叶片是风力机最重要的部件之一,设计良好的叶片是风力机获得较高风能利用系数和较大经济效益的基础。本文应用Wilson理论设计了100W水平轴风力机叶片,加工后分析了该风轮的气动性能和振动性能。经过实验发现所设计的风力机在低风速时基本能够达到设计的风能利用系数。并使得风力机在运行时其转速避开共振区,延长了风轮寿命,从而降低了设计成本。在设计计算时,发现叶片的弦长呈非线性变化关系,这是由于没有考虑各个设计截面之间的约束,所以设计的叶片扭曲严重;难以加工,需要人为修正,而修正一定带来性能误差。在不太影响叶片性能的前提下使得叶片的弦长的变化趋势呈线性。同时根据公式f = ( 2π)? 1K0.5×m?0.5可知,叶片的固有频率比较低,在叶片的工作转速范围内,容易引起共振。所以要对叶片的质量进行分布。在设计时有以下两点改进:1.由于一阶挥舞振动是引起叶根断裂的主要原因,而对于小型风轮的质量大部分都集中在叶根部分,又减少质量能够提高叶轮的固有频率,所以本次设计将风轮的根部设计成圆盘形,这样风轮在适当减少根部质量的前提下也能够达到刚度的要求,从而有利于气动特性和振动特性。2.尽量在国标允许设计范围内将叶片的尺寸减小,这样能够提高叶片的振动性能,但其气动特性将有所减小。将修正后的设计结果经加工后,进行气动性能和振动性能实验。本文采用实验模态分析方法对单叶片和三叶片风轮进行模态分析。结果表明:单叶片以挥舞振动为主,扭振不太明显;三叶片风轮具有一阶对称(反对称)、二阶对称(反对称)振型,而且反对称比较低。同时还发现单个叶片模态振型和三叶片风轮振型不同,而且固有频率相差较大,所以不能用单个叶片代替整个风轮的结构动态特性。然后再在风洞上测试叶片的气动性能。经过测试其性能非常接近理论设计结果。这表明设计的叶片基本上合理。