不知道大家有没有发现一个问题：风力发电机的叶片好细啊！与风车相比，这么小的迎风面，真的可以有效提取风能吗？这个时候可能就有人要说了，实际上这个叶片，它可一点也不细啊：
风力发电机叶片运输过场面 | 图源网络
当然，这里我们想要讨论的是这个比例！相对于这个长度以及叶片扫过的面积而言，这个真的是太细了！如果你也在此感到困惑，那实际上是跟我一样遇到了一个并不简单的问题：风可以在迎风面上产生直接推力来做功，比如小风车、帆船等，但是叶片这么细显然不是为了利用这种推力，那它是怎么转起来的呢？
突然发现，这个叶片的形状似曾相识啊！恰好小编了解过一点点点航空航天和空气动力学，对这个形状熟悉无比，这不就是飞机的翼型嘛！是这样的：
上方为飞机机翼侧剖图，下方为风力发电机叶片侧剖图 | 图源网络
除了看起来风机叶片的形状要胖一点，很难不让人怀疑这里边的相似性。难道说，风力发电机获取动力的方式竟和飞机相同？此外，如果按照最自然的想法，为什么不设计成风车的样子，直接利用风压呢？我们来掰扯掰扯这些问题！
当机翼高速划过空气，空气对机翼施加了两个方向上的力：飞行方向的阻力（比如空气的摩擦阻力，压差阻力等），以及最重要的升力。前者由发动机的推力平衡，而后者，平衡了重力，使得飞机得以翱翔。
飞机受力示意图
当机翼划过空气，空气是怎样相对机翼流动的呢？风洞试验可以告诉我们，气体相对机翼的实际流动情况是这样的：
风洞模拟小实验中的流线示意 | 图源网络
也即空气倾向于沿着壁面流动。这样一个过程导致了一个非常重要的结果：空气经过机翼后，将会向下偏折（你可能会想起一个熟悉的名字：康达效应Coandǎ effect）。
（你继续说，我在听）
那么！不严格地想，既然机翼把空气往下排，就给空气施加了向下的力，相应地，机翼将会受到升力！在较为简单的情形下，这个图像也可以不严格地作为判断是否能产生升力的简易判据，而且很好用。比如风筝这样的薄板为什么会受到升力：
空气经过平板的流线示意图 | 图自[1]
比如，为什么飞机倒过来也能飞。因为机翼倒过来时，我们同样可以调整角度，在康达效应下，产生向下偏折空气的效果。更严格的流体力学计算表明，导致升力产生的实际上是环量。机翼前行时使得划过的空气形成了涡，相应地机翼上形成了方向相反的附着涡，正是这个涡，使得机翼获得了升力。考虑机翼的实际情况，低速翼型通常为圆头尖尾形状，定义机翼的弦与风速的夹角为攻角。
但是！细心的读者可能也发现了，攻角不是越大越好。当攻角超过某个值，升力系数急速下降，这是因为康达效应失效，气流将不再贴着机翼！
机翼上方平滑的气流变成了乱流，阻力增大而升力减小，升力系数急转直下！
回归到风力发电机的动力问题，经过以上对飞机翼型和相应升力的讨论，相信大家已经获得了初步的定性认识，也对这细长的叶片看起来和机翼的相似性有了感觉！这种风力发电机的叶片，动力正是来源于类似机翼的升力！没错，如果我们来观察叶片的横截面，将更能感受到这一点：
一些风力机叶片侧剖图 | 图自[2]
当然，毕竟适用场景不同，与传统飞机翼型当然是明显有区别的。我们将利用这种升力作为动力来源的发电机成为升力型风力发电机，特点是利用很小的迎风面，就可以提供发电所需的强大动力。实际运行的风力发电机，叶片是旋转的，在讨论与空气的相对速度时，要考虑线速度和风速的叠加。
转动叶片的攻角分析，要考虑风速和转动线速度的叠级 | 图自[3]
怎么样！对风力发电机的动力来源的理解是不是一下子清晰了很多！这样设计的风机有诸多好处。从设计而言，这种“细”的特点极大地方便用于设计大型风机，以1500千瓦的风机机组为例，机组叶片大约有35米长（约12层楼高）。
当风力发电机上站个人，我们可以感受下风机有多大 | 图源网络
更为显著的优势是接入电网时的稳定性。天气变化无常，风的大小飘忽不定。从功率角度而言，当风较小时，可以通过调整叶片攻角来获得最佳发电功率，风速达到3m/s(清风拂面)，就可以让风机进入工作状态，也就是说，虽然细，但是动力仍然足！而若大风天来临，可以看到当风速越来越大，攻角自然会越来越大，叶片将自然进入到失速状态（也可以调整叶片位置）！由此一来，极大地保证了功率的稳定性。对于飞机而言，失速可能是极其危险的，但是对风力机而言，却是一道稳定性的保障。
叶片在与流体的共舞中，完成了动能和机械能的转换。在这个美妙的过程中，还有更多自然出现而无比吸引人的问题，比如主流的升力型风力发电机为什么采用3叶，而不是2叶或者4叶？比如，直升机的升力来源有什么不同吗？
比如，为什么同样是用于提供动力，飞机和轮船发动机的叶片差别为啥如此之大？
更接近生活的例子，风扇的叶片选取又有什么考虑呢，为什么有的大有的小，有的多有的少？
各式各样的转动的叶片被联想到一块之后，我们很容易从中发现共同点。实际上，他们有一个共同的广义名字，叫做叶轮。流体与叶轮的相互作用，有无限可能，有无穷魅力。实际应用上我们可以发现叶轮如此广泛，而具体的实现形式因目的原理的不同而变得千差万别。
环形机翼，据说可以提高机械强度，降低能耗 | 图源网络
