[發明專利]一種風力機葉片內側厚翼型的氣動穩健優化設計方法

有效

• 申請號: 201811097769.4
• 申請日: 2018-09-20
• 公開（公告）號: CN109460566B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 李星星;宋娟娟;張磊;楊科
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;F03D1/06;G06F111/06
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1.一種風力機內側厚翼型的氣動穩健優化設計方法，其特征在于，所述優化設計方法包括如下步驟：

SS1.根據目標內側厚翼型在風力機葉片展向適用位置處的運行條件及其氣動性能需求，設定目標內側厚翼型的穩健優化目標函數F，其中，

目標內側厚翼型在風力機葉片展向適用位置處的運行條件，包括目標內側厚翼型在切入切出風速之間的運行攻角范圍、運行雷諾數范圍；

所述穩健優化目標函數F，至少將大攻角內基本升力特征參數以及升力特征隨雷諾數變化的統計特征參數作為優化目標參數，其中，

所述大攻角內基本升力特征參數，至少包括表征翼形大攻角下整體升力系數水平的目標升力系數C_l,obj以及大攻角下升力系數的平均變化率S_cl；

所述升力特征隨雷諾數變化的統計特征參數，至少包括最大升力系數c_l,max和失速特征參數M_stallx隨雷諾數變化的均值μ(C_l,max)、μ(M_stallx)及標準方差σ(C_l,max)、σ(M_stallx)，所述失速特征參數M_stallx為失速后8°攻角范圍內翼型升力系數變化量與升力系數隨著攻角平均變化率乘積的最大值，其表達式為：

式中，α、α_stall分別為氣流攻角、失速攻角，C_l為氣流攻角α下的升力系數，c_l,max為最大升力系數；

根據目標內側厚翼型的設計需求側重分別分配各項優化目標參數的權重系數w，根據量級大小分別確定各項優化目標參數的歸一化尺度因子s，根據在優化過程中增減的期望分別確定各項優化目標參數的期望系數e，

所述穩健優化目標函數F的表達式為F＝∑e_iw_is_if_i，

其中，f_i為各項優化目標參數，e_i為各項優化目標參數的期望系數，w_i為各項優化目標參數的權重系數，s_i為各項優化目標參數的歸一化尺度因子；

SS2.設定目標內側厚翼型的幾何設計變量及幾何設計空間：

根據目標內側厚翼型的設定最大相對厚度，選擇一與所述設定最大相對厚度基本相同的翼形作為初始翼型；

以翼型的幾何特征參數作為目標內側厚翼型的幾何設計變量，所述幾何設計變量至少包括翼形的最大相對厚度位置X_t、最大相對彎度C_am、最大相對彎度位置X_cam、前緣半徑R_le、尾緣厚度T_tr，

根據初始翼型的幾何特征與結構兼容性要求，設定各所述幾何設計變量的上下界并將其作為目標內側厚翼型的幾何設計空間；

SS3.設定隨機性設計條件：

將入流雷諾數作為隨機性設計條件，根據目標內側厚翼型所處葉片展向位置處的運行雷諾數范圍，確定作為隨機性因子的入流雷諾數的基準值及其上下變化不確定性區間；

對入流雷諾數在所述不確定性區間內進行隨機性抽樣，將其作為目標內側厚翼型設計過程中的氣動性能計算條件；

SS4.給定設計約束條件，構建穩健優化模型：

為保證結構強度與剛度需求，至少選擇翼型的相對厚度T、截面積Area、二階截面慣性矩skinI作為目標內側厚翼型穩健優化的設計約束條件；

SS5.采用遺傳算法對穩健優化目標函數F進行迭代優化，直至取得最優解，獲得目標內側厚翼型，其中每一步優化迭代過程中均包含翼型設計、結構分析、對雷諾數描述性隨機采樣以及樣本條件下的氣動性能計算、厚翼型氣動力特征評估。

2.根據權利要求1所述的優化設計方法，其特征在于，步驟SS1中，所述大攻角內基本升力特征參數，包括20°攻角下的升力系數C_l,obj、20°～25°攻角范圍內升力系數的平均變化率S_cl。