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［17］
karan 使用人工神经网络（ANN）研究了翼型的反设计方法，测试表明该方法可以准确地预测翼型型
线 ［16］ ；SOBIECZKY 提出可通过控制翼型几何参数来设计现代翼型，并命名为 PARSEC 翼型设计法。
文献［18］通过研究流动空气与风力发电叶片的相互作用分别提出了风力发电叶片迎风面流出角的确
定理论和相应公式及流动空气从风力发电叶片背风面后缘流出角的确定理论和相应公式，文献［19］
还给出风力发电风轮出力的计算公式。对已有翼型设计的研究发现：领域学者非常重视研究风电叶
片翼型，但研究方法基本以翼型优化或对已有翼型变量取值的优化提高风力发电叶片的气动性能为
主；而研究流动空气与风电叶片的相互作用，提出并建立风电叶片翼型线设计理论并进行应用的研
究，在公开资料中尚未看到。为此，我们认真观察了流动空气吹向风电叶片，尤其是与风电叶片前
缘接触瞬时状态的变化及沿风电叶片表面的流动情况，提出并建立了风力发电叶片翼型线设计理论
并进行了相应研究，导出了根据流动空气压差比拟确定的风电叶片翼型线理论公式。

2 流动空气的压差比拟

风将空气吹向风电叶片迎风面，当其触碰到叶片相应处的翼型线时，该空气将沿此翼型线的切
线方向向风电叶片尾缘运动，见图 1 所示。容易理解，此空气是在其前后空气压差的作用下流动的。
因为，流动空气的空气压差难以精确测量，且不同风速流动的空气前后压差也不相同，但总存在某
个常数 C，其流动的空气压差等于或近似等于该流动空气质点的重量△mg（其中，△m 为该空气质点
的质量，g 为重力加速度）与该常数 C 的乘积。忽略空气及空气与风电叶片间的摩擦，则，可将此空
气质点在其前后空气压差作用下沿翼型线的流动看成是在真空条件下，在其重力作用下沿相应翼型
线的运动。此即流动空气的压差比拟。

图 1 流动空气与风电叶片迎风面翼型线作用模型

3 压差比拟条件下的空气运动能量转换

流动空气触碰到风电叶片时，由于叶片的节流效应，将促使空气流动速度加快，亦即，在空气
压差的作用下，空气将由其接触到的风电叶片前缘向后缘快速流动，此过程中，该空气质点前后压
差沿风电叶片翼型线做的功将转化为其动能增加量。

该空气质点位置用矢径r 表示，其极角用θ表示，则该质点的位置极坐标为（r，θ）。根据流动空气
的压差比拟，空气质点运动过程中其前后压差沿风电叶片翼型线所做的功 E 可表示为
s
E = C∆mgr （1）
s
在这里，功 E 转化为了空气质点运动的动能 E，包括沿矢径运动的动能和绕坐标原点转动的动
s
能，则
1
1
E = C∆mv + C∆mr ω 2 （2）
2
2
2 2
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