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

　　3 主動控制技術

　　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，實現控制整機載荷及氣動性能的目的。現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部運行參數的分析調整偏航和變槳角度從而控制流經風機的風速、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，目前國內外機構研究的這方面技術有很多，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。然而這種傳統的襟翼機構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很難與其協調，另外復雜的結構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復雜機構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構，這種小板分別安裝于翼型上下翼面，可以根據不同工況需要調節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。這種小板結構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為這種后緣小板結構的示意圖。

　　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機組數值模擬，發現在33m的葉片上使用7m長的該種后緣結構，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，發現可降低葉根應變60-95%。圖3-3是展示了美國FlexSys公司開發了另一種后緣部分可整體連續變形的自適應柔性翼型，他的后緣變形范圍可達±10°，目前已經應用到了高科技飛機中，具體的設計細節尚未公開。

　　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構

　　圖3-3 Flexsys公司研究的一種后緣連續變形翼型

　　3.2 表面吹/吸氣流

　　翼型表面吹/吸氣流技術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。盡管該技術在航空領域已有成熟應用，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的吹起或吸氣機構很難在葉片內部安裝，另一方面吹氣或吸氣系統的工作易受到風機運行環境如沙塵、冰凍的影響。

　　在傳統的邊界層吹/吸氣流技術基礎上，研究人員相繼提出了等離子體激勵器、環量控制翼型、合成射流等邊界層流動控制技術。這一類技術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 等離子體激勵技術對不同風速下邊界層速度型的影響（來自：Moreau，2007）

　　4 結語

　　通過對風機葉片的氣動控制技術，可以實現增加風機發電效率，降低陣風等惡劣工況下對葉片的動態載荷，增加葉片生命周期。葉片的氣動控制技術分為被動控制和主動控制兩類，目前已經有很多的被動控制技術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，比如彎扭耦合設計的葉片、渦流發生器、擾流器、翼刀、葉尖小翼和鋸齒后緣等的應用。越來越多國內外學者開始研究了很多主動控制技術，這些技術比被動控制技術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展方向。