圖2-12 一種凹凸翼型及標準翼型的CFD分析結(jié)果（來自：Fish，2006）

　　3 主動控制技術(shù)

　　風機主動氣動控制主要是通過對風速、風向、葉片入流角及葉片（翼型）氣動特性等因素的主控控制，實現(xiàn)控制整機載荷及氣動性能的目的。現(xiàn)代風機中應用最廣泛的主控氣動控制方法是主動偏航和變槳，他們通過對外置傳感器或內(nèi)部運行參數(shù)的分析調(diào)整偏航和變槳角度從而控制流經(jīng)風機的風速、風向和入流角。本文主要介紹葉片（翼型）氣動特性的主動控制技術(shù)，目前國內(nèi)外機構(gòu)研究的這方面技術(shù)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。

　　3.1 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。NREL、SANDIA、Vestas和DTU等國外研究機構(gòu)對襟翼在葉片中的應用進行了深入的研究。Vestas與DTU一起在其V27機組13m長的葉片上安裝了0.7m長的后緣襟翼，通過在試驗風場的運行測試，可降低葉根部揮舞彎矩14%。圖3-1為SANDIA實驗室研究的一種帶后緣襟翼控制葉片的試驗機組。然而這種傳統(tǒng)的襟翼機構(gòu)存在一些制約其應該到風機葉片的因素，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)，另外復雜的結(jié)構(gòu)也給制造和維護帶來不便。

　　Dan Gurney在1960年代提出了一種簡易Gurney襟翼，它是由高度為弦長1%-2%的平板垂直于弦線安裝在翼型壓力面后緣附近，在合適的尺寸和安裝位置下能達到傳統(tǒng)復雜機構(gòu)的襟翼一樣的增升效果。Van Dam基于這種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。Van Dam等人通過CFD計算和風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了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，因此有實際應用在葉片上的可能，圖3-2為這種后緣小板結(jié)構(gòu)的示意圖。

　　Risoe研究了一種可變形后緣的翼型，它的后緣處有一種壓電材料制作的小平板與主體相連，變形響應及時且不受葉片展向長度的限制。通過對VestasV66機組數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)在33m的葉片上使用7m長的該種后緣結(jié)構(gòu)，可以在10%湍流強度下減小揮舞彎矩60%。DUWIND也對安裝了這種可變形后緣平板的縮比葉片模型進行了風洞測試，發(fā)現(xiàn)可降低葉根應變60-95%。圖3-3是展示了美國FlexSys公司開發(fā)了另一種后緣部分可整體連續(xù)變形的自適應柔性翼型，他的后緣變形范圍可達±10°，目前已經(jīng)應用到了高科技飛機中，具體的設(shè)計細節(jié)尚未公開。

　　圖3-1一種帶后緣襟翼的葉片

　　圖3-2 Van Dam研究的一種主動氣流控制的后緣小板結(jié)構(gòu)

　　圖3-3 Flexsys公司研究的一種后緣連續(xù)變形翼型

　　3.2 表面吹/吸氣流

　　翼型表面吹/吸氣流技術(shù)是指通過對翼型邊界層中吹入高速氣流或吸走低速氣流的方式重新為邊界層附能，從而延遲流動分離的技術(shù)。盡管該技術(shù)在航空領(lǐng)域已有成熟應用，但在風機葉片上的應用受到很多制約。其中之一是這種傳統(tǒng)的吹起或吸氣機構(gòu)很難在葉片內(nèi)部安裝，另一方面吹氣或吸氣系統(tǒng)的工作易受到風機運行環(huán)境如沙塵、冰凍的影響。

　　在傳統(tǒng)的邊界層吹/吸氣流技術(shù)基礎(chǔ)上，研究人員相繼提出了等離子體激勵器、環(huán)量控制翼型、合成射流等邊界層流動控制技術(shù)。這一類技術(shù)的目標均是改變邊界層速度型從而延遲失速，圖3-4為一種等離子體激勵技術(shù)對不同風速下邊界層速度型的影響。

　　圖3-4 等離子體激勵技術(shù)對不同風速下邊界層速度型的影響（來自：Moreau，2007）

　　4 結(jié)語

　　通過對風機葉片的氣動控制技術(shù)，可以實現(xiàn)增加風機發(fā)電效率，降低陣風等惡劣工況下對葉片的動態(tài)載荷，增加葉片生命周期。葉片的氣動控制技術(shù)分為被動控制和主動控制兩類，目前已經(jīng)有很多的被動控制技術(shù)在實際葉片中得到了應用并證明了它們對葉片氣動特性的有效控制，比如彎扭耦合設(shè)計的葉片、渦流發(fā)生器、擾流器、翼刀、葉尖小翼和鋸齒后緣等的應用。越來越多國內(nèi)外學者開始研究了很多主動控制技術(shù)，這些技術(shù)比被動控制技術(shù)對流動的控制更直接有效也更加靈活，然而受制于成本、安裝及維護等方面的限制，尚未能得到應廣泛用，這將是今后的重點發(fā)展方向。