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随着大规模商用风力发电机的迅速发展，现代风力机叶片设计技术趋于成熟。同时，激烈的市场竞争推动着技术的持续更新。出于控制成本和保证安全的目的，越来越多的研究人员开始关注如何提升风机气动效率、优化叶片外形、降低载荷和增加叶片生命周期等方面的研究。其中，疲劳载荷水平是风机设计的一个关键因素，降低疲劳载荷可以显着降低风机制造和维护成本，并且提高风机寿命。无论是提升风力机气动效率或是减低载荷水平，其研究的核心都集中于叶片气动的控制技术，而叶片气动控制在很大程度上依赖于对流经叶片表面气流的控制。本期译评将根据现有的研究资料、专利等讨论风力机叶片的气动控制技术。这些技术有的已经广泛应用于实际风力机叶片上，有的还处于研究阶段。
1 气动控制技术综述
风力机气动控制技术可以分为两类：主动控制和被动控制，如图1-1所示。被动控制技术是指在不借助外部辅助力量下能够提高风机发电效率、降低气动载荷等的控制方法。常见的被动控制技术如下风向风机的自由偏航技术，气弹叶片设计以及涡流发生器、叶片扰流器等被动气流控制技术。主动控制技术则指需要借助外力的控制技术，传统的如机组偏航，叶片变速变桨等。更先进的主动控制技术如后缘副翼、翼面射流等流动控制技术。
图1-1 控制技术分类
2 被动控制技术
2.1 被动偏航
为保证风轮迎风面正对来流风向，从而实现最大的风能捕获，需要靠机组的偏航控制来实现。绝大多数的现代风机均采用依靠辅助测风系统的主动偏航控制，然而在早期的风机设计以及目前的部分风机中仍然可以见到被动偏航的例子。其中最简单的的一种是尾舵偏航，它广泛地用于风轮直径在几米范围内小风机中。还有一种侧风轮偏航系统，也成功的用于了小型风力机中，如图2-1。然而侧风轮偏航也有其缺点：侧风轮及与之垂直啮合的偏航齿轮系统容易损坏。无论是尾舵还是侧风轮偏航，由于其偏航力矩的局限，都没能再应用于现代大型风机中了。
图2-1 一种侧偏航控制风机（来自：Hau，2006）
另一种应用于部分现代大型风力机中的被动偏航技术是下风向风机中采用的自由偏航。该技术可以节约主动偏航控制系统的成本以及避免主动偏航中的风向测量误差。日立公司在其海上5MW风机上就采用了这种技术。
2.2气弹适应叶片（弯扭耦合）
在风力机运行过程中，叶片总是伴随着弯曲和扭转变形，从而带来攻角的变化，进而影响到叶片的发电功率和气动载荷。在目前运行的大多数风机叶片中，都存在明显的气弹耦合的现象，无论是设计阶段的故意为之或是由于叶片本身轻量和柔性的条件决定。因为柔性叶片的气弹耦合现象不可避免，故可以在叶片设计时利用气弹耦合特性使其适应优化发电功率和降低疲劳载荷的目标。其中，弯扭耦合是最常见也是研究最广泛的一种气弹适应性设计。这种弯扭耦合设计旨在当叶片受载弯曲的同时会伴随着显着的扭转变形以增加叶片扭角，进而降低攻角，降低载荷；再结合与之匹配的主动变桨策略，控制叶片的发电效率。使用了弯扭耦合设计的叶片能有效降低阵风引起的载荷波动，从而增加叶片疲劳寿命。目前有两种典型的设计方法：基于材料的耦合及基于外形的耦合。
