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图2-12 一种凹凸翼型及标准翼型的CFD分析结果（来自：Fish，2006）
3 主动控制技术
风机主动气动控制主要是通过对风速、风向、叶片入流角及叶片（翼型）气动特性等因素的主控控制，实现控制整机载荷及气动性能的目的。现代风机中应用最广泛的主控气动控制方法是主动偏航和变桨，他们通过对外置传感器或内部运行参数的分析调整偏航和变桨角度从而控制流经风机的风速、风向和入流角。本文主要介绍叶片（翼型）气动特性的主动控制技术，目前国内外机构研究的这方面技术有很多，大体可分为通过改变剖面形状和通过表面吹/吸气的方式进行气动特性的控制。
3.1 改变剖面形状
在飞机机翼中，通过后缘襟翼的收放来增大或减小翼型中弧线弧度，可以影响翼型的升力曲线。NREL、SANDIA、Vestas和DTU等国外研究机构对襟翼在叶片中的应用进行了深入的研究。Vestas与DTU一起在其V27机组13m长的叶片上安装了0.7m长的后缘襟翼，通过在试验风场的运行测试，可降低叶根部挥舞弯矩14%。图3-1为SANDIA实验室研究的一种带后缘襟翼控制叶片的试验机组。然而这种传统的襟翼机构存在一些制约其应该到风机叶片的因素，其中最主要的一点是叶片在运行过程中挥舞方向的变形很大，而连接襟翼与叶片主体的铰链系统很难与其协调，另外复杂的结构也给制造和维护带来不便。
Dan Gurney在1960年代提出了一种简易Gurney襟翼，它是由高度为弦长1%-2%的平板垂直于弦线安装在翼型压力面后缘附近，在合适的尺寸和安装位置下能达到传统复杂机构的襟翼一样的增升效果。Van Dam基于这种Gurney襟翼研究了一种可主动平移的后缘小板结构，这种小板分别安装于翼型上下翼面，可以根据不同工况需要调节小板的平移量影响翼型气动特性。Van Dam等人通过CFD计算和风洞试验的方法对这套系统进行了深入的研究，并用气弹分析工具分析了它能显着降低叶片疲劳载荷。这种小板结构简单且在叶片展向分散安装，因此有实际应用在叶片上的可能，图3-2为这种后缘小板结构的示意图。
Risoe研究了一种可变形后缘的翼型，它的后缘处有一种压电材料制作的小平板与主体相连，变形响应及时且不受叶片展向长度的限制。通过对VestasV66机组数值模拟，发现在33m的叶片上使用7m长的该种后缘结构，可以在10%湍流强度下减小挥舞弯矩60%。DUWIND也对安装了这种可变形后缘平板的缩比叶片模型进行了风洞测试，发现可降低叶根应变60-95%。图3-3是展示了美国FlexSys公司开发了另一种后缘部分可整体连续变形的自适应柔性翼型，他的后缘变形范围可达±10°，目前已经应用到了高科技飞机中，具体的设计细节尚未公开。
图3-1一种带后缘襟翼的叶片
图3-2 Van Dam研究的一种主动气流控制的后缘小板结构
图3-3 Flexsys公司研究的一种后缘连续变形翼型
3.2 表面吹/吸气流
翼型表面吹/吸气流技术是指通过对翼型边界层中吹入高速气流或吸走低速气流的方式重新为边界层附能，从而延迟流动分离的技术。尽管该技术在航空领域已有成熟应用，但在风机叶片上的应用受到很多制约。其中之一是这种传统的吹起或吸气机构很难在叶片内部安装，另一方面吹气或吸气系统的工作易受到风机运行环境如沙尘、冰冻的影响。
在传统的边界层吹/吸气流技术基础上，研究人员相继提出了等离子体激励器、环量控制翼型、合成射流等边界层流动控制技术。这一类技术的目标均是改变边界层速度型从而延迟失速，图3-4为一种等离子体激励技术对不同风速下边界层速度型的影响。
图3-4 等离子体激励技术对不同风速下边界层速度型的影响（来自：Moreau，2007）
4 结语
通过对风机叶片的气动控制技术，可以实现增加风机发电效率，降低阵风等恶劣工况下对叶片的动态载荷，增加叶片生命周期。叶片的气动控制技术分为被动控制和主动控制两类，目前已经有很多的被动控制技术在实际叶片中得到了应用并证明了它们对叶片气动特性的有效控制，比如弯扭耦合设计的叶片、涡流发生器、扰流器、翼刀、叶尖小翼和锯齿后缘等的应用。越来越多国内外学者开始研究了很多主动控制技术，这些技术比被动控制技术对流动的控制更直接有效也更加灵活，然而受制于成本、安装及维护等方面的限制，尚未能得到应广泛用，这将是今后的重点发展方向。
