六、鋸齒后緣

　　隨著風(fēng)電機組安裝越來越靠近居住區(qū)，風(fēng)電機組噪聲問題越來越受到重視。Oerlemans 和Mendez-Lopez 對Gamesa 公司的G58 機組進行了運行噪聲的測量，分析得出：

　?。?）風(fēng)電機組的主要噪聲來自于葉尖70% －95% 區(qū)域（葉尖噪聲已通過優(yōu)化的葉尖外形和反向扭角得到控制）；（2）葉片的噪聲主要來自后緣噪聲。

　　根據(jù)飛機引擎降噪的經(jīng)驗，Howe 于1991 年提出了鋸齒后緣降低葉片后緣噪聲的傳播理論。后緣鋸齒會使流動在后緣處形成一列反向旋轉(zhuǎn)的渦對，改變了尾渦結(jié)構(gòu)，減弱了下游尾跡區(qū)的展向相關(guān)性，減小了噪聲的遠場輻射。隨后大量的理論研究及實際應(yīng)用表明該技術(shù)可以顯著降低葉片的氣動噪聲。目前鋸齒后緣設(shè)計已普遍應(yīng)用于風(fēng)電機組葉片中，圖7 為其在西門子葉片上的應(yīng)用實例。

　　

　　七、葉尖小翼

　　葉片旋轉(zhuǎn)運動時，由于壓力差導(dǎo)致壓力面氣流繞過葉尖端面流入吸力面，既破壞了葉尖二維流動情況，同時會產(chǎn)生葉尖渦，這是造成葉尖噪聲、葉片效率減小、疲勞載荷增加的主要原因之一。借鑒飛機機翼解決翼尖渦的經(jīng)驗，一種類似翼梢的葉尖小翼被應(yīng)用到風(fēng)電機組葉片中。加裝小翼，可以重整通過葉尖流場的氣流，有效地降低葉尖處誘導(dǎo)阻力，減少葉尖能量損失，從而提高原有風(fēng)電機組的功率輸出。這種葉尖小翼設(shè)計與大弦長葉根一樣幾乎成為Enercon 公司風(fēng)電機組葉片的標(biāo)志（如圖8 所示），然而也有越來越多的其他風(fēng)電機組制造商開始采用這種技術(shù)。

　　

　　主動控制技術(shù)

　　主動控制技術(shù)是指通過對風(fēng)速、風(fēng)向、葉片入流角及葉片表面氣流等因素的主動控制，實現(xiàn)控制風(fēng)電機組載荷及氣動性能的目的?，F(xiàn)代風(fēng)電機組中應(yīng)用最廣泛的主動控制方法是主動偏航和變槳。本文主要介紹對葉片表面流動的主動控制技術(shù)，目前這方面技術(shù)的研究有很多，大體可分為通過改變剖面形狀和通過表面吹/ 吸氣的方式進行氣動特性的控制。

　　一、改變剖面形狀

　　在飛機機翼中，通過后緣襟翼的收放來增大或減小翼型中弧線弧度，可以影響翼型的升力曲線。很多國外研究機構(gòu)或企業(yè)對襟翼在葉片中的應(yīng)用進行了深入研究，Vestas 公司與丹麥科技大學(xué)一起在其V27 機組的葉片上安裝了0.7m 長的后緣襟翼，通過在試驗風(fēng)場的運行測試表明可降低葉根部揮舞彎矩14% 。然而這種傳統(tǒng)的襟翼機構(gòu)存在一些制約其應(yīng)該到風(fēng)電機組葉片的因素，其中最主要的一點是葉片在運行過程中揮舞方向的變形很大，而連接襟翼與葉片主體的鉸鏈系統(tǒng)很難與其協(xié)調(diào)，另外復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也給制造和維護帶來不便。圖9 為一種帶后緣襟翼控制葉片的機組。

　　

　　Van Dam 基于Gurney 襟翼研究了一種可主動平移的后緣小板結(jié)構(gòu)，這種小板分別安裝于翼型上下翼面，可以根據(jù)不同工況需要調(diào)節(jié)小板的平移量影響翼型氣動特性。通過CFD 計算和風(fēng)洞試驗的方法對這套系統(tǒng)進行了深入的研究，并用氣彈分析工具分析它能顯著降低葉片疲勞載荷。這種小板結(jié)構(gòu)簡單且在葉片展向分散安裝，因此有實際應(yīng)用在葉片上的可能，圖10 為這種后緣小板結(jié)構(gòu)的示意圖。