2013年10月17日，北京国际风能暨展览会—风电技术论坛。中材科技风电叶片股份有限公司的的设计部气动室主任张石强主题发言：风电叶片新翼型开发应用。以下是全文：

 

　　张石强：大家早上好！非常荣幸协会给了我们这个机会介绍一下我们这个项目目前的使用情况。我们这个项目是先进风力机翼型族设计与应用（863计划）。

 

　　总体目标：是要通过翼型族的研发和应用，发展具有自主知识产权适用于大型风力机叶片的先进翼型族和叶片应用技术。

 

　　从四个方面汇报：

 

　　1、立项背景

 

　　2、前期研究基础

 

　　3、项目进展

 

　　4、后续计划

 

　　立项背景：目前来说，关于风力机专用翼型开发有几个系列，现在用的最广泛的就是DU翼型，美国NACA63/64系列翼型等。目前国内叶片公司以及设计机构采用进行叶片风力机设计的时候，使用的翼型多半都是国外普遍应用的系列翼型，比如RISO-P和B1的目前或没有公开，美国NREL翼型中也只是个别翼型可以查七动特性数据，大部分是保密的。国际上的知名公司比如A&M公司，他们自己开发的翼型，都是严格保密的。

 

　　这些不公开的翼型中大部分是针对兆瓦级风电机组应用。此外，由于风电机组设计与风资源特性密切相关，国外机组未必都适应中国风资源的条件，从而不能实现最优的发电效率，影响风电叶片寿命。从中国的风资源特性出发，也要求我们开发应用于国内市场的翼型族和风电叶片产品。

 

　　在此背景下，在风能协会、贺总的呼吁下，国家863计划进行了“先进风力机翼型族设计与应用”的立项研究。

 

　　前期基础：

 

　　在五863计划的支持下，国内开展了三族翼型的研究，包括北航的300万翼型族的开发、西工大600万的开发设计，以及中科院的钝尾缘、大厚度的翼型，厚度范围为15%到40%，经过了常规风洞实验测试性能达到国际同类翼型族的水平。

 

　　中材叶片主要承担采用西工大NPU-WA翼型族进行2.0MW级叶片设计、制造和测试。项目最参加单位中科院承担研制采用自主设计的具有大厚度、钝尾缘、低噪音翼型族特征的2-3兆瓦级别的叶片，并通过风场挂机实验检验。

 

 

　　对于NPU翼型大概介绍一下，西工大的NPU-WA翼型，设计的时候主要针对国内的风资源市场考虑因素，增加了更多的情况约束在设计里面。包括

 

　　1、主翼型的设计升力系数为1.2，目前是0.8到1.0之间，采用高升力、低阻力。

 

　　2、主翼型和外侧翼型的设计雷诺数是600万，目前是300万左右。

 

　　3、要求NPU翼型比传统的翼型有更大的升力系数。主要应用于高海拔地区，存在低密度对翼型的要求。

 

　　4、低粗糙度敏感性。翼型要更适用于风资源环境不太好，风场比较严酷的地区。

 

　　5、尾缘厚度也进行了约束。

 

　　（图）这是NPU翼型族几何外形情况，它的外形分布从15%到40%形成了一个翼型族系列，设计过程中同时也考虑了各个翼型族之间的兼容性的特点。

 

　　从理论计算动NPU翼型的分析，图中可以看到，右边这个图是在自由转列和固定转列的情况下，NPU翼型传统的翼型的对比，可以看出，NPU翼型，它的升率特性都比目前采用的翼型要高。

 

　　阻力特性：NPU翼型族和传统的翼型族基本处于同一个级别。升阻力特性，可以看到在光滑和粗糙条件下，NPU翼型都优于现在使用的翼型。

 

　　（图）从这里可以看出NPU翼型理论分析和实际测试数据非常吻合，特别是试速之前理论计算结果和实际测试结果非常一致。

 

　　21厚度翼型风动实验数据对比：列了300万和500万雷诺数的对比，目前西工大翼型风动实验中心只能测到500万，正向600万方向努力靠近。国外的最高也就能到500万左右，可以看到我们的翼型具有优势。25%厚度翼型，和DU对比，这两个性能相当，差别不大。

 

　　40厚度的翼型族，在300万的雷诺数下，NPU的比目前我们所采用的DU40翼型优很多。

 

　　NPU五都比传统的翼型具有更高的升组比和升力系数、更低的阻力系数、具有更优的非设计工况性能，新翼型的气动性能对比传统的翼型表现出明显的提高。

 

　　项目进展：基于前期的研究基础，我们对NPU翼型进行了分析核实，目前将该翼型应用到中材51.5叶片的设计当中。这款叶片设计中从叶根到叶尖运用了整个NPU翼型族，从15%到40%的分布情况，从0米到5米考虑到圆柱段过度，一直到叶尖18到45厘米。我们所设计的叶片是比较细长的，因为我们考虑到它应用于低风速特性的要求，比我们目前目前标准的三类、四类叶片具有更细长的特征。

 

　　这款叶片应用于2兆瓦，NPU翼型设计的叶片，最大分辨系数达到0.492，比目前2兆瓦其他叶片都高。设计的叶片数比达到了9.5。

 

　　针对目前中材现有两款叶片的对比：45.3米和50.2米，比如45米，在7米每秒的时候，它的年发电量会增加13%以上，针对50米的叶片年发电量会增加3.5%。更低风区6米，它的发电量提高会更加明显，达到了17%这样的水平。

 

　　后续计划：

 

　　（1）我们和主机厂合作进一步完成叶片胶合匹配，叶片试制

 

　　（2）完成叶片型式试验机认证

 

　　（3）叶片装机运行测试、风场实测评估。