“風電行業正處在快速發展階段，如何在低風速區域實現高效利用是我們必須解決的難題。”西安理工大學教授穆安樂如是說。長期以來，他帶領團隊不斷探索創新，在我國率先提出并成功研制“廣譜風力機”，大大提升了風電設備的適用范圍和效率。

穆安樂教授團隊合影(前排左起第五人)

1 獨辟蹊徑，自主攻關核心技術

“這是一個非常有趣的物理現象，氣流吹過旋轉圓柱體時會產生明顯的橫向升力。”穆教授向我們介紹馬格努斯效應的基本原理時眼中透著興奮，“這給我們在風電領域的創新提供了全新的思路。”

根據他的設想，采用旋轉圓柱槳葉結構的風輪可以大幅提升低風速下的啟動性能和高風速下的穩定性。這種“廣譜風力機”運行范圍將可以擴大一倍以上，達到微風順暢啟動、疾風依舊發電的效果。

“當時沒有現成的技術可供借鑒，我們只能自主探索。”穆教授坦言起步并不容易，需要解決從氣動特性預測、傳動系統設計到整機控制等一系列核心技術難題。正是圍繞這些關鍵問題，他帶領團隊展開了理論與實驗相結合的持續攻關。

為克服這些技術難題，穆教授組建了一個由資深專家和青年人才組成的創新團隊。他們深入研究流體力學和傳動理論，構建精細的數學模型，預測槳葉在不同條件下的氣動性能。同時，設計高精度的傳感設備，開展大量風洞試驗，驗證模型的準確性。在預測和測量數據的交互反饋中，逐步優化設計方案。

此外，團隊還自主開發了高性能傳動裝置和智能控制系統。前者確保穩定傳遞高轉矩，后者實時調節轉速，實現系統的最佳匹配。

2 流動控制，建立氣動-結構動力學模型

為精確預測槳葉在復雜環境下的氣動性能，穆教授帶領團隊開展流體數值計算與優化。基于高級CFD軟件，建立了考慮旋轉效應的三維非定常湍流模型。

“建模難點在于槳葉是可變形體，存在強烈的流固相互作用。”穆教授解釋道。為了處理這一多物理場耦合問題，團隊采用了新穎的過渡層模型描述流體與結構之間的動量傳遞和應變分布。

大量模擬結果表明，該模型可以準確再現不同攻角和轉速下槳葉周圍的速度場和壓力分布。這為后續優化槳葉結構提供了可靠參考。

此外，研究人員還構建了考慮氣動力和控制的全系統動力學模型。該模型充分描述槳葉，發電機，變速系統在不同輸入條件下的耦合運動學特性和出力響應規律。

“這是一個高度非線性的問題，難以通過經驗預測。”穆教授說。基于該模型的仿真為控制策略設計提供精準指導，有助于實現系統全局最優，確保廣譜特性。

通過上述理論與實驗研究的有機結合，穆教授團隊在“廣譜風力機”技術路線上取得重要進展，為后續實現規模化應用奠定堅實基礎。

3 挑戰極限，多點突破實現廣譜特性

為了驗證設想，穆教授團隊制作完成兩臺小型“廣譜風力機”樣機并進行了連續3個月的風洞試驗。結果表明，這種新結構在2米/秒的微風環境下即可順利啟動發電，并在模擬的30米/秒強風條件下保持高效穩定運行，這極大鼓舞了大家的信心。

鑒于前期試驗獲得圓滿成功，研究團隊決定在已有基礎上進行全面技術升級，實際突破系統極限。主要從槳葉材質、傳動系統和控制策略三個層面入手。目標是打造一臺適應風速范圍更廣，轉換效率更高的2KW樣機。

經過持續工程化改造，團隊生產出多組升級版樣機。其中，一臺配置優化最為成功:采用流線型空心槳葉結構降低風阻，同時添加碳纖維外殼提高強度;配備高精度磁懸浮軸承傳動系統，確保轉動平穩;采用高度集成的FPGA控制器，200Hz速率實時調節槳葉轉速，優化系統輸出。

最終測試表明，這臺樣機的工作風速范圍從3-25m/s擴大到2-30m/s，轉換效率提高10個百分點。“廣譜”特征初步確立，為后續產業化奠定堅實基礎。

4 嚴謹驗證，積累標準制定數據

“任何科研成果離不開嚴謹的驗證。”穆教授向我們強調。在關鍵技術研發的基礎上，他還帶領團隊構建了獨特的風洞測試平臺，可以高保真模擬不同風力等級的環境。在此基礎上，他們使用多組樣機對系統進行全面的工作特性評估，為標準確立積累了大量有效數據。

該測試平臺采用數值模擬技術重構I至IV級風環境，系統配置多通道檢測設備，精確記錄各項指標。

平臺上安裝的2KW級樣機經過80余輪測試，涵蓋可變槳葉、傳動比、控制參數等多個維度。

測試結果顯示，當前2KW樣機在6米/秒平均風速下可穩定發電，為后續“廣譜風力機”的標準制定提供了可靠依據。穆教授表示，團隊將繼續積累測試數據，推動相關標準盡快確立。這將有力促進“廣譜風力機”實現規模化商業應用。

5 立足產學研，實現技術成果轉化

在原創性核心技術研發的同時，穆教授也十分關注產學研結合，直接帶領培養了大批優秀人才，同時將部分研發成果轉化應用于某重點風機制造企業的產品開發中。這不僅帶動了產業鏈快速成長，也使他的團隊能夠立足實際需求進行技術創新。

與行業龍頭企業的合作無疑開拓了“廣譜風力機”的應用前景。一方面，企業可借助樣機技術推出中低風速風電機組新品，快速占領這一細分市場;另一方面，研究團隊也獲得寶貴的工程經驗反饋，更好地完善技術方案。

除產品研發外，穆教授還通過項目支持培養博士和碩士研究生。這些青年科技人才將推動相關理論和技術在產學研領域的傳播與應用。相信未來他們也將在風電行業中創造出色業績。

展望未來，穆安樂教授表示，他將繼續致力于關鍵技術攻關，使“廣譜風力機”的轉換效率和穩定性不斷提升。他相信通過持之以恒的科研探索，這一具有自主知識產權的風電設備必將在我國風電產業轉型中發揮重要作用，為國家節能減排目標貢獻力量。(文/張霞)

穆安樂教授在國際學術會議上做主題報告

專家簡介：

穆安樂教授是西安理工大學著名的機械工程專家，長期致力于新能源和智能機電系統領域的研究工作。在他的帶領下，團隊先后獲得多項國家級項目資助，并在頂級期刊上發表高質量論文100余篇，有多篇論文進入全球1% ESI高被引論文。他還成功申請了30多項發明專利，并有多項發明技術得到了轉化推廣。

除了科研成就凸顯，穆教授還培養出大批優秀學生。他同時還擔任多本國內外期刊的編委或審稿人，為學術交流做出了積極貢獻。在國際學術交流中，他也曾赴日本、美國進修或從事博士后研究工作。目前，穆教授還兼任多項學術界與行業組織重要職務。通過多年奮斗，他已經成長為同行公認的風能與能源儲備領域專家。

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