1前言
    能源是人類社會發(fā)展和經(jīng)濟增長的原動力。目前以化石燃料為主的能源結(jié)構(gòu)，不僅資源難以支撐，而且對環(huán)境帶來嚴重問題，特別是溫室氣體排放造成全球氣候變化將帶來一系列生態(tài)和環(huán)境問題。解決這一難題的出路在于開發(fā)清潔的可再生能源。目前在可再生能源中，除水電以外，風電最具有商業(yè)開發(fā)條件。風能作為環(huán)境友好型的可再生能源，它的開發(fā)和利用不僅可以緩解世界能源危機，而且還具有常規(guī)化石能源不可比擬的優(yōu)勢，如可持續(xù)開發(fā)，不存在資源枯竭問題，不排放二氧化碳等溫室氣體和其他有害物質(zhì)等。地球上風能資源非常豐富，據(jù)有關(guān)調(diào)查結(jié)果顯示，全球的風能儲量約為2.74×10⁹MW，其中可經(jīng)濟開發(fā)利用的風能為2×10⁷MW，比可開發(fā)利用的水電總量還要大10倍。隨著常規(guī)化石能源的枯竭和生態(tài)環(huán)境的惡化，以風電為代表的可再生能源的開發(fā)和利用受到各國政府的重視，經(jīng)過最近二十多年的發(fā)展，尤其是近幾年，風電產(chǎn)業(yè)日益成為一個迅速增長的新興產(chǎn)業(yè)。在過去十年中，全球風能產(chǎn)業(yè)以每年30%左右的速度快速增長，且這種趨勢還會持續(xù)下去。截止2006年底，全球風電總裝機容量已超過74GW。
    全球風電產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展帶動了風電機組及其上游產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展，其中葉片是風電機組的關(guān)鍵部件之一，其性能好壞直接影響風電機組的風能利用效率和機組所受載荷，在很大程度上決定了機組的整體性能和風電開發(fā)利用的經(jīng)濟性。同時，葉片也是風機的核心部件，其成本約為風電機組總成本的20%^[1]。因此，世界各大主要風機制造商都非常重視葉片的設計和生產(chǎn)，并盡可能保持獨立的設計和生產(chǎn)能力。
2風輪葉片設計
    風輪葉片的優(yōu)化設計要滿足一定的設計目標，其中有些甚至是相互矛盾的^[1,2]：年輸出功率最大化；最大功率限制輸出；振動最小化和避免出現(xiàn)共振；材料消耗最小化；保證葉片結(jié)構(gòu)局部和整體穩(wěn)定性；葉片結(jié)構(gòu)滿足適當?shù)膹姸纫蠛蛣偠纫蟆?br />     葉片設計可分為氣動設計和結(jié)構(gòu)設計這兩個大的階段，其中氣動設計要求滿足前兩條目標，結(jié)構(gòu)設計要求滿足后四條目標。通常這兩個階段不是獨立進行的，而是一個迭代的過程，葉片厚度必須足夠以保證能夠容納腹板，提高葉片剛度。
2.1外形設計
    葉片氣動設計主要是外形優(yōu)化設計，這是葉片設計中至關(guān)重要的一步。外形優(yōu)化設計中葉片翼型設計的優(yōu)劣直接決定風機的發(fā)電效率，在風機運轉(zhuǎn)條件下，流動的雷諾數(shù)比較低，葉片通常在低速、高升力系數(shù)狀態(tài)下運行，葉片之間流動干擾造成流動非常復雜。針對葉片外形的復雜流動狀態(tài)以及葉片由葉型在不同方位的分布構(gòu)成，葉片葉型的設計變得非常重要。目前葉片葉型的設計技術(shù)通常采用航空上先進的飛機機翼翼型設計方法設計葉片葉型的形狀。先進的CFD技術(shù)已廣泛應用于不同類型氣動外形的設計，對于低雷諾數(shù)、高升力系數(shù)狀態(tài)下風機運行條件，采用考慮粘性的N-S控制方程分析葉片葉型的流場是非常必要的。