WA风力机翼型族设计
翼型风力机叶片的设计与三维建模论文
甘肃机电职业技术学院现代装备制造工程系毕业论文翼型风力机叶片的设计与三维建模姓名：王成寿学号： 142000848班级：G142701年级：2014级指导老师：杨欣风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。
其蕴量巨大，全球的风能约为 2.74×10^9M W，其中可利用的风能为2×10^7M W，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。
风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何利用风来发电。
把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。
风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。
依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。
风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。
本课题研究水平轴风力发电机的叶片设计、实体建模。
主要任务如下：1.编制叶素轴向、周向速度诱导因子、最佳弦长及扭角的计算的界面程序；2.根据程序计算并绘制风力机叶片弦长随叶片展向长度的变化曲线；3.根据程序计算并绘制风力机叶片扭角随叶片展向长度的变化曲线；4.将所设计的叶片的三维模型的进行实体建模。
关键词：风力发电，风力机叶片，三维建模摘要 (1)1、综述 (1)1.1、风力机简介 (1)1.2、风力机简史 (1)1.3、风力机的特点 (2)1.4、风力机的基本原理 (2)1.5、风力机的构成和分类 (3)1.6、风力机存在的问题 (3)1.7、本课题的背景目的及主要工作 (4)2、风力机设计理论 (6)2.1、翼型基本知识 (6)2.2、叶片设计的空气动力学理论 (7)2.2.1、贝茨理论 (7)2.1.2、叶素理论 (8)2.1.3、动量理论 (9)2.3、风力机的特性系数 (10)2.3.1、风能利用系数C p (10)2.3.2、叶尖速比λ (10)2.4、翼型介绍 (11)2.4.1、翼型的发展概述 (11)2.4.2、N A C A翼型简介 (11)3、风力机叶片的设计 (13)3.1、风力机叶片的外形设计 (13)3.1.1、叶片设计的总体参数 (13)3.1.2、确定风轮直径D (13)3.1.3、翼型弦长计算 (14)3.1.4、叶片重要参数的选取 (14)3.2、叶片优化设计的计算程序编制 (16)3.3、V B编程计算翼型参数 (16)3.3.1、风力机设计参数 (16)3.3.2、需要计算的参数 (16)3.3.3、V B程序界面 (17)3.3.4、运行结果 (17)4、利用S o l i d w o r k s三维建模 (19)4.1、N A C A4412翼型相关数据 (19)4.2、模型展示 (20)5、总结 (25)参考文献 (26)致谢 (27)1、综述1.1、风力机简介风力机，将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。
水平轴风力机翼型的优化设计
水平轴风力机翼型的优化设计王锴; 李浩; 金玉龙; 张程宾【期刊名称】《《建筑热能通风空调》》【年(卷),期】2016(035)007【总页数】5页(P51-55)【关键词】风力; 机翼型; 优化设计; 模拟【作者】王锴; 李浩; 金玉龙; 张程宾【作者单位】东南大学能源与环境学院; 东南大学吴健雄学院【正文语种】中文风电作为一种绿色可再生能源，已受到世界各国的广泛关注和重视。
据国家能源局2013年的统计数据[1]，风电已经成为我国继火电、水电之后的第三大电源[2]，在全球范围内，风电装机容量也呈指数趋势上涨。
作为增速最快的发电形式，风电已经成为全球能源市场的重要资源，并在分布式能源利用、绿色建筑一体化等方面有着广阔的应用前景[3-6]。
叶片作为风电机组的核心部件，其翼型直接影响到风力机的气动性能，因此，翼型的设计和优化在风力发电机组中占据了不可估量的地位。
基于此，本文首先对风力机翼型优化设计的国内外研究进展展开介绍，然后将风力机翼型的优化设计分为四个工作步骤，分别进行综述探讨。
现代风力机的发展起源于国外，翼型的使用和研发主要分为三个阶段[7]：1）航空翼型；2）个性化风力机翼型；3）通用型风力机翼型。
早期的翼型多为升阻特性较好的航空翼型，如美国的NACA系列翼型。
实践表明，这一系列的翼型在大幅变化的雷诺数工况下敏感性低，有较强的滞后性[8]。
因此，为了提高翼型的气动性能，各国纷纷展开了风力机专用翼型族的研究设计工作。
20世纪末期，美国可再生能源实验室Tangler[9]等人提出Eppler翼型反设计方法，编程设计出高升阻比的NREL-S系列翼型族。
该系列的9族翼型，分别适用于不同控制类型和风轮尺寸的风力机，其设计思想体现了适用于不同需求的“个性化”翼型设计思路；瑞典的Bjork[10]采用XFOIL程序设计开发了FFA-W系列翼型。
该系列翼型的相对厚度从12.5%到36%，每种翼型在对应的设计工况下均具有较高的升力系数和升阻比；20世纪90年代中期，丹麦国家风能研究实验室的Peter Fuglsang[11]研发了仅适用于薄叶片的RISΦ系列翼型，同时指出复杂目标优化设计中相互矛盾的地方，为翼型的多目标优化设计奠定了基础；荷兰代尔夫特理工大学的Timmer[12]等人利用XFOIL程序设计出相对厚度从15%至40%的DU系列翼型族，并且首次提出升力系数和最大升力系数之间要保持合理差值的设计理念。
大型风电机组叶片翼型的设计方法
８年２月
农业机械学报
第３９卷第２期
大型风电机组叶片翼型的设计方法＊
芮晓明
ｌ擒鬓】
马志勇
康传明
海解决大型蹶电时片气动性麓凝结构强度盼矛Ｊ嚣，基予对翼毽选撂露改燮设计方法瓣分攒，提建冀
型结构系数芷，以系数糟为界，将叶片分为内嗣和外圈两区域。对予内圈区域的翼型以结构特性为主。通过改型设 计提高碲缔的强震，面貌嚣域对气韵毪熊的影响较小；靠近叶尖端酌卧片辨潮区域应以最大限度发簿翼逊的空气 凄力特经于筝为主簧设计酲标。针对普通靛燮翼型霰犬塑风电婶片虎潮应熙的局限，采用斓黪翼型詹缘鳃方法，较 好施克服了低雷诺数下气流提前分离的问题，同时能驻著地加强叶片的结构强度，降低单位体积质量，解决以往设 计泣獠牵跨寿结梅与其气凌骸憨的部努矛蓐。 蓑键词：鼠秀发嘏祝婶片翼受设计方法 巾麓分类ｇ－：ＴＫ８３ 文献撩谈码：Ａ
（１）
式中露——毙例系数
慕——晟转名义半径
砖片缨擒系数茁霹定义为
鬈茹等＝学
∽
黧２键后缘对翼受气动健熊静彰嚷
一二
∥
戏孛ｚ，——风辕轮毂结构要求的长度
Ｌ——叶片烹簧气动部分长度 以一定的茹值势赛， 澄风轮半径增大酶方良， 将叶片熟分为内圈秘外圈 巍个嚣域。 在跨片豹内霹部分可 考虑以续购特性势主熬翼 麴设计方案；蘑在叶片懿 蕊３盼冀续梅系数戆定义 外圈嚣域涮以气漤褥攘为 主进行翼型螅设计。 系数鬈辩取毽，应根据蕊力发毫撬的葵棒设ｊ 要求，翔槐缀怂褡缮梅、性纛参数裙载蒋情况等霆’ 确定。显然，筹缀对盼冀的总体结梅设计礴很大 影噙，蠢与魂缀黪援篱密甥裙关，应考虑将其落为
引言
风力发电是获｛薅清洁、鼍褥黧能源的主要技术 形式之一。近年来，跨内外的风电产监发展禳快，对 相关的设计技术提出了更高的要求。由于风电叶片 楚实瑗风麓转换静鬟要环节，对槐组的整体往麓影 响很大，有关的设计方法始终怒研究的热点。 翼型作为叶片外形设计的基础，对叶片的空气 动力特性和获量有重要的影响。酲前风电叶片设计 一般以低速飞机懿簸空翼型为基础，并进行必要憨 改型。但Ｅｌｊ此带来的叶片结构与其气动性能矛盾突 出，已成为大型风毫叶片设计过程中亟待解决豹关 键阐题之一。势设计蹬更长的时片，震要研究解决 上述问题的方法，以有效提高叶片设计质量、降低叶 片成本，秀嚣发更大功率憝风力发电枫缎提供技术 支掩。
水平轴风力机翼型的多学科优化设计_概述说明
水平轴风力机翼型的多学科优化设计概述说明1. 引言1.1 概述随着对可再生能源的需求日益增长，风力发电成为一种重要的清洁能源形式。
水平轴风力机作为最常见的风力发电装置之一，在其设计和优化中翼型起着关键作用。
本文将针对水平轴风力机翼型的多学科优化设计进行概述和说明。
1.2 文章结构本文共分为五个部分。
首先是引言部分，概述了文章的背景和目标，并介绍了文章的结构。
其次是正文一，介绍了风力机基本原理、翼型选择与设计要点以及多学科优化方法的相关概念。
然后是正文二，探讨了翼型气动性能分析与评估、结构强度分析与优化考虑因素以及考虑经济效益的多学科优化方法。
接下来是正文三，通过实例研究介绍了水平轴风力机翼型优化设计案例，并讨论了飞行器动态特性分析与控制策略考虑因素以及水平轴风力机可行性评估与成本效益分析方法。
最后是结论与展望部分，对整个研究进行总结，并提出了研究的局限性和进一步的研究展望。
1.3 目的本文的目的在于概述水平轴风力机翼型的多学科优化设计方法。
通过对风力机基本原理、翼型选择与设计要点以及多学科优化方法进行分析和讨论，探索提高风力机效率和经济性的可行途径。
同时，通过实例研究案例和相关考虑因素的介绍，为工程师们在实际设计中提供有益的指导和参考。
最后，通过对现有研究进行总结并展望未来发展方向，鼓励更多研究者进一步深入该领域，推动水平轴风力机技术的创新与改进。
2. 正文一：2.1 风力机基本原理风力机是利用风的动能通过翼型产生的气动力驱动发电机产生电能的装置。
其基本原理是：当空气经过翼型时，会在上下表面形成不同的压强分布，从而形成升力和阻力。
其中，升力可转化为扭矩，驱动发电机旋转；而阻力则会降低风能的转化效率。
2.2 翼型选择与设计要点翼型选择是水平轴风力机设计中的关键环节。
主要考虑以下几个方面：- 气动性能：包括升力系数、阻力系数、最大升阻比等指标，优化设计应使得这些指标达到最佳状态。
- 队列失速特性：在多个翼片构成的风力机中，为了避免部分翼片失速对整体性能造成损害，需考虑队列失速特性。
基于遗传算法的变桨型风力机翼型设计
基于遗传算法的变桨型风力机翼型设计吴江海王同光南京航空航天大学江苏省风力机设计高技术研究重点实验室，南京，２１００１６摘要：从提高叶片效率和降低叶片输出载荷两方面对翼型的设计要求进行了分析，并直接以叶片的综合性能为目标，采用遗传算法耦合ＸＦＯＩＬ进行翼型的优化设计，最终以计算流体力学（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ，ＣＦＤ）的计算结果作为翼型性能的评价依据，设计了相对厚度从１８％到３０％四个风力机专用翼型。
从理论上分析了翼型形状改变与性能改善之间的对应关系。
结果显示，与行业内成熟的翼型相比，新翼型在效率控制区内能取得更好的升阻力特性，同时在载荷控制区内能减小升力系数，因而采用该族翼型能够在提高叶片的发电量同时减小叶片的输出载荷，为叶片带来更好的综合性能。
风力机翼型；评价指标；叶片性能；优化设计ＴＭ６１４Ａ１００５－２６１５（２０１１）０５－０６１７－０６Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ａｉｒｆｏｉｌｓ ｆｏｒ Ｖａｒｉａｂｌｅ－Ｐｉｔｃｈ Ｗｉｎｄ Ｔｕｒｂｉｎｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｇｅｎｅｔｉｃ ＡｌｇｏｒｉｔｈｍｓＷｕ ＪｉａｎｇｈａｉＷａｎｇ Ｔｏｎｇｇｕａｎｇ国家重点基础研究发展（“九七三”计划）（２００７ＣＢ７１４６００）资助项目；江苏高校优势学科建设工程资助项目。
２０１１－０４－２９２０１１－０７－２０王同光，男，教授，博士生导师，１９６２年３月生，Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｇｗａｎｇ＠ｎｕａａ． ｅｄｕ．ｃｎ。
型在ｉ（４）的最大比，在ｊ＠＠［１］ Ｂｊ（ｏ）ｒｋ Ａ． Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ＦＦＡ Ｗ１－ｘｘｘ， ＦＦＡ－Ｗ２－ｘｘｘ ａｎｄ ＦＦＡ－Ｗ３． ｘｘｘ Ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ａｉｒｆｏｉｌｓ ｆｏｒ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ａｘｉｓ Ｗｉｎｄ Ｔｕｒｂｉｎｅｓ［Ｒ］． ＦＦＡ ＴＮ １９９０－１５． Ｓｔｏｃｋｈｏｌｍ， Ｓｗｅｄｅｎ ： Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｒｅ ｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｗｅｄｅｎ， １９９０．＠＠［２］ Ｔａｎｇｌｅｒ Ｊ Ｌ， Ｓｏｉｎｅｒｓ Ｄ Ｍ． ＮＲＥＬ ａｉｒｆｏｉｌ ｆａｍｉｌｉｅｓ ｆｏｒ ＨＡＷＴ＇ｓ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ ＷＩＮＤＰＯＷＥＲ＇９５． Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ Ｄ Ｃ：［ｓ． ｎ． ］， １９９５．１１７－１２３．＠＠［３］ Ｐｅｔｅｒ Ｆ， Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ Ｂ． Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｒｉｓφ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ａｉｒｆｏｉｌｓ［Ｊ］． Ｗｉｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ， ２００４， ７（２）： １４５－ １６２．＠＠［４］ Ｔｉｍｍｅｒ Ｗ Ａ， Ｖａｎ Ｒｏｏｉｊ Ｒ Ｐ Ｊ Ｏ Ｍ． Ｓｕｍｍａｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｌｆｔ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ａｉｒｆｏｉｌｓ ［Ｒ］． ＡＩＡＡ－２００３－０３５２，２００３．＠＠［５］ 白井艳，杨科，李宏利，等．水平轴风力机专用翼型族 设计［Ｊ］．工程热物理学报，２０１０，３１（４）： ５８９－５９２．＠＠［６］程江涛，陈进，沈文忠，等．基于最大风能利用系数的 风力机翼型设计［Ｊ］．机械工程学报，２０１０，４６（２４）： １１１－１１７．＠＠［７］ Ｂｕｒｔｏｎ Ｔ， Ｓｈａｒｐｅ Ｄ， Ｊｅｎｋｉｎｓ Ｎ，ｅｔ ａｌ． Ｗｉｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｈａｎｄ－ｂｏｏｋ［Ｍ］． Ｃｈｉｃｈｅｓｔｅｒ ： Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆－ Ｓｏｎｓ Ｌｔｄ， ２００１．＠＠［８］ Ｓｒｉｐａｗａｄｋｕｌ Ｖ， Ｐａｄｕｌｏ Ｍ， Ｇｕｅｎｏｖ Ｍ． Ａ ｃｏｍｐａｒｉ ｓｏｎ ｏｆ ａｉｒｆｏｉｌ ｓｈａｐｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ｅａｒｌｙ ｄｅｓｉｇｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ［Ｒ］． ＡＩＡＡ Ｐａｐｅｒ ２０１０－ ９０５０， ２０１０．基于遗传算法的变桨型风力机翼型设计作者：吴江海， 王同光， Wu Jianghai， Wang Tongguang作者单位：南京航空航天大学江苏省风力机设计高技术研究重点实验室,南京,210016刊名：南京航空航天大学学报英文刊名：Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics年，卷(期)：2011,43(5)本文链接：/Periodical_njhkht201105009.aspx。
风力发电机组的翼型与叶片形状优化研究
风力发电机组的翼型与叶片形状优化研究随着对可再生能源需求的不断增长，风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式，被广泛应用于发电领域。
作为风力发电机组的关键组成部分，研究翼型与叶片形状的优化对提高发电效率和性能至关重要。
本文将探讨风力发电机组翼型与叶片形状的优化研究，旨在提高风能的利用效率和发电能力。
翼型优化是风力发电机组设计中的核心问题之一。
优化的翼型设计可以显著影响风力发电机组的性能和效率。
翼型的选择应考虑到风速、风向以及机组的运行环境。
通常，翼型需要具备较高的升力系数和较低的阻力系数，以最大程度地提高发电效率。
此外，稳定性和可控性也是翼型设计的重要考虑因素。
目前，常用的风力发电机组翼型主要有对称翼型、适度弯曲的偏置翼型和适度弯曲的反曲翼型。
对称翼型具有较高的升力系数和较低的阻力系数，适合用于低风速区域。
偏置翼型通过改变上下翼面的厚度分布，可以有效降低气动阻力，提高发电效率和性能。
反曲翼型则通过翼型前缘向后延伸并形成弯曲，可以增加升力系数，提高机组的稳定性和可控性。
叶片形状的优化也对风力发电机组的性能和效率产生重要影响。
叶片是将风能转化为机械能的关键部件。
合理设计的叶片形状可以提高发电机组的转矩和输出功率。
一般而言，叶片的长度、弯曲程度以及截面形状都需要优化。
叶片长度的选择应考虑到风速分布和机组的设计要求。
适度的弯曲程度可以减小叶片的气动阻力，提高运行效率。
此外，采用合适的截面形状可以提高叶片的刚度和强度，减小振动和噪音。
在风力发电机组的翼型与叶片形状优化研究中，数值模拟和实验测试是常用的方法之一。
数值模拟可以通过计算流体力学分析风力发电机组中的气动特性。
通过在计算机上建立风力发电机组的数值模型，可以模拟和优化翼型和叶片的设计。
此外，实验测试可以通过风洞试验等手段对设计方案进行验证和验证。
这些实验可以测量翼型和叶片在风速变化下的表现，从而提供有关其性能和效率的重要信息。
此外，优化研究还可以利用进化算法、遗传算法和粒子群优化等优化算法，以最大程度地提高发电机组的性能。
风力机空气动力学-翼型动力学(1)
弦线 弦长c
后缘
后缘角
✓ 中弧线：翼型周线内切圆圆心的连线称为中弧线，也可将垂直于弦线度量的 上、下表面间距离的中点连线称为中弧线。它是表示翼型弯曲程度的一条曲 线
华北电力大学
风能专业课程《风力机空气动力学》
8
§1厚：度t空气动力学基础 中弧线 前缘
翼型的形状
弯度f
弦线 弦长c
后缘
后缘角
✓ 前缘 ：翼型中弧线的最前点称为翼型前缘。 ✓ 后缘 ：翼型中弧线的最后点称为翼型后缘。 ✓ 弦长 ：翼型前后缘之间的连线称为翼型弦线，弦线的长度
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风能专业课程《风力机空气动力学》
§1：空气动力学基础 §翼型空气动力特性
根据气流的低速伯努利利方C程p，压1力系CC数22 可以表示为如下形式：
式中Ｃ为机翼表面某一点流速。根据实验，在低速范围内，机翼的流线谱基本 不随速度变化，亦即流管截面积基本不变，由不可压流连续方程可知 是
一个确定的数,压力系数也就是一个确定的数，C当迎角和翼型改变时，流线谱
也要发生变化，压力系数也随之而改变。综上所述，在低速范围内，压力系
数只随翼型和迎角变化，与气流动压无关。 C
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§1：空气动力学基础 §翼型空气动力特性
翼型的压强分布图分两种表示方 法。一种是矢量法，另一种是坐 标法。
矢量法：如图所示，图中各线段 均垂直于翼型表面，线段的长度 表示压力系数的大小，箭头向外 为负值，箭头向里为正值, 将各个矢量的外端用平滑的曲线 连接起来，便是用矢量表示的压 强分布图。 图中压强最低吸力最大的一点(B 点)是最低压强点。在前缘近， 压强最高的一点(A)，是前驻点。
华北电力大学
第五章 风力机叶片设计
如此，求出迎角后，即可根据翼型空气动力特性曲线得到叶素的升力
系数Cl 和阻力系数Cd 。
《风力机空气动力学》
3
§5-2：基础理论
合成气流速度V0引起的作用在长度为dr 叶素上的空气动力dFa可以分 解为法向力dFn和切向力dFt，则
dFn
1 2
cV02
C
n
dr
dFt
1 2
cV02 C t
测试结果如下图所示。 测试数据的处理
低频振动（轴向窜动、圆盘效应） 1阶振动 2阶振动 3阶振动
振动模态
1阶反对称
1阶对称
2阶反对称
2阶对称
轴向窜动 圆盘效应
0.587 0.96a Cn
1 a2
4F sin 2
代替
a Cn 1 a 4F sin 2
葛劳渥特（Glarert）修正方法(Glauert H. 1935)
当a>0.2时，第⑥步中由
a
1 2
2
k1
2ac
2 k1 2ac 2 4 kac2 1
பைடு நூலகம்dr
其中c：叶素剖面弦长
Cn、Ct ：法向力系数和切向力系数
则
Cn Ct
Cl Cl
cos sin
Cd Cd
sin cos
阻力使切向力，即力矩 减小，而使推力增加
这时，作用在风轮平面dr圆环上的轴向力（推力）可表示为
dT
1 2
BcV02 C n dr
其中B：叶片数
8
§5-2：基础理论
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NREL S809 NREL S814
NREL AIRFOILS FOR GENERAL WIND TURBINE BLADES
0.2
0.4
0.6
0.8
1
X
美国NREL大尺寸风力机的高升力翼型族
Y
0.4
0.2
0
-0.2
NREL S831
NREL S830
NREL HIGH LIFT AIRFOILS
自由转捩（XFOIL ， 转捩因子N＝9）
升力特性
CL
2
XFOIL
1.8
Re=6000000 M=0
N=9
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2 0
5
du95w180 naca63618 wa180a
10
15
20
ALPHA
阻力特性
2
XFOIL
Re=6000000 M=0 N=9
1.5
CL
1 0.5
N=9
150
du95w180 naca63618 wa180a
CL/CD
100
50
0
0
0.5
1
1.5
2
CL
全紊流（N－S， SA MODEL）
升力特性
N-S SA MODEL Re=1800000 M=0.15 1.5
CL
1
du95w180
naca63618
0.5
wa180a
0
5
10
15
20
ALPHA
升力特性
2
XFOIL
Re=6000000
M=0
N=9
1.5
CL
naca63615
1
wa150a
0.5 0
5
10
15
20
ALPHA
阻力特性
2
XFOIL
Re=6000000 M=0 N=9
1.5
CL
1 0.5
0
naca63615 wa150a
0.01
0.02
0.03
CD
力矩特性
CM
XFOIL
0.1
Re=6000000
M=0
N=9
0
naca63615 wa150a
-0.1
-0.2
-0.3
Hale Waihona Puke 0.511.5
2
CL
升阻比
200
XFOIL
Re=6000000 M=0 N=9
150
CL/CD
100
naca63615 wa150a 50
00
0.5
1
1.5
2
CL
WA150A翼型，全紊流（N－S， SA MODEL） 升力特性
0
du95w180 naca63618 wa180a
0.01
0.02
0.03
0.04
CD
力矩特性
CM
0.1
XFOIL Re=6000000
M=0
N=9
0
du95w180 naca63618 wa180a
-0.1
-0.2
-0.3
0.5
1
1.5
2
CL
升阻比
200
XFOIL Re=6000000
M=0
DU210
DU250
-0.4
DU300
DU350
DU401 -0.5
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
X
瑞典的FFA翼型族
Y
0.4
0.2
0
-0.2 FFA211 FFA241 FFA301
-0.4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
X
美国NREL的通用风力机翼型族
Y
0.4 0.3 0.2 0.1
0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5
阻力特性
N-S SA MODEL Re=1800000 M=0.15 1.5
1 du95w180 naca63618 wa180a
0.5
CL
0
0.01
0.02
0.03
• 由于叶片剖面的升力是由升力系数与弦长的乘 积决定的，为了减少大型风力机叶片重量及相 应的惯性载荷，需要通过设计能够在更大升力 系数下工作的翼型，以减少叶剖面弦长
3 设计中用于参考并进行对比的国外 风力机翼型
Y
0.4
荷荷兰兰的的DDUU翼翼型型族族
0.3
0.2
0.1
0
-0.1
-0.2
DU180
-0.3
WA风力机翼型族设计
乔志德
西北工业大学 2009年9月12日
1 需求背景
• 大型风力机叶片设计需要解决的关键 技术问题 :
• (1)提高叶片的风能捕获能力 • (2)降低叶片重量，以减少制造费用、运输
成本、减少由于大型风力机叶片重量增加 引起的惯性载荷和相应的系统载荷。
2 设计目标
• 由于叶片力系数对产生功率输出的风轮扭矩主 要有升力系数的切向分量所贡献，所以能够在 接近最大升力的大迎角下具有高升阻比的翼型 可以提高叶片的风能捕获能力
5 WA翼型族翼型的几何外形
Y
0.2
0
-0.2 WA150A
WA180A
WA210A
WA250A
-0.4
WA300A
WA350A
WA400A
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
X
6 WA翼型族翼型与其他风力机翼型 的表面压力分布比较
6 WA风力机翼型族的气动特性
6.1 WA150A翼型 ，自由转捩（XFOIL ， 转捩因子N＝9）
• 外侧翼型的最大升力系数高于设计升力系数的1.2倍 • 内侧翼型有尽可能高的最大升力系数 • 叶片内外侧翼型的力矩系数为不低于-.15 • 主翼型的设计升力系数为1.2 • 弦长为100不同相对厚度对应的翼型后缘厚度为
• 15 18 21 25 30 35 40
• 0.5 0.45 0. 5 0.9 1.7 2.4 3.0
-0.4
FOR LARGE SIZE WIND TURBINE BLADES
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
X
4 WA翼型的设计指标
4.1 传统的风力机（失速控制类型）翼 型设计 指标：
• 外侧翼型（主翼型和叶尖翼型）保持相对 较低的最大升力系数、和缓的失速特性以 及-0.07－-0.10的低头力矩系数
力矩特性
CM
N-S
0.1
SA MODEL
Re=1800000
M=0.15
0
naca63615 wa150a
-0.1
-0.2
-0.3
0.5
1
1.5
2
CL
升阻比
80
N-S
SA MODEL
Re=1800000
M=0.15
60
CL/CD
40 naca63615 wa150a
20
00
0.5
1
1.5
2
CL
6.2 WA180A翼型的气动特性
• 内侧翼型应具有尽可能高的最大升力系 数，从0.4到1.0的升力系数范围内保持低的 阻力 ，力矩系数为-. 15
4.2 变矩调节风力机翼型设计指标
• 允许使用具有更高设计升力系数的翼型 具有更高设计升力系数的翼型可以用于减少叶片剖面 的弦长（从而减少叶片的结构重量）， 可以获得更 高的升阻比（因而增加风力机的功率系数）
N-S SA MODEL Re=1800000 M=0.15 1.5
CL
1 naca63615 wa150a
0.5
0
5
10
15
20
ALPHA
阻力特性
N-S SA MODEL Re=1800000 M=0.15
1.5
CL
1 0.5
0
naca63615 wa150a
0.01
0.02
0.03
0.04
CD