王雨晨 虞效益

（浙大宁波理工学院 浙江宁波 315100）

0 引言

小型风力发电机在风速相对较低的辽阔区域得到广泛应用，对大型风力发电机组起到重要补充的作用［1］。 风机在实际运行时会受到各种因素的影响， 其中以叶片受力多变复杂最为突出。 不均匀的风以及重力离心力的影响都作用在叶片上，而叶片本身又是一个弹性体，振动是最容易出现的形式［2］。 叶片在旋转过程中不仅受机械振动的影响，还要承受气动力，因此叶片在设计过程中需进行准确的计算以及建模分析， 为风力发电机的安全平稳运行奠定基础。本文以2 kW 小型风力发电机的叶片为例，论述了1 种风力机叶片的设计与分析方法。

1 叶片建模与分析方法

1.1 叶片建模

叶片建模过程主要分为3 个步骤： ①将叶片沿着展向等间距分成若干叶素并按设计要求计算风轮的各类参数， 包括风轮直径、设计风速、叶尖速比等；②根据参数计算每一叶素的弦长和安装角并画出每一叶素轮廓图； ③在绘图软件中完成实体建模。

风轮直径的计算公式［3］如下：

式中：Cp为风能利用系数；η 为传动系数［4］；V1为设计风速；ρ 为空气密度。

设计风速的确定需要参考当地年平均风速， 约为其年均风速的1.4 倍～2 倍。

叶片弦长C 和安装角θ 的Schmitz 模型计算公式［4-6］如下：

叶片弦长C 和安装角θ 的Glauert 模型计算公式［4，6］如下：中间参数

叶片弦长C 和安装角θ 的简化模型计算公式［4，6］如下：

式中：r 为各叶素离风轮中心距离；R 为风轮半径；CL为翼型的升力系数；B 为叶片数；……