風電葉片設計流程

　　一．空氣動力設計
　　1．確定風輪的幾何和空氣動力設計參數
　　2．選擇翼型
　　3．確定葉片的最佳形狀
　　 4．計算風輪葉片的功率特性
　　5．如果需要可以對設計進行修改并重復步驟4，以找到制造工藝約束下的最佳風輪設計。
　　6．計算在所有可遇尖速比下的風輪特性對于每個尖速比可采用上面步驟4所述的方法，確定每個葉素的空氣動力狀態，由此確定整個風輪的性能。
　　7．風力機葉片三維效應分析
　　8．非定常空氣動力現象
　　9．風力機葉片的動態失速
　　10．葉片動態入流
   
　　二．風機載荷計算
　　作為風力機設計和認證的重要依據， 用于風力機的靜強度和疲勞強度分析。國際電工協會制定的IEC61400-1標準、德國船級社制定的GL規范和丹麥制定的DS 472標準等對風力機的載荷進行了詳細的規定。

　　2.1 IEC61400-1 標準規定的載荷情況
　　2.2 風機載荷計算
　　 1、 計算模型
　　　1） 風模型
　　　　（1）正常風模型
　　　　（2）極端風模型
　　　　（3）三維湍流模型

　　　2）風機模型
   　  風機模型包括幾何模型、 空氣動力學模型、 傳動系統動力學模型、控制系統閉環模型和運行狀態監控模型等。
　　2、風力機載荷特性
  　　　1）葉片上的載荷
　　（1）空氣動力載荷
　　包括擺振方向的剪力Qyb和彎矩Mxb、揮舞方向的剪力Qxb和彎矩Myb以及與變漿距力矩平衡的葉片俯仰力矩Mzb。可根據葉片空氣動力設計步驟4中求得的葉素上法向力系數Cn和切向力系數Ct, 通過積分求出作用在葉片上的空氣動力載荷。
   （2）重力載荷作用在葉片上的重力載荷對葉片產生的擺振方向彎矩， 隨葉片方位角的變化呈周期變化，是葉片的主要疲勞載荷。
   （3）慣性載荷
   （4）操縱載荷
     2）輪轂上的載荷
     3）主軸上的載荷
     4）機艙上的載荷
     5）偏航系統上的載荷
     6）塔架上的載荷

　　三．風力機氣動彈性
　　當風力機在自然風條件下運行時，作用在風力機上的空氣動力、慣性力和彈性力等交變載荷會使結構產生變形和振動，影響風力機的正常運行甚至導致風力機損壞。因此，在風力機的設計中必須考慮系統的穩定性和在外載作用下的動力響應，主要有①風力機氣動彈性穩定性和動力響應②風力機機械傳動系統的振動③風力機控制系統（包括偏航系統和變漿距系統等）的穩定性和動力響應④風力機系統的振動。
　　3.1風力機氣動彈性現象
　　1．風力機葉片氣動彈性穩定性問題
　　2．風力機系統振動和穩定性問題
　　3.2風力機氣動彈性分析
　　目的是保證風力機在運行過程中不出現氣動彈性不穩定。主要的方法是特征值法和能量法。特征值法是在求解彈性力學的基本方程中，考慮作用在風力機葉片上的非定常空氣動力，建立離散的描述風力機葉片氣動彈性運動的微分方程。采用Floquet理論求解，最后穩定性判別歸結為狀態轉移矩陣的特征值計算。
     1. 風力機氣動彈性模型
     1）結構模型
     2）空氣動力模型
     2．風力機動力學方程
        風力機動力學方程建立時，將風力機分為葉片、機艙和塔架三部分進行建模。由于風力機運動的復雜性，可在非慣性坐標系中建立風力機動力學方程。
     3．風力機氣動彈性動力響應分析
     4．風力機氣動彈性穩定性分析
        風力機氣動彈性穩定性分析是在求解穩態動力響應之后進行的，并假設系統相對于穩態動力響應解具有小擾動。系統初始攝動時間為零，并假設系統在彈性力慣性力和空氣動力載荷的相互作用下自由運動。因此，可以將風輪/機艙/塔架耦合系統動力學方程的解表示為穩態解和增量解。

　　四．風機空氣動力試驗
　　作為風機設計和研究的重要環節，除在風洞中進行試驗外， 還可以在風電場中進行試驗。
　　4.1風洞試驗
　　1． 風洞試驗要求
　　1） 流場模擬
　　2） 模型模擬
　　風機模型風洞試驗時，風力機風輪模型要求滿足下列相似準則。
　　1.幾何相似
　　2.運動相似
　　 3.動力相似
　　2．風洞試驗項目
　　①風機風輪性能試驗
　　目的是測量風輪功率系數、風輪軸向力（推力）系數和風輪轉矩系數隨風輪葉尖速比的變化曲線。在不同風速和不同偏航角下測出風輪轉矩M、風輪軸向力（推力）T和風輪轉速n后，就能得到風力機風輪的功率特性、軸向力特性和轉矩特性。風輪轉矩M和風輪軸向力（推力）T可以用測力傳感器或應變天平進行測量，風輪轉速n可以用測速儀或測速傳感器進行測量。
風洞試驗時， 為了得到準確的結果，要對風洞試驗數據進行洞壁干擾修正，主要是阻塞效應的修正。可以采用壁壓信息矩陣法。
　　② 風機風輪載荷試驗
　　目的主要是測量葉片根部處揮舞方向和擺振方向的彎矩以及作用在風輪上的空氣動力和力矩。葉片根部彎矩可以用一臺位于葉片和輪轂之間的二分量應變天平進行測量；葉片根部彎矩隨葉片方位角變化， 還要用角度傳感器同步測量葉片的方位角。風輪上的空氣動力和力矩可以用一臺位于風輪模型底座和塔架之間的六分量應變天平進行測量。