载荷考虑

不管是构建风机还是直升机，必须考虑强度、动态行为、材料的疲劳特性以及整体集成。

抽水风车，澳大利亚南部，摄影

极限载荷(应力)

建设风机是为了捕获风的动(运动)能。你可能因此疑惑，为什么现代风机不是建有很多叶片，就像在西部电影中看到的老“美国式”风车。

具有很多叶片或很宽叶片的风机，即风机具有很坚实的转轮，然而当风力以狂风的速度吹过时，会承受非常大的应力。(记着，风的能含量随风速的三次方(立方)变化)。

风机制造商必须确保他们建造的风机，能够承受发生的极端风力，比如说，10分钟内，50年一遇。

为了限制极端风力的影响，风机制造商因此常常愿意建设具有少的、长的、窄的叶片的风机。

为了弥补叶片向风面的狭窄，风机制造商宁愿让风机叶片相对旋转的快一些。

Comodoro Rivadavia,阿根廷(NEG Micon 750 kW风机) 摄影

疲劳载荷(应力)

风机会遭受波动的风力，因此有波动的应力。特别是对于如果它们处于非常紊乱的风力环境的情况。

承受重复弯曲的组件，例如转轮叶片，可能形成裂缝，最终可能造成组件断裂。一个历史实例是，德国Growian大风机(100m转轮直径)运行还不到3个星期就失效了。金属疲劳是一个在很多行业众所周知的问题。因此金属一般不作为转轮叶片的材料。

当设计风机时，事先计算出不同组件将会如何振动极为重要，包括单独的和结合的组件。计算组件弯曲或拉伸相关的应力同样非常重要。

这是结构动力学学科，其中物理学家已经开发出数学计算机模型，分析风机整体的特性。

风机制造商使用这些模型来安全地设计他们的风机。

结构动力学：一个实例 *)

一个50米高的风机塔架会有来回摆动的倾向，例如每3秒。塔架来回振荡的频率也被称为塔架的固有频率。固有频率既取决于塔架高度、其墙壁厚度、钢的类型，也取决于机舱和转轮的重量。

现在，每次转轮叶片经过塔架的风影，转轮将轻微推动塔架。

如果转轮以这样的旋转速度转动，转轮叶片每次经过塔架时，塔架处于他的一个极限位置，那么转轮叶片可能会抑制或放大(加强)塔架的振荡。

转轮叶片自身也有弹性，也可能有振动的趋势，例如每秒一次。正如你所看到的，为了设计安全的风机，不会振荡而失去控制，知道每个组件的固有频率是非常重要的。

*) 风力影响（非阻尼的扭矩震荡）下结构动力工作的一个很生动的例子是著名的美国西雅图Tacoma大桥坍塌事件。你可以在互联网上找到关于这个灾难的一段短影片剪辑(700K)。