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风力机叶片的设计是涉及空气动力工程学、机械结构工程设计、工艺结构设计、计算机工程制图等多种学科综合性的系统工程。当前在风能发电的领域，研究的难点重点主要集中在风力发电机组的工业大型化、风力机叶片气动外形的设计、风力机结构动力计算设计、风力发电机组的控制策略和各方面技术的优化等，然而叶片气动外形设计是叶片设计的关键。风轮是风力发电机吸收风能的关键部位，它直接决定风力发电机的重要性能指标---风能利用系数。而风力推动风轮转动的关键是叶片外形形状，叶片的形状及其气动性能的好坏将直接影响到风力发电机转换风能的效率。所以，在风力发电技术迅速进步的今天，叶片的设计技术也随之有了很迅猛的提高，目前的风力技术已经综合利用了空气动力工程学、新材料、数值模拟、计算机计算等各方面的工程技术。本部分主要从风力机叶片翼型选择、设计的方法和步骤、外形尺寸的计算等物理参数设计、叶片材料的选择和计算机三文立体建模这五个方面的分别来介绍风力发电机叶片设计发展的研究现状。 在叶片设计的过程中，我们设计所选择的翼型是否恰当将直接影响风轮的性能好坏，从而影响风轮风能转换的效率高低。就一般而言，低速风力机的风轮大多采用薄而略凹的翼型；现代高速风力机风轮大多采用流线型的叶片，它的翼型通常从NACA系列中选取，这些翼型具有的特点是阻力小，空气动力效率高，而且雷诺数也足够大。早期的水平轴风机叶片普遍采用航空的翼型，例如NACA44XX和NACA230XX，因为它们具有最大升力系数高、桨距动量低和最小阻力系数低等特点。但是随着风机叶片设计技术的不断进步，人们逐渐意识到传统的航空翼型并不适合用来设计高性能的风力机叶片。因此，从20世纪80年代起，欧美风电发达国家的设计者开始了风力机专用翼型的设计和研究，目前主要形成了美国的NREL S系列、丹麦的RISΦ系列、瑞典的FFA-W系列和荷兰的DU系列翼型等。美国可再生能源实验室（NREL）从1984年到2002年针对失速型、变桨距和变速不同形式风机叶片的要求，设计了约35种S系列翼型。这些翼型具有较大的升阻比且对叶片表面的粗糙度不敏感，很好的满足叶片在叶根、叶中和叶尖等位置对翼型的不同要求。设计出的对应叶片长度范围从几米到几十米，功率范围从几千瓦到兆瓦级。该翼型系列运用Eppler方法进行理论研究和设计，经过了详细的风洞实验和装机测试等。据估计，相比NACA翼型采用NRELS翼型可使风力机年能源利用率有很大的改善：失速调节风力机提高23%～35%，变桨距风力机提高8%～20%，变转速风力机提高8%～10%，采用这些先进翼型极大增强了美国风力机制造商在全球市场上的竞争力。丹麦RISΦ国家实验室从1996年开始研制风力机专用的RISΦ系列翼型，至今已发展了RISΦ-A1、RISΦ-P和RISΦ-B1三个系列，主要设计方法是利用了CFD技术和数值优化理论，并在VELUX风洞中开展了实验验证。由于缺乏风力机专用新翼型的几何参数和气动性能参数，直接限制了我国大型风力机气动设计水平的提高。由于国外的翼型成为商业机密等种种原因不易得到相关的翼型设计数据，国内叶片厂商只能对其产品进行测绘和仿制来达到目的。 30108
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关于风力机叶片设计，根据不同的设计理论及其修正理论有许多设计计算方法。目前主要设计理论有:简化设计理论、Schmitz理论、Glauert理论和Wilson理论。其中简化设计理论是基于圆盘理论，原理及模型最为简单，但因忽略和简化的条件过多，故设计精度相对较差，一般在设计小型风力机时采用简化设计；Schmitz理论、Glauert模型和Wilson模型基于涡流理论，设计精度相对较高，适用于设计大型风力机；目前设计风力机叶片多采用基于涡流理论的设计模型。 论文网