以小型水平轴风力机为研究对象,基于三维数字散斑相关法(3D-DSCM,3D digital speckle correlation method)对风力机叶片进行了切应变测量.试验主要解决了风力机叶片在高速旋转和高频振动下叶片表面微小形变产生应变难以测量的问题;试验采用高帧率数字散斑法,利用帧率为340帧的相机连续采集叶片运动照片,能得到0.0029 s内叶片位移变化情况,通过位移变化可计算出其应变.测量可靠性高结果表明叶片结构应变集中区域为距离叶根半径0.7 R处,其应变值超过其他位置9.5%~19.3%;随着离心力载荷、气动力载荷增大,叶片应变都增大,而离心力载荷是引起叶片应变增大的主要因素;叶轮发生共振时,共振策动效应使叶片产生交变应变,其交变循环规律恶化、应变幅值成倍增加;另外,共振策动力在叶根部位产生振源效应,引起叶片应变沿弦展方向逐渐增大.

为降低风力机的气动噪声,提出一种用于小型风力机的双叉式叶尖结构改型设计方案,在风洞实验室开展了风力机外特性测试与气动噪声试验。试验结果表明双叉式叶尖结构在3~9 m/s的低风速段和中风速段能提高风力机的输出功率;双叉式叶尖结构可降低风力机风轮旋转基频所对应的最大声压级与叶尖涡脱落频率所对应的声压级。由此可知双叉式叶尖结构能有效降低风力机的气动噪声,其中叶尖夹角为90°的双叉式叶尖结构降噪性能最优。