在風電葉片前緣腐蝕的所有因素中，雨水是最主要的原因之一，由雨蝕造成的腐蝕十分嚴重。雖然葉片預計運行超過20年，但在葉片運行兩年后就會發生雨水侵蝕”。葉片被雨滴侵蝕后，表面粗糙度會增加，進而導致氣動性能變差（阻力大幅增加，同時葉片升力顯著下降，甚至出現失速），輸出功率下降。Sareen等人對DU 96-W-180翼型前緣侵蝕進行了模擬測試，數據結果表明，根據侵蝕程度的不同，阻力可能從6%增加到500%；據預測，增加80%的阻力將使風電機組的年發電量（AEP）減少5%。

最初，雨滴只引起表面粗糙度的變化，表面幾乎不受影響，也沒有明顯的變化可以測量。這段時間通常被稱為潛伏期。對于風電產業來說，這段時間是非常重要的，因為侵蝕的擴大將延長風電機組滿負荷發電的時間。

在潛伏期之后，侵蝕開始可見，質量損失可被測量。在前緣表面首先觀察到的現象是不規則分布的點蝕，如圖1(a)所示；然后點蝕密度增加，使表面凹坑結合，從而形成裂紋導致開裂，如圖1(b)所示；接著，由于某些點的裂縫高度集中，出現了坑洞，如圖1(c)所示，開始出現嚴重的侵蝕；最后，涂層完全去除，暴露了層合板，從而發生分層，如圖1(d)所示。

但是，侵蝕階段并不一定嚴格按照以上順序發生，因為制造、運輸和安裝等因素也可能導致小的撕裂或劃痕，這些撕裂或劃痕也可以作為侵蝕起始點，從而改變了風電葉片前緣的自然侵蝕過程。

雨蝕參數

雨水侵蝕試驗中，有許多需要關注的參數，這些參數會顯著影響雨滴侵蝕，其中包括沖擊速度、沖擊角度、液滴大小、液體密度、聲速、材料的循環特性、硬度等。

01-沖擊速度、液滴大小

侵蝕速率與沖擊速度和液滴大小之間的關系可用公式來解釋：

V_m=cV⁴d³n_m

式中：V_m為侵蝕速率；c為常數。利用液滴速度V、液滴直徑d和撞擊液滴數n_m的試驗數據，可以根據公式評估侵蝕速率V。一般來說，侵蝕速率與沖擊速度和液滴大小成正比。不同尺寸的液滴造成的侵蝕損傷不同，速度越低，這種差異越明顯。

02-沖擊角度

沖擊角是液滴運動方向與目標表面之間的夾角。如果潛伏期足夠短，則可以忽略沖擊角的影響；但如果潛伏期不夠短，不同沖擊角度的體積損失會不同。利用有限元分析發現葉片前緣涂層在沖擊角度為90°時磨損最嚴重。

03-初始表面狀態

稍微粗糙的表面比光滑的表面腐蝕得更快。因此，相對于光滑表面，粗糙表面可以在更短的時間內實現最終階段恒定的侵蝕速率。

04-表面力學性能

硬度是決定沖蝕損傷的最常見特性，另外屈服強度、彈性模量、耐磨性和斷裂韌性等因素也會對沖蝕損傷有影響。

05-溫度

環境溫度和液滴溫度都對侵蝕損害有影響。在較高的溫度下，侵蝕率會隨著液體黏度的降低而增加。

測試標準

考慮到風電葉片涂層的使用時間和可實施性，需要使用一種可模擬其實際表面變化的加速測試方法，預測其使用壽命。目前國內外使用的雨蝕測試標準主要有以下幾種：

（1）ASTMG73-10(2021)《使用旋轉裝置的液體沖擊侵蝕標準測試方法》，為雨蝕測試的適當方法和涂層耐久性的標準評價提供了指導。

（2）德國勞氏船級社推薦的測試規范DNVGL-RP-0171《轉子葉片沖蝕保護系統的試驗》、DNVGL-RP-0573《轉子葉片前緣保護系統的侵蝕和分層評價》，是由風電行業內自發組織討論形成的前緣腐蝕規范。

（3）ISO/TS 19392-2:2018《色漆和清漆-風力渦輪機轉子葉片的涂層系統第二部分：用旋轉臂測定和評估耐雨水侵蝕性》、ISO/TS 19392-3:2018《油漆和清漆-風力渦輪機轉子葉片的涂層系統第三部分：使用水射流確定和評佔抗雨侵蝕性》，提供了風電葉片保護涂層的兩種測試方法的標準指導。

（4）GB/T 39490-2020《纖維增強塑料液體沖擊抗侵蝕性試驗方法旋轉裝置法》，填補了國內標準的空白，完善了國內復合材料及其涂層在液休沖擊或雨水侵蝕環境下長期使用性能的參考指標，可為相關材料的使用和設計提供指導。該國家標準與其他同類標準的對比情況見表1。

失效時間法是目前在國內外應用最廣泛的測試方法，適用于對各類涂層和纖維增強塑料雨蝕性能進行測試。測試時，需要不斷地中斷測試，檢查試樣是否達到了規定的失效條件。選取的時間間隔應合理，間隔太短會導致操作煩瑣，使整個試驗過程延長；間隔太長可能捕捉不到材料達到規定失效條件的確切時間，導致試驗結果偏差較大。因此，基于該方法進行的測試，有可能需要反復嘗試，直到確定合理的時間間隔，才能獲得有效的試驗結果。

基于退化狀態法的測試僅適用于涂層材料，在試驗前后檢查試樣外觀，測試試樣厚度、粗糙度、潤濕性，對試樣進行功能性評級，評價試樣經過雨蝕后的退化情況。

由于各類涂層的耐雨蝕性能及應用目的不盡相同，在本方法中并未給出具體的測試時間，在測試時需要根據涂層材料的實際情況及應用要求確定試驗時間。

基于此種方法進行的測試同基于失效時間法進行的測試一樣，在測試時需要選取合理的時間間隔。同時，在每次中斷試驗并測試試樣的質量后，應立即繪制侵蝕-時間曲線，掌握試驗進行的階段，當侵蝕速率開始下降時便可終止試驗。

若要評價材料長期的耐雨蝕性能，則需要繼續進行試驗，以便獲得材料的極限侵蝕速率。但需要注意的是材料的極限侵蝕速率會受到很多因素的影響，例如試樣的形狀、液滴直徑、沖擊速度等，因此不可以將基于極限侵蝕速率的評價結果進行實驗室間比較。

累積侵蝕質量-時間曲線是通過試驗獲得的基本數據，以該曲線為基礎，可以推導獲得累積侵蝕體積-時間曲線、名義潛伏期、最大侵蝕速率、極限侵蝕速率。通過曲線的這些屬性可以分析材料的狀態，對材料的耐雨蝕性能進行表征。累積侵蝕量隨時間并非線性變化，不同的材料會展現出不同的侵蝕-時間模式，如圖2所示。