风电叶片气动设计
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瑞典FFA-W系列翼型、美国的NACA系列翼型
NACA四位数字翼型，以NACA 2412为例 第一位数字2—— f 2% 相对弯度
第二位数字4—— x f 40%
最后两位数字12—— c 12 % 相对厚度 所有NACA四位数字翼型的 xc 30%
翼型参数含义
NACA六位数字翼型，以NACA 643-618为例
伯努利方程
Cp
p p q
压强系数
翼型气动力
0° 和 5°
15° 和 20°
翼型气动力
攻角(迎角，英文简称AOA) 升力
力矩（抬头为正，低头为负） 阻力
翼型气动系数
L L 1 q S v 2 b 1 2
升力系数
CL
阻力系数
力矩系数
D D CD 1 q S v 2 b 1 2 M M Mz 1 q Sl v 2 b 2 1 2
Betz 设计
叶片弦长和叶片数量的关系
Betz 设计
叶片和叶尖速比的关系
高叶尖速比，叶片弦长小， 扭角小； 低叶尖速比，叶片弦长大， 扭角大。
叶片各切面布置
Betz 理论
Betz理论中未考虑的损失
翼型损失
叶尖损失
旋转损失
Betz 理论-翼型损失
Betz 理论-翼型损失
Betz 理论-叶尖损失
翼型气动系数
翼型气动系数
翼型的升力系数与阻力系数之比，称为翼型 的升阻比，用K表示:
K
Cy Cx
叶片各切面示意图
叶片各切面示意图
叶片各切面示意图
叶片设计一般流程
1. 确定叶片厚度分布 设计目标：
2. 确定叶片个切面扭角 最大风能利用系数/最大
3. 优化叶片弦长 4. 布置叶片变距轴线 5. 设置叶尖和叶根 发电量 合理可接受的载荷 较低的噪声
Betz 理论-叶尖损失
Betz 理论-叶尖损失
Betz 理论-旋转损失
Betz 理论-旋转损失
schmitz 理论
Schmitz 弦长设计
Schmitz 扭角设计
schmitz 理论
7 6 5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50 60
BEM 叶素理论
叶素理论 算法 1. 诱导因子a和a’的初始化 （a=a’=0） 2. 入流角计算 3. 攻角计算 4. 计算升力和阻力系数 5. 轴向和周向系数的计算 6. 计算诱导因子a和a’ 7. 计算诱导因子和上次的 差值，当差值大于要求 时，重复2到6的计算 8. 计算所选取的微单元的 载荷
叶片各切面翼型选择
叶尖：高的升阻比（Cl/Cd）,薄翼型
叶根：高升力系数（Cl），由于结构原因要求大厚度
叶片中段：协调翼型厚度和升阻比
Betz 设计
叶尖速比
Betz 扭角设计
Betz 设计
Betz 弦长设计
Betz 设计
14 12 10 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60
气动知识简介
风功率
风功率密度
风功率密度
风机功率
风能利用系数
基础条件
假设条件
风能利用系数
风机叶片切面示意图
旋转平面
叶片弦线
转子轴
翼型几何参数
几何弦长
翼面无量纲坐标
弯度 相对厚度
翼型参数含义
常用的叶片翼型包括荷兰Deft的DU系列翼型、美国
NREL的S系列翼型、丹麦RISO的A、P、B1系列翼型、
BEM 叶素理论
BEM 叶素理论
第一位数字6—— 指所属的翼型族号
第二位数字4—— 指当翼型弯度为零时，零迎角下最 低压强点 xcp 值的十分数 第三位数字3—— 指 Cy设的增量 Cy设的十分数 第四位数字6—— 指设计升力系数 Cy设 的十分数
第五六位数字18——是指相对厚度
NACA六位数字翼型又称层流翼型
c
的十分数
翼型气动力
NACA四位数字翼型，以NACA 2412为例 第一位数字2—— f 2% 相对弯度
第二位数字4—— x f 40%
最后两位数字12—— c 12 % 相对厚度 所有NACA四位数字翼型的 xc 30%
翼型参数含义
NACA六位数字翼型，以NACA 643-618为例
伯努利方程
Cp
p p q
压强系数
翼型气动力
0° 和 5°
15° 和 20°
翼型气动力
攻角(迎角，英文简称AOA) 升力
力矩（抬头为正，低头为负） 阻力
翼型气动系数
L L 1 q S v 2 b 1 2
升力系数
CL
阻力系数
力矩系数
D D CD 1 q S v 2 b 1 2 M M Mz 1 q Sl v 2 b 2 1 2
Betz 设计
叶片弦长和叶片数量的关系
Betz 设计
叶片和叶尖速比的关系
高叶尖速比，叶片弦长小， 扭角小； 低叶尖速比，叶片弦长大， 扭角大。
叶片各切面布置
Betz 理论
Betz理论中未考虑的损失
翼型损失
叶尖损失
旋转损失
Betz 理论-翼型损失
Betz 理论-翼型损失
Betz 理论-叶尖损失
翼型气动系数
翼型气动系数
翼型的升力系数与阻力系数之比，称为翼型 的升阻比，用K表示:
K
Cy Cx
叶片各切面示意图
叶片各切面示意图
叶片各切面示意图
叶片设计一般流程
1. 确定叶片厚度分布 设计目标：
2. 确定叶片个切面扭角 最大风能利用系数/最大
3. 优化叶片弦长 4. 布置叶片变距轴线 5. 设置叶尖和叶根 发电量 合理可接受的载荷 较低的噪声
Betz 理论-叶尖损失
Betz 理论-叶尖损失
Betz 理论-旋转损失
Betz 理论-旋转损失
schmitz 理论
Schmitz 弦长设计
Schmitz 扭角设计
schmitz 理论
7 6 5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50 60
BEM 叶素理论
叶素理论 算法 1. 诱导因子a和a’的初始化 （a=a’=0） 2. 入流角计算 3. 攻角计算 4. 计算升力和阻力系数 5. 轴向和周向系数的计算 6. 计算诱导因子a和a’ 7. 计算诱导因子和上次的 差值，当差值大于要求 时，重复2到6的计算 8. 计算所选取的微单元的 载荷
叶片各切面翼型选择
叶尖：高的升阻比（Cl/Cd）,薄翼型
叶根：高升力系数（Cl），由于结构原因要求大厚度
叶片中段：协调翼型厚度和升阻比
Betz 设计
叶尖速比
Betz 扭角设计
Betz 设计
Betz 弦长设计
Betz 设计
14 12 10 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60
气动知识简介
风功率
风功率密度
风功率密度
风机功率
风能利用系数
基础条件
假设条件
风能利用系数
风机叶片切面示意图
旋转平面
叶片弦线
转子轴
翼型几何参数
几何弦长
翼面无量纲坐标
弯度 相对厚度
翼型参数含义
常用的叶片翼型包括荷兰Deft的DU系列翼型、美国
NREL的S系列翼型、丹麦RISO的A、P、B1系列翼型、
BEM 叶素理论
BEM 叶素理论
第一位数字6—— 指所属的翼型族号
第二位数字4—— 指当翼型弯度为零时，零迎角下最 低压强点 xcp 值的十分数 第三位数字3—— 指 Cy设的增量 Cy设的十分数 第四位数字6—— 指设计升力系数 Cy设 的十分数
第五六位数字18——是指相对厚度
NACA六位数字翼型又称层流翼型
c
的十分数
翼型气动力