[發(fā)明專利]風(fēng)力機(jī)葉片氣動外形協(xié)同設(shè)計(jì)方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110252679.X
• 申請日: 2011-08-30
• 公開（公告）號: CN102322407A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳進(jìn);程江濤;汪泉;龐曉平
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: F03D11/00
• 分類號: F03D11/00;G06F17/50
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.風(fēng)力機(jī)葉片氣動外形協(xié)同設(shè)計(jì)方法，其特征在于：包括風(fēng)力機(jī)葉片的氣動外形設(shè)計(jì)，所述風(fēng)力機(jī)葉片的氣動外形設(shè)計(jì)包括以下步驟：

1）設(shè)定參數(shù)化翼型型線表達(dá)式，設(shè)定葉尖速比λ、葉片設(shè)計(jì)半徑R，葉素當(dāng)?shù)匕霃絩，葉片數(shù)B，收斂容許偏差tol，計(jì)算精度m；

2）設(shè)定α(0)和α’(0)的初值α(0)=1/n，α’(0)=0；n為自然數(shù)；

3）采用下式計(jì)算入流角φ：

，其中r為葉素展向半徑，ω為葉片旋轉(zhuǎn)角速度，ρ為空氣密度，V₀為風(fēng)速；

4）采用下式分別計(jì)算葉尖損失因子F和F1：

，其中，??，R為風(fēng)輪半徑；???????????

??，其中，??????????????????

式中B表示為葉片數(shù)；

5）采用下式分別計(jì)算切向力系數(shù)C_x和法向力系數(shù)C_y：

??，

??；式中為翼型升力系數(shù)，為翼型阻力系數(shù)，C_x和C_y分別為切向力系數(shù)和法向力系數(shù)；

6）采用下式計(jì)算風(fēng)能利用系數(shù)(0)：

；

式中α為軸向誘導(dǎo)因子，α’為周向誘導(dǎo)因子，σ表示葉片實(shí)度，計(jì)算(0)時，α和α’分別賦值為α(0)和α’(0)；

為葉素所在展長處當(dāng)?shù)厮俦龋?=X?*?r/R，其中X為葉尖速比，r為翼型截面當(dāng)?shù)匕霃剑琑為風(fēng)輪半徑；

7）進(jìn)入循環(huán)，即在一定的軸向和周向誘導(dǎo)因子時，利用協(xié)同設(shè)計(jì)模型迭代求解，直至(1)與(0)的變化小于設(shè)定容許偏差tol，完成一次計(jì)算；

8）重復(fù)上述步驟2）~7），在步驟2）中，設(shè)定α(n)和α’(n)的初值a(n)=（i/n），a’(n)=（0），n為大于1的整數(shù)，通過上述步驟，依次分別求得(2)，(3)…(n)；?i即循環(huán)變量，為1，2，3，…n；

9）比較(1)，(2)…(n)大小，求得最大以及對應(yīng)的α，α’；

10）計(jì)算葉片當(dāng)?shù)仄渌麕缀螀?shù)，包括葉片扭角，實(shí)度，弦長和厚度，得到翼風(fēng)動機(jī)葉片氣動外形的相關(guān)參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機(jī)葉片氣動外形協(xié)同設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述方法還包括以及利用風(fēng)力機(jī)葉片的數(shù)學(xué)模型，針對沿葉片展向不同位置風(fēng)力機(jī)專用翼型的設(shè)計(jì)要求，以二維風(fēng)能利用系數(shù)為優(yōu)化目標(biāo)的風(fēng)力機(jī)翼型設(shè)計(jì)；

所述風(fēng)力機(jī)翼型設(shè)計(jì)包括下列步驟：

1）根據(jù)Taylor級數(shù)思想，將函數(shù)表達(dá)為：

?????；

2）設(shè)定r為翼型在平面中的矢徑，表示為：?

?????????????????????????；

3）將步驟1）、2）的翼型的、r代入下列所述的型線表達(dá)方式，

????，式中，x為翼型橫坐標(biāo)，y為翼型縱坐標(biāo)；θ為幅角；

通過選取不同的k，得到不同的a_k，b_k，就可以表達(dá)任意形狀的翼型，當(dāng)k取n時，當(dāng)k取n時，那么變量X?=?[a₁,b₁,a₂,b₂,a₃,b_{3，……，}a_n,b_n]即為控制翼型形狀的變量和參數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機(jī)葉片氣動外形協(xié)同設(shè)計(jì)方法，其特征在于：，

在優(yōu)化時，對變量X進(jìn)行約束，即X須滿足下列的限制條件：

??；

分別表示設(shè)計(jì)變量的上限和下限值，取值為：。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的風(fēng)力機(jī)葉片氣動外形協(xié)同設(shè)計(jì)方法，其特征在于：當(dāng)n為3時，滿足以下優(yōu)化條件：

。