段 巍，李书兴，安利强

(华北电力大学 机械工程系，河北 保定 071003)

基于样条函数的后掠式风力机叶片气动性能数值模拟*

段 巍，李书兴，安利强

(华北电力大学 机械工程系，河北 保定 071003)

针对后掠式风力机叶片，以提高输出功率为目标，将三次样条函数在风扇叶片中的应用类比到风力机叶片上，运用一种新型积叠线设计后掠式叶片。以1.5 MW风力机直叶片为原型，将其后50%段叶展按样条函数作后掠变形，建立了后掠式叶片模型，对叶片流场进行网格化分并转化成多面体，通过三维定常气动数值模拟计算，得到了直叶片与后掠叶片在4～12 m/s共9种风速下的有效转矩，并计算和对比了直叶片原型风力机与后掠式叶片风力机年平均输出功率。计算结果表明：后掠式风力机比原型机的年平均输出功率增长了1.13%，说明了基于三次样条函数的后掠式叶片气动外形设计取得了一定效果，文中采用的类比设计方法为风力机叶片设计提供了一种新思路。

风力机；后掠式叶片；类比设计；三次样条函数；气动数值模拟

0 引 言

为了提高风轮输出功率，同时保持甚至降低叶片的载荷，国内外学者提出在保持风轮直径不变或增加较少的前提下将叶片适当后掠的概念[1-2]。美国圣迭戈实验室率先开发出后掠式叶片STAR，叶尖采用柔性设计理念，与传统直叶片相比，其外形逐渐向后缘弯曲[1]。该叶片可最大限度地捕获所有可用风速范围内的风能，比传统直叶片捕风能力提高5%～10%，包括边缘的低风速区域。……