朱建勇,赵万里，刘沛清

（北京航空航天大学流体力学教育部重点实验室，北京100191）

S型风力机是典型的阻力型垂直轴风力机。Savonius风轮是由两半圆筒叶片交错而成，其横截面呈“S”型。风轮的运动主要是作用在叶片上的阻力差造成的[1-4]。S型风力机的优点：结构简单，易于加工，运行不受风向限制，无需偏航结构；启动扭矩大，启动风速较低；抗风能力强，尤其是在大风速下，当水平轴风力机停机的情况下，S型风力机依旧可以运行；发电机等机构安装在较低的位置，易于维护[5-8]。目前，S型风力机广泛应用于风光互补供电系统，但是S型风力机转速低，叶尖速度与来流风速同量级，发电并网困难；S型风力机的风能利用系数较低，在未最优设计之前，其风能利用系数仅为高速水平轴风力机的一半，经过优化设计，S型风力机的风能利用系数可达到0.3[9]。

根据L-sigma准则[10-11]，相同机械应力下S型风力机单位宽度功率约是高速水平轴风力机的2.8倍。因此，S型风力机风能尽管利用系数不高，但是不能否认S型风力机是有效的产能机械[12]。

S型风力机的气动性能主要取决于气动外形参数的选取，因此，本文系统分析了影响对气动性能的主要参数，并且给出了S型风力机达到最优气动性能时的气动外形参数。

1 主要参数

S型风力机其风轮的外形是由两半圆筒叶片交错而成，其横截面呈“S”型，外形如图1所示。

图1 S型风力机外形

图1中，P为风力机输出功率，W；S为风力机迎风面积，m2；Q为静扭矩，Nm；ρ为空气密度，通常取1.225 kg/m3；……