Аэродинамика лопасти

Треугольник ветра на профиле. 

Максимально достижимая подъемная сила лопасти, а следственно, оптимальная мощность ветроэнергетической установки зависит от скорости обтекания с воздухом  лопасти, или точнее, профиля лопасти. Эту скорость обтекания  не нужно путать со скоростью ветра v1. Она возникает как взаимодействие  векторов скорости ветра в плоскости лопасти (которая составляет около 2/3 невозмущенной скорости ветра v1) (см теорию Беца) и окружной скорости, возникающей вследствие собственного вращения лопасти.

Кольцевые сечения плоскости ветрового колеса.

  Окружная скорость линейно пропорциональна расстоянию от ступицы, таким образом,  скорость обтекания лопасти также изменяется линейно изнутри наружу. Чтобы соответствовать различным скоростям обтекания для каждого сечения лопасти существует свой оптимальный профиль.

Аэродинамическое качество профиля играет очень большую роль на концах лопастей. Во внутренней части лопасти скорость обтекания  значительно меньше. Здесь  нужен более толстый профиль, который требуется здесь также по условиям прочности, так основание лопасти несет наибольшую нагрузку. Исходя из этого, профиль к концу лопасти всегда утончается.

Коэффициент скорости.

Одним из важнейших параметров для расчета лопасти является коэффициент скорости. Это соотношение линейной скорости к невозмущенной скорости ветра.

Так как скорость обтекания также увеличивается с ростом коэффициента скорости, профили для быстроходных ветрогенераторов и для тихоходных различны. В американской мельнице для перекачки воды, медленном ветровом колесе с коэффициентом скорости равным единице, применялись в качестве лопастей согнутые пластины. Для ветрогенераторов, которые имеют большой коэффициент скорости (от 5 до 9) необходимы более точные профили.

Рисунок показывает типичное распределение различных геометрий профилей вдоль длины лопасти.

Определение скручивания лопасти.

 По мере удаления от оси изменяется не только значение, но и направление обтекания, а с ним и подъемная сила, которая всегда перпендикулярна к направлению обтекания. Чтобы в каждой точке вдоль лопасти, на каждом сечении был реализован один и тот же угол обтекания (угол между обтеканием и хордой), лопасть должна быть скрученной вокруг своей оси.

 Аэродинамические потери лопасти возникают из-за трения о поверхности, как так называемые потери профиля, а также из-за уравновешивания давлений на концах лопасти, потери на турбулентность. Из-за того, что в обтекающих воздушных столбах индуцируется  вращение, возникают дополнительные аэродинамические потери.

При том, что теоретически максимальный коэффициент использования воздушного потока составляет 59 процентов (см. теорию Беца), реальные ветрогенераторы достигают значения около 50%.

• Превращение энергии
• Бец и отбор мощности 
• Ветроустановки с вертикальной осью
• Ветроустановки с горизонтальной осью.
• Подъемная сила
• Ориентация" по  ветру