维尔森方法：叶片气动外形设计中的关键技术

维尔森（Wilson）方法在葛劳渥方法基础上作出了改进，研究了叶尖损失和升阻比对叶片最佳性能的影响，并考虑了风轮在一些非设计工况下的性能，也是目前常用的叶片气动外形设计方法之一。

1.基本关系

与简化叶素-动量定理设计法和葛劳渥方法相同，忽略阻力，即认为ε=0，同时，考虑了叶尖部损失的影响，将式（6-35）改写为式（6-50）的形式：

式中 F_t——叶尖损失系数，由下式计算：

轴向诱导因子的关系：

由上几式可得到能量方程：

a(1-aF_t)=a′(1+a′)λ²_r （6-53）

2.局部最佳分析

考虑叶尖部分损失时，局部风能利用系数可由下式确定：

为获得最大的风能利用系数C_P，应使各叶素的dC_P值达到最大。在满足能量方程式（6-53）的条件下，用迭代法计算出诱导因子a和a′和相应的叶尖损失系数F_t代入式（6-50），可得

由上式给出的关系，可得到各叶素剖面的NcC_l/r和入流角φ的优化设计值，并可进一步求得各剖面的弦长c和桨距角β。(www.xing528.com)

设计的具体步骤与葛劳渥方法类似。下面进一步介绍考虑到轮毂影响的设计方法。轮毂对风轮设计参数的影响可以用轮毂损失系数来表示，且有其中

式中 F_h——轮毂损失系数；

φ——叶素倾角，单位为（°）；

r_hub——轮毂半径，单位为m。

考虑叶尖损失和轮毂损失的影响后，可以得到总的损失系数F

F=F_t×F_h （6-57）

式中F_t——叶尖损失系数。

把Wilson设计法中的叶尖损失系数F_t换成这里用叶尖损失系数和轮毂损失乘积得到的损失系数F，其他算法同Wilson设计法一样就可以得到动量-叶素理论设计法的结果。

动量-叶素理论设计法也属于Wilson设计法的改进，在考虑诱导因子的计算时又考虑了叶尖损失系数和轮毂损失系数的影响。相对于Wilson设计法主要加入了轮毂损失系数。对于轮毂半径较小的风轮来讲，两者设计结果几乎相同；但是如果轮毂半径较大，也就是说对于大功率的风力机叶片来讲，设计结果是不同的。

叶片气动设计除上述方法以外，还有等升力系数法、等弦长法等，由于大型风力机设计应用不多，故不赘述。