际标准和德国GL标准基础上，要求结构满足静力强度、疲劳强度和叶尖挠度要求。复合材料叶片各铺层是交错铺放的，实际初步设计时，将所有双轴布视为一层，所有单轴布视为一层，这样做对结构强度和性能影响不大[4]。叶片结构铺层是分段设计，各段厚度都不一致，应对厚度进行连续化处理，最终设计的各铺层厚度还应为各单层厚度的整数倍。
