贝茨风能理论是理想风能利用理论，“理想风轮”没有涉及到风轮叶片的几何形状。风轮叶片的几何形状对其接受风能效率十分重要。风轮叶片的几何形状不同，则其空气动力特性不同，接受风能的效率也不同。

在讨论叶片的几何形状及空气动力特性之前，先明确几个关于风轮叶片的概念。

（1）叶片翼型

叶片剖面的基本形状称作叶片的翼型。翼型有很多种。

（2）翼的前缘

翼的前端称作翼的前缘。为了减少形状阻力，前缘是圆的。

（3）翼的后缘

翼的后端称作翼的后缘。为了使叶片产生较大的外力，后缘是尖的。

（4）翼弦

翼弦是叶片翼型的重要几何参数。在图3-5a中，从后缘B做一条与翼型下表面相切的直线，再做和前缘相切且垂直于BC的直线ED交CD线于A，则AB称作翼型的弦，弦长用l表示。对于图3-5b的弦，由后缘B为圆心的圆与前缘相切于A点，则AB连线即为翼型的弦，弦长用l表示。

叶片的几何参数是以翼型前缘为原点，翼弦为x轴，垂直于弦的直线为y轴的直角坐标系来表示的。

（5）翼型的上表面

在图3-5a中的曲面称作翼型的上表面。

（6）翼型的下表面

在图3-5a中的曲面称作翼型的下表面。

图3-5 叶片翼弦

（7）翼型厚度

垂直于弦的上、下表面交点的连线长度称作翼型的厚度。

整个翼型厚度的最大值称作翼型的最大厚度。一般翼型的最大厚度距前缘的距离占弦长的20%～35%。当翼型的厚度表达为弦长的函数时称作厚弦比或相对厚度。翼型最大厚度通常为弦长的10%～15%。

（8）翼展

风轮叶片的旋转半径称作翼展。用L表示。

（9）展弦比

翼展的平方与叶片面积之比定义为展弦比。用R_z表示。

式中 L——翼展，L=R，单位为m；

S_y——叶片面积，单位为m²；

L_m——叶片平均弦长，单位为m。

S_y=RL_m （3-19）

（10）叶片安装角θ

叶片弦线与风轮旋转平面所成的角θ称作叶片安装角。它与叶片迎角和叶片相对风向角ϕ的关系如图3-6所示。

图3-6 叶片安装角θ、叶片迎角α和叶片相对风向角ϕ的关系

（11）叶片迎角

叶片弦线与相对风速所成的角称作叶片迎角，用α来表示。

（12）相对风向角

相对风速与风轮旋转平面所成的角称作相对风向角，用ϕ来表示。相对风向角ϕ为

ϕ=α+θ（°） （3-20）

（13）尖速比(www.daowen.com)

尖速比是叶片的叶尖速比，它是风轮叶片尖端的线速度V（m/s）与风速v（m/s）的比，用λ来表示。

式中 R——风轮半径，单位为m；

n——风轮转速，单位为r/min。

叶片的尖速比与风轮的转速、叶片数、叶片的密实度、贝茨风能利用系数有关。多叶片转速低的风力机，λ取小值；高速风轮，λ取大值。表3-1给出了风轮叶片数与尖速比的匹配值。

表3-1 风力机叶片数与尖速比的匹配

（14）翼型弯度

翼型厚度的中点连线距翼弦的距离称作翼型弯度，亦称翼型拱度，用f来表示。一般翼型拱度f为0～3%弦长。对称拱度f=0，即厚度中点连线就在翼弦上。翼型的厚度和拱度的大小及位置对叶片升力和阻力影响很大。

（15）风轮叶片的叶尖线速度

风轮叶片叶尖线速度为

式中 V——叶尖线速度，单位为m/s；

n——风轮转速，单位为r/min；

R——风轮半径，单位为m。

叶尖线速度应有一定限制，不是达到多少都可以，它关系到叶片的安全。法国的L.瓦多特曾做过试验，试验对象为一种尖速比大的风轮，将其设计的Best Romani风力发电机由原来的风轮转速43.7r/min，尖速比λ=7，增加到风轮转速71r/min，尖速比达到λ=11.373，此时叶片尖端线速度达到112m/s，结果在离心力的作用下，有一个叶片损坏。埃菲尔试验室的负责人和这台风力发电机的设计者L.瓦多特估计，100m/s是风力发电机叶片的叶尖线速度的极限值。

当代水平轴风力发电机组叶片的叶尖线速度没有超过100m/s的，多数为40～70m/s。

（16）叶片的升阻比

风吹在叶片上使叶片产生升力F_L和阻力F_D，升力与阻力的比称作叶片翼型的升阻比。升阻比由下式表达：

式中 L/D——升阻比；

C_L——翼的升力系数；

C_D——翼的阻力系数。

不同的翼型其升阻比也不同，表3-2给出了不同翼型的尖速比和升阻比适应不同的风力机的概况。

表3-2 叶片翼型与升阻比、尖速比的关系

（17）失速

叶片升力随迎角α的增加而增加，阻力随迎角的增加而减小。当迎角增加到某一临界值α_cr时，升力突然减小而阻力急剧增加，此时风轮叶片突然丧失支撑力，这种现象称作失速。图3-7是升力系数C_L和阻力系数C_D随迎角α的变化而变化的曲线。在负迎角时，升力系数随负角的增加而减小，当达到最小值C_Lmin之后，升力系数随负角的减小而增加。对于不同的翼型都有一个在负角的某一角度下的升力系数的最小值，而后随负角的减小升力系数增大。

图3-7 叶片的升力系数C_L、阻力系数C_D 随迎角α的变化曲线

（18）风轮

叶片安装在轮毂上的总体称作风轮。

（19）叶片

在风力机中接受风能的部件称作叶片，叶片的翼型、数量、扭曲、尖速比、升阻比都直接影响叶片接受风能的效率。

（20）风轮直径

风轮扫掠面积的直径称作风轮直径。

（21）风轮扫掠面积

风轮旋转所形成的圆面积称作风轮扫掠面积。