[發(fā)明專利]一種大攻角范圍條件下垂直軸風(fēng)力機(jī)翼型設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011145657.9
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112507471B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪泉;王馮云;胡聰;柳柏楊;王君
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/25;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 黃靖

1.一種大攻角范圍條件下垂直軸風(fēng)力機(jī)翼型設(shè)計方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1.基于類函數(shù)與B樣條結(jié)合的翼型氣動外形參數(shù)化表達(dá)方法構(gòu)建翼型的上翼面和下翼面參數(shù)化表達(dá)式，

所述上翼面和下翼面參數(shù)化表達(dá)式為：

其中，C(x/c)為類函數(shù)；S_u(x/c)為形狀函數(shù)；xy_TE/c²為后緣厚度項(xiàng)；y_TEu為翼型上翼面后緣縱坐標(biāo)，y_TEl為翼型下翼面后緣縱坐標(biāo)；c為弦長；x/c為翼型x坐標(biāo)的相對長度；

S2.確定目標(biāo)函數(shù)

在設(shè)計雷諾數(shù)為Re＝2.7×10⁵，馬赫數(shù)Ma＝0.15的條件下，以翼型各攻角下切向力系數(shù)之和作為優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，切向力系數(shù)和優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式如下：

式中：α_i為翼型攻角；分別翼型在攻角α_i的升力系數(shù)和阻力系數(shù)；

S3.設(shè)計變量

分別選取B樣條曲線上下翼面控制參數(shù)P₀、P₁、P₂、P₃為優(yōu)化設(shè)計變量，為了較好的控制翼型尾緣形狀，設(shè)置鈍尾緣優(yōu)化設(shè)計變量P₄，由于翼型氣動外形參數(shù)表達(dá)式分別擬合初始翼型的上下翼面，因此上下翼面上對應(yīng)參數(shù)橫坐標(biāo)相同，縱坐標(biāo)不同，故設(shè)計變量個數(shù)為10,設(shè)計變量的控制范圍如表1所示，

X＝(P_u0,P_u1,P_u2,P_u3,P_u4,P_l0,P_l1,P_l2,P_l3,P_l4)

表1設(shè)計變量控制范圍

其中P_u0、P_u1、P_u2、P_u3、P_u4為上翼面對應(yīng)控制參數(shù)中縱坐標(biāo)；P_l0、P_l1、P_l2、P_l3、P_l4為下翼面對應(yīng)控制參數(shù)中縱坐標(biāo)；

S4.約束條件

為了使翼型廓線在可控制的范圍內(nèi)變化，將B樣條曲線的控制參數(shù)進(jìn)行如下約束：

翼型相對厚度對翼型結(jié)構(gòu)特性和氣動特性有至關(guān)重要的影響，翼型相對厚度約束范圍為：

0.145≤t≤0.155

翼型最大相對厚度所處的弦向位置約束條件為：

0.12≤L_max≤0.24

翼型彎度約束條件為：

0％≤cam≤6％

S5.輸出結(jié)果

采用多目標(biāo)粒子群優(yōu)化程序進(jìn)行求解，將該粒子群算法與RFOIL翼型分析軟件耦合求解計算翼型氣動性能，對風(fēng)力機(jī)翼型進(jìn)行型線優(yōu)化設(shè)計；

S6.優(yōu)化前后的翼型建立風(fēng)力機(jī)流體模型；

S7.翼型優(yōu)化前后風(fēng)力機(jī)性能進(jìn)行對比。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大攻角范圍條件下垂直軸風(fēng)力機(jī)翼型設(shè)計方法，其特征在于：所述步驟S1中，類函數(shù)的表達(dá)式為：

C(x/c)＝(x/c)^N1·(1-x/c)^N2

式中N₁、N₂分別取值為0.5、0.1；形狀函數(shù)采用三次B樣條曲線，其矩陣形式可表示為：

其中，t為B樣條曲線上橫坐標(biāo)，P₀、P₁、P₂、P₃為控制點(diǎn)，聯(lián)立類函數(shù)和形狀函數(shù)表達(dá)式，通過最小二乘法擬合NACA0015翼型，確定初始翼型優(yōu)化系數(shù)。