风力发电机叶片空气动力学要点分析介绍

　　迈卓斯（Metris）激光雷达（Laser Radar）测量系统成功为一家世界领先的风力发电机制造商制造的37m叶片原型进行详细的全自动扫描。迈卓斯Focus Inspection软件分析点云数据，然后以不同点云的对比方法为叶片原型与CAD进行比较。

　　叶片的全局和局部几何差异是推动风能叶片空气动力学发展的重要工程资料。

　　风能比其他再生能源更有优势

　　欧洲已经订立了野心勃勃的目标，积极推动清洁及再生能源的发展。在未来25年，风能可以满足大概25%的欧洲能源的需求。目前，风力发电机的高度为70-150m，而叶轮的直径则超过100m，足以覆盖8，000-10，000 sq. m.的吹气面积。风力发电机将风力输送到叶轮机械扭矩，然后转化为1.5-4兆瓦的电力。

　　借产生能率的叶片空气动力学动力必需优化来收集最高能量的同时，让叶片部件疲劳的不良空气动力学负载发生也必需要减轻以延长机械的寿命。迈卓斯欧洲地区业务发展总监Francky Demeester先生表示“为了达到重量轻及强度高的目标，风能叶片都是由强化塑料制造的。由于叶片的尺寸极大，加上强化塑料逐渐产生轻微的收缩，这对于保持叶片形状在公差范围是一大挑战。迈卓斯激光雷达协助工程人员开发风能叶片原型，主要是通过检查叶片表面及汇报原型的几何结构与CAD在哪个地方有差别，差别有多大。

　　几何机构检查优化空气动力学

　　最近，一家世界领先的风能发电机制造商制造的37m叶片原型就是利用迈卓斯激光雷达作检测。在运作过程中，激光雷达系统发射一线性红外线激光束，并计算激光束反射的时间。准确的光纤技术及光束角度验证允许测量方案精确地找到检测点的三维座标。

　　叶片被横放在地面上，而其后缘则向上。为了保持叶片的位置，其叶轮连结处被固定住及在中间的地方有支撑。由于叶片原型的制造是由现存的叶片开始，只有叶片外围的15.5m是需要详细的几何结构验证。Demeester先生解释迈卓斯激光雷达及Spatial Analyzer软件在叶片自由曲面的凹处及凸处沿一预先确定的平行线进行个别点测量。测量分辨率朝着叶片尖端而逐渐增加行间的测量分辨率（叶展）由10-5mm，而内部线的测量分辨率（叶弦）为10-1mm。上一代的叶片是利用500mm测量分辨率从这两个方向去进行测量。

　　进行最合适的原型与CAD对比

　　叶片被分成6个区域，由激光雷达的景深控制。Demeester先生解释这6个区域由放在4个不同位置的激光雷达在15个小时里面进行自动检测。“这样就得到一个大概由五百万个测量点组成的点云。利用迈卓斯Focus Inspection软件，将低密度测量数据与叶片CAD数据进行对比，就会得到全局最佳配合。取得的转换距阵被应用于高密度点云，因而造成一个网格。叶片正压面和负压面的图表报告显示几何结构偏差朝着叶片尖端而增加，而相反的偏差就是后缘的特征。”

　　除了全局最佳配合，工程师们也完成了一个非常全面的局部配合。其与全局最佳配合的差别为利用高密度测量数据与CAD作对比，而不是用低密度测量数据。因此，叶片正压面和负压面的图表提供更详细的叶片几何偏差。为了集中测量某几个特定的区域，Focus Inspection软件可以计算叶片展幅之前缘、中间及后缘500mm范围的最佳配合。为了得到局部截面最佳配合，工程师们把高密度的叶片点云分成33个次级数据集，然后一个一个与CAD作对比。

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