1. Расчет размерных параметров ветроколеса Определяем наружный диаметр:

, (1.1)

где Р – мощность ВЭУ, Вт;

С_р– коэффициент мощности, С_р=0,45;

ρ– плотность воздуха, ρ = 1.23 кг/м³;

- рабочая скорость ветра, =10м/с;

η – общий КПД ВЭУ:

, где (1.2)

η_М = 0,85 – КПД двухступенчатого мультипликатора;

η_Г = 0,92 – КПД генератора;

η_СП = 0,80 – КПД всей системы преобразователей.

Вычислим общий η установки по формуле (1.2):

η=0,85×0,92×0,8=0,63;

Вычислим наружный диаметр ветротурбины, используя формулу (1.1):

D=10,5м;

Радиус ветроколеса

R = 10,5/ 2 = 5,25 м.

Внутренний диаметр ветроколеса

м. (1.3)

Радиус расположения сечения лопасти определяется формулой :

; (1.4)

Относительный шаг между сечениями находим по формуле(1.4):

Расстояние между сечениями лопасти (шаг), определяем исходя из: . (1.5)

Хорда сечения находится из соотношения (1.6)

(1.6)

Толщина сечения определяется в соответствии с (1.7)

Результаты расчёта представим в таблице 1.

Таблица 1.1-Хорды, толщины и радиусы расположения сечений

r k	Δ r от	Δ r	b k	c k
1,050	0,089	0,467	0,683	1,050
1,517			0,636	1,517
1,983			0,589	1,983
2,450			0,543	2,450
2,917			0,496	2,917
3,383			0,449	3,383
3,850			0,403	3,850
4,317			0,356	4,317
4,783			0,309	4,783
5,250			0,263	5,250

Определим скорость и частоту вращения ветротурбины:

, (1.8)

, (1.9)

ω=(6,5×10)/5,25=12,4 1/с;

n=(30×12,4)/3,14=118,2 об/мин.

Окружная скорость в каждом сечении рассчитывается по формуле (1.10)

, где (1.10)

- радиус лопасти в i-том сечении.

Значение относительной скорости набегания потока определяем по формуле (35):

(1.11)

Найденные значения относительных и окружных скоростей для каждого значения занесены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1.-Относительные и окружные скорости каждого сечения

Ui	Wi
12,99	16,40
18,77	21,27
24,54	26,50
30,32	31,92
36,09	37,45
41,87	43,04
47,64	48,68
53,42	54,34
59,19	60,03
64,97	65,73

2. Нагрузки, действующие на лопасть, и определение

соответствующих внутренних силовых факторов в поперечном

сечении лопасти

2.1Аэродинамические подъемные силы и нагрузки лобового сопротивления

Ветер создает распределенную аэродинамическую нагрузку по профилированной части лопасти. В соответствии с аэродинамическими характеристиками профиля EPPLER 559 AIRFOIL примем коэффициент подъемной силы С_у=1,345

Определение погонной аэродинамической нагрузки (кгс/м) от действия аэродинамических подъемных сил и от нагрузок лобового сопротивления производится по формулам:

, (2.1)

где =1,252 кгс/м³ – удельный вес воздуха при температуре 0⁰С на высоте Н=0 м;

- хорда лопасти в і-ом сечении;

= 9,81 м/с² – ускорение свободного падения;

- относительная скорость набегания потока.

, (2.2)

где - толщина профиля лопасти.

Значения и проецируются на оси х и у:

. (2.3)

Наглядно расположение сил представлено на рисунке 2.1.

Рис. 2.1. Размещение сил, действующих на сечение лопасти.

Расчет произведен в системе MS Excel. Результаты записаны в таблице 2.1. по известным значениям и .

Табл.2.1. Расчет аэродинамических подъемных сил и сил лобового сопротивления.

№сеч	qD,кгс/м	qL,кгс/м	qDx,кгс/м	qLx,кгс/м	qDy,кгс/м	qLy,кгс/м	qy, кгс/м	qx, кгс/м
1	0,0555	12,1021	0,0339	9,5924	0,0440	7,3788	7,3348	9,6263
2	0,0812	18,9700	0,0382	16,7438	0,0717	8,9168	8,8451	16,7819
3	0,1086	27,3013	0,0409	25,2850	0,1006	10,2971	10,1965	25,3260
4	0,1339	36,4798	0,0419	34,6457	0,1272	11,4217	11,2945	34,6876
5	0,1544	45,8894	0,0412	44,2250	0,1488	12,2469	12,0981	44,2662
6	0,1680	54,9139	0,0390	53,4129	0,1634	12,7511	12,5877	53,4519
7	0,1733	62,9371	0,0356	61,5962	0,1696	12,9223	12,7527	61,6318
8	0,1697	69,3429	0,0312	68,1600	0,1668	12,7534	12,5866	68,1912
9	0,1574	73,5152	0,0262	72,4891	0,1552	12,2402	12,0850	72,5153
10	0,1374	74,8378	0,0209	73,9676	0,1358	11,3796	11,2439	73,9885

Продолжение табл.2.1.

QLx,кгс	MLx ,кгсм	QDx,кгс	MDx ,кгсм	Qly,кгс	MLy ,кгсм	QDy,кгс	MDy ,кгсм
214,722	2518,643	0,1629	1,2213	52,410	484,152	0,5988	6,0355
210,245	1895,009	0,1471	0,8753	48,967	356,003	0,5782	4,4629
202,431	1370,534	0,1293	0,6015	44,806	251,509	0,5447	3,1649
190,632	942,351	0,1101	0,3923	40,000	168,895	0,4978	2,1290
174,464	605,882	0,0906	0,2389	34,670	106,069	0,4385	1,3363
153,825	354,601	0,0713	0,1324	28,955	52,000	0,3690	0,7621
128,899	179,922	0,0531	0,0636	23,005	30,109	0,2928	0,3763
100,154	71,212	0,0365	0,0239	16,974	11,676	0,2136	0,1449
68,3464	17,259	0,0220	0,0049	11,023	2,655	0,1358	0,0317
34,5182	0	0,0097	0	5,310	0	0,0634	0