风力机叶片气动控制技术浅析

　　图2-5 VG在叶片上的应用原理（来自Smart Blade网站）

　　2.4 扰流器

　　根据经典的动量叶素理论，最优的叶片外形设计要求叶根部有很大的弦长以捕获风能。然而在工业实际中，受结构方面的制约，大部分厂家（Enercon公司除外）叶片的最大弦长均被大大削减，这必然将损失一定的风能捕获能力。因此，叶根扰流器逐渐被广泛用于叶片上以弥补叶根部的风能捕获。

　　扰流器最早应用于航空领域，在飞机的吸力面安装扰流器，当其打开工作时，升力减小，阻力增加，常见于飞机降落过程中。在叶片中的应用刚好相反，扰流器被安装于叶根部压力面后缘，起到增加翼型中弧线的效果，从而增加了升力系数，增加了对风能的捕捉。图2-6为扰流器用于不同场合对气动性能的改变。目前在写西门子，LM等公司的叶片产品中均可见到叶根扰流器的使用，图2-7展示了常见的几种扰流器。

　　图2-6扰流器不同安装位置对气动性能影响(来自：C. D. Harley，2010)

　　图2-7 三种叶片上应用的扰流器

　　2.5 翼刀

　　在航空领域中，后掠翼飞机机翼上表面弦向压力分布沿展向存在压力差，使得边界层产生流向翼尖的趋势进而在翼尖处增加了边界层厚度以致分离。翼刀的作用是用物理的办法阻断边界层向翼尖的流动，确保飞行的安全。在风力机叶片中，根部区域流速远低于叶尖区域，同样雷诺数远低于叶尖区域。因此流动受粘性力影响更大，边界层内气体受叶片旋转产生的离心力有流向叶尖的趋势，从而造成气流分离向叶尖扩大，导致气动效率降低。于是在叶片中也引入了翼刀的设计，在物理上阻断边界层向叶尖的流动，增加气动效率。Van Dam等人运用CFD方法分析了翼刀对叶片气动性能的影响，图2-8是叶片安装翼刀前后吸力面的流线对比。图2-9是LM公司的一种带有翼刀的叶片。