兆瓦级风力机叶片的优化设计

   摘要：风力机叶片的优化设计对于提高风能利用效率和功率输出有重大的意义。本文基于求解叶素一动量定理方程，忽略阻力影响，考虑叶尖损失因素，得出了一种风力机叶片的优化设计方法。该方法可以从理论上保证获得最大的风能利用系数，并对于不同冀型的叶片设计其有通用性．
关键词：风力机；叶片；优化设计；叶尖损失
引言
    风力发电是一种与传统燃料发电相竞争的无污染发电方式，是富有生命力的清洁能源。风力发电机组正向单机大容量并网型方向发展。目前2MW以下的并网风力发电机组已广泛地投入实际运行中．国外5MW的风力发电机组也处在试运行阶段，10MW及以上级别的大型风力发电机组也已经在研制中。在风力发电机中，叶轮是最重要、最昂贵的部件，单个部件约占整个风力发电机成本的20％,其中叶片占18.3% [1]。叶片的
设计不仅决定了风力机的效率而且还决定其输出功率。叶片技术主要包括叶片的设计理论。叶片的结构形式，叶片材料选择以及叶片的加工工艺等方面。本文主要从风力机的效率和输出功率两方面多叶片进行优化设计。

   1、 叶素-动量[2]

    叶素是指将叶片沿叶展方向分成若千个小段，每一个小段称为叶素。叶素是进行叶片气动设计计算的基本单元，其速度和作用力示意图如图1所示：
 

    叶素一动量定理是假定作用于叶素上的力仅与通过叶素扫过的圆环的气体的动量变化有关，通过邻近圆环的气流之间不发生径向相互作用。因此，对于由N个叶素组成的叶片有以下关系：
    由力平衡得：