Аеродинамічний дизайн лопаті - це головним чином дизайн оптимізації форми, що є вирішальним кроком у дизайні леза. Переваги та недоліки конструкції лопатевого профілю з оптимізацією форми безпосередньо визначають ефективність генерування електроенергії вітрогенератора. В умовах роботи вітрогенератора кількість Рейнольдса тече відносно низько. Лопаті зазвичай працюють на низькій швидкості і з високим коефіцієнтом підйому. Перешкоди потоку між лопатями викликають потік. дуже складний. З огляду на складний стан потоку форми лопаті та розподіл профілю лопаті в різних напрямках, дизайн профілю лопаті стає дуже важливим.
В даний час технологія проектування профілю лопатей зазвичай використовує сучасний метод проектування крила літака в авіації для розробки форми профілю лопаті. Передові технології CFD широко використовуються при проектуванні різних типів аеродинамічних форм. Для умов роботи вентилятора за низького числа Рейнольдса та високого коефіцієнта підйому необхідно проаналізувати поле потоку профілю лопаті за допомогою рівняння управління NS з урахуванням в’язкості.
За останні 10 років лопатеві лопаті вітрових турбін з горизонтальною віссю зазвичай вибирають авіаційні профілі серії NACA, такі як NACA44XX, NA-CA23XX, NACA63XX та NASALS (1). Ці профілі дуже чутливі до шорсткості передньої кромки. Після того, як передня кромка стане шорсткою через забруднення, ефективність аеродинамічного профілю значно зменшиться, а річна втрата вихідної потужності може досягати до 30%. Визнавши, що авіаційні профілі не підходять для лопатей вітроенергетики, після середини 1980-х років розвинуті країни вітроенергетики почали вивчати спеціальні профілі для лопатей і успішно розробили спеціальні серії аеродинамічних профілів для лопатей вітроенергетики, такі як американські серії Seri та NREL , та Данія. Серія RISO-A, шведська серія FFA-W та голландська серія DU.
Ці профілі мають свої переваги. Серії Seri мають низьку чутливість до нерівностей поверхні аеродинамічного профілю; Серії RISO-A мають хороші показники стійкості при наближенні до стійла і мають низьку чутливість до шорсткості переднього краю; Серії FFA-W мають хорошу шорсткість задньої поверхні. Продуктивність стійла. Датська компанія LM прийняла шведський профіль FFA-W для великих лопатей вітрогенераторів, а спеціальний профіль для вітрогенераторів буде широко використовуватися при проектуванні лопатей вітроенергетики.
В даний час існує кілька теорій проектування форми лопатей, всі з яких розроблені на основі аеродинамічної теорії крила. Перша теорія дизайну форми - це спрощений метод проектування, заснований на теорії Бейтса. Цей метод передбачає, що вітряна турбіна працює за найкращих умов формули Бейтса, без урахування втрат на вихровий струм тощо, а розрахункова ефективність вітрогенератора не перевищує 40%.
Пізніше деякі відомі аеродинаміки встановили власну аеродинамічну теорію лопатей. Теорія Шмітца враховує вихрові втрати в окружному напрямку леза, і результат розрахунку є відносно точним. Теорія Глауерта розглядає вихровий потік за вітровим колесом, але ігнорує вплив опору лопаті та втрати лопаті, що має невеликий вплив на форму лопаті, але має більший вплив на ефективність роботи вітрогенератора. Уілсон здійснив удосконалення на основі теорії Глауера, вивчив вплив втрат лопаті та відношення підйому до опору на найкращі показники роботи лопаті, а також вивчив роботу вітрового колеса в неконструктивних умовах, що в даний час є найбільш загальновживаної теорії дизайну.
