C?——空气高度密度换算系数，不同海拔高度空气密度的修正系数；
Ct——空气温度密度换算系数，不同温度时空气密度的修正系数；
?total——风力机总效率，风力机的总效率一般取?total?25％～50％；
低速风力机取小值，高速风力机取大值；一般设计时高速风力机取30％～50％。 3.3.2 叶片相关设计参数确定
（1）尖速比?0
风轮的尖速比?0是风轮的叶尖线速度和设计风速之比。尖速比与风轮效率密切相关，在风力机没有超速的条件下，运转于高尖速比状态下的风力机具有较高的风轮效率。尖速比-风能利用系数的影响情况如图3.1所示。从性能曲线可知，不管叶尖速比高或低，风能利用系数都不是最优，只有在某个中间状态，才可达到最佳。若风力发电机在整个运行区域内，都可保持在这个最佳叶尖速比状态，则风能利用效率就是最好的。通常，高速风力机尖速比在6～８之间时，风力机具有较高的风能利用系数。
图3.1 尖速比对风能利用系数的影响
（２） 叶片数B
风轮的叶片数取决于叶片的尖速比?0，风力发电的高速风力机一般取?0＞5 ，性能更为优越的三叶片风力机的应用较为广泛。贝茨理论和涡流理论基于无限叶片数，有限风力机叶片数B对风力机效率存在影响机理做了阐述，其方法应用于风力机时，在正常负载情况下，其风能利用系数与风洞试验结果接近。
（3）翼型
翼型的选取对风力机的效率十分重要，叶片通常由翼型系列组成。较好的翼型应该是在某一攻角范围内升力系数CL 较高，而阻力系数CD较小；它所适应的雷诺数与风力机实际运行情况的雷诺数相近；且具有较高的结构强度和良好的制造工艺性。由于叶片根部各翼型力臂较小，对风力机风轮输出扭矩贡献不大，所以叶根对风力机性能影响较小，主要考虑加工方便和强度问题。在尖部采用薄翼型以满足高升阻比的要求；根部采用相同翼型或较大升力系数翼型的较厚形式，以满足结构强度的需要。翼型数据选取步骤如下：
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(1)选取雷诺数R，选取与风力机实际运行时的雷诺数相近的值；
(2)选取最佳攻角及升阻系数，选取相近雷诺数附近的最大升阻比所对应的角度作为攻角，再由攻角确定升力系数CL和阻力系数CD等特征值。 3.3.3 叶展的葛劳渥（Glauert）设计模型
葛劳渥（Glauert）设计模型是考虑了风轮后涡流流动的叶素理论。其设计模型有两种，一种未引入干扰系数，另一种则引入了干扰系数。
（1）模型一
1r?中间参数计算： ?k1?arctan(?0)??3R3?
r?2k?cosk(?)_1210 ?R? ??1?k22k?1? ?3r?(?0)2R?
?1?k3r (?0)?k4??1?k2R?
（3-6）
弦长C：
C?
（2）模型二
8?(1?k2)1r21?k2k4k4?1BCL （3-7）
安装角θ： ??arccot（3-8） k4?? 风轮半径r处的叶素对风轮轴功率的贡献量为：
（3-9） dP??dM?4??r3?3b(1?a)vdr
风能利用系数CP：
CP?
极值条件为：
?0?10dP?238?02??Rv?03b(1?a)?d?2?0 （3-10）
求最大风能利用系数，即求式（3-13）的条件极值，通过运算可得到上式的
?1?3ab? ?4a?1??b?2?(1?a)(4a?1) ?
（3-11）
这样对应一个λ值就可以利用式（3-11）求得相应的轴向干扰系数a及切向干扰系数b的值。
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通过以上各式可得 弦长C：
28?arsin? C?(1?a)BCLcos?
（3-12）
安装角?：
( ??arctan1?a)???(1?b) （3-13）
3.4 具体2KW型风机叶片设计 3.4.1 确定风轮直径D
本文选择风轮直径计算模型一，即式（3-1）计算风轮直径D：
D?Pn3CP??vn?8?8?20000.45?0.83?1.225?73???5.721m式中，风能利用系数CP?0.45； 发电机的机械效率??0.83；
空气密度??1.225Kg/m3； 设计风速vn?7m/s。
取风轮直径D?5.7m。 3.4.2 确定尖速比
?0
由于通常，高速风力机尖速比在6～８时，风力机具有较高的风能利用系数，因此本文选取尖速比?0?6 3.4.3 确定叶片数B
三叶片风机的运行和输出功率较为平稳，目前风机多采用三叶片，因此本文也将采用三叶片B?3。 3.4.4 确定翼型
本文的翼型选取与翼型基本气动性能计算借助于Profili软件，Profili软件是专业进行翼型设计和分析的空气动力学分析设计软件。该软件翼型库量大，且可根据需要设计新翼型；其气动性分析以专业气动性分析软件XFOIL为基础，可针对不同需要从不同角度对现有翼型进行气动性分析，计算全面且精度高。该软件的应用不仅简化了叶片设计的翼型选取环节，而且提高了翼型外形数据和气动性能数据的精度，进而提高了叶片设计精度。
由于各种翼型具有不同的安装角、升阻比、尖速比和叶片扭曲，因此，各种翼型的捕获风能的能力，抗弯强度，降噪能力等等各不尽同，而复合叶片可以综合几种翼型的优点，获得一种综合性能好的叶片。所以本文采用风力发电机专用
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新翼型S822和S823翼型，将两者进行组合使用。此类翼型具有更大升力系数以及更小的外形阻力，还具有对表面粗糙度不敏感的特性。
S822翼型形状如图3.2所示，其最大弯度16.01％在39.2％翼弦处，最大曲面1.89％在59.6％翼弦处，翼型前缘半径0.6452％，翼型后缘厚度为0。
图3.2 S822翼型形状 图3.3 S823翼型形状
S823翼型形状如图3.3所示，其最大弯度21.14％在24.3％翼弦处，最大曲面2.51％在70.5％翼弦处，翼型前缘半径1.0749％，翼型后缘厚度为0。 （1）雷诺数的选取
由于叶片运行于10米左右的空间环境内，所以由Profili软件计算10米高空空气的雷诺数得Re=500000。 （2）设计攻角及升阻系数 1、S822翼型的攻角及升阻系数
应用Profili软件对S822翼型数据进行分析得到图3.4和图3.5以及表3.1所示的结果：
图3.4 S822升阻系数随攻角的变化情况
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图3.5 S822升阻比及力矩系数随攻角的变化情况
表3.1 S822不同攻角下的各系数值表
S822——Re= 500000
Alfa -8 -7.5 -7 -6.5 -6 -5 -4.5 -4 -3.5 -3 -2 -1.5 -1
Cl -0.5187 -0.4818 -0.4447 -0.4042 -0.3586 -0.2659 -0.2187 -0.1695 -0.1172 -0.0636 0.0429 0.0974 0.1542 Cd 0.0128 0.0123 0.0117 0.0112 0.0107 0.0099 0.0095 0.0092 0.0089 0.0087 0.0086 0.0086 0.0085 8
Cl/Cd -40.5234 -39.1707 -38.0085 -36.0893 -33.514 -26.8586 -23.0211 -18.4239 -13.1685 -7.3103 4.9884 11.3256 18.1412 Cm -0.0863 -0.0835 -0.0807 -0.0786 -0.0772 -0.0747 -0.0735 -0.0727 -0.0723 -0.0721 -0.0716 -0.0715 -0.0718