水平轴风力发电机叶片的雀鹰翼型仿生方法
【专利摘要】一种水平轴风力发电机叶片的雀鹰翼型仿生方法具体步骤为：建立雀鹰翅膀三维模型；截取雀鹰翅膀三维模型的横截面，提取雀鹰翅膀的一处距翅根处的翼型作为仿生翼型，采用软件将雀鹰仿生翼型的坐标导出，再利用Matlab软件进行上下翼面的坐标的拟合，得出上翼面的坐标方程为：P1:y＝0.0006×x3?0.0367×x2+1.1094×x+1.1985，下翼面的坐标方程为：P2:y＝?0.011×x3+0.045×x2?0.3793×x?1.3623。本发明以雀鹰为研究对象,将雀鹰翅翼翼型应用逆向工程，得到翼型坐标值与方程，采用本发明实现了雀鹰翼型的仿生，将仿雀鹰翼型应用到小型风力发电机上能解决小型风力发电机效率低下等问题。
【专利说明】
水平轴风力发电机叶片的雀鹰翼型仿生方法
技术领域：
[0001] 本发明涉及小型风力发电机叶片的翼型技术领域，特别涉及一种水平轴风力发电 机叶片的雀鹰翼型仿生方法。
【背景技术】：
[0002] 在当代，仿生学已作为一门独立的学科被越来越多的人所认同。在大自然中，鸟类 可以与空气直接接触，且鸟类的翅膀也是由一系列翼型横向排布而成，与风力发电机叶片 最为相似。雀鹰的飞行能力很强，速度极快，每小时可达数百公里，是世界上飞行最快的鸟 类之一，它的翅翼可以适应于快速飞行，而且具有很强的灵活性。风力机叶片是风力发电机 捕捉风能的核心部位，而构成叶片空气动力学外形的翼型决定着叶片的性能，是叶片设计 的关键，它直接决定着风能转化的效率，因此研究高性能的翼型有其必然性。
【发明内容】
：
[0003] 有鉴于此，有必要提供一种水平轴风力发电机叶片的雀鹰翼型仿生方法。
[0004] -种水平轴风力发电机叶片的雀鹰翼型仿生方法，具体步骤为:建立雀鹰翅膀三 维模型;截取雀鹰翅膀三维模型的横截面，提取雀鹰翅膀的一处距翅根处的翼型作为仿生 翼型，采用软件将雀鹰仿生翼型的坐标导出，再利用Matlab软件进行上下翼面的坐标的拟 合，得出上翼面的坐标方程为：
[0005] P1: y = 0 · 0006 X X3-O · 0367 X x2+l · 1094 X x+1 · 1985，
[0006] 下翼面的坐标方程为：
[0007] P2: y = -0 · 011 X χ3+〇 · 045 X X2-O · 3793 X x-1 · 3623。
[0008]优选的，利用便携式三维扫描仪，扫描雀鹰翅膀并获取扫描点云图，经image-ware 处理后，通过Geomagic Studio建模，得到雀鹰翅膀三维模型。
[0009]优选的，截取雀鹰翅膀三维模型的横截面，提取雀鹰翅膀距翅根73.05mm处的翼型 作为仿生翼型，利用软件Geomagic Studio将雀鹰仿生翼型的坐标导出，再利用软件Matlab 进行上下翼面坐标的拟合。
[0010] 优选的，软件Geomagic Studio将雀鹰仿生翼型的坐标导到Profili软件，通过软 件profili得出〃仿雀鹰翼型最大厚度为10.92%，所在位置为翼型弦长的46.8%处;最大弯 度为10.14%，所在位置为翼型弦长的10.1 %处;该翼型前缘半径为2.3101 %，后缘厚度为 0.0020%〇
[0011]优选的，利用软件Geomagic Studio将雀鹰仿生翼型的坐标具体导出方法为:将雀 鹰翅膀三维模型导出，创建截面一，以截面一为基准面，设置参数，等分雀鹰翅膀模型截取 各种翼型；对比截取出的各个翼型，取舍合适的翼型;再次创建雀鹰翅膀模型的截面二，并 取舍合适的翼型，然后再创建雀鹰翅膀模型的截面三，并取舍合适的翼型，将截面一与截面 二与截面三取舍的翼型进行比较，选取最合适的翼型，然后将最终选取的翼型的截面导出， 然后进行坐标米集和点的米集、拟合。
[0012] 本发明以雀鹰为研究对象，将雀鹰翅翼翼型应用逆向工程，得到翼型坐标值与方 程，采用本发明实现了雀鹰翼型的仿生，将仿雀鹰翼型应用到小型风力发电机上能解决小 型风力发电机效率低下等问题，而且能起到节约能源开支，保护环境等作用。本发明应用于 风力机叶片的研究，对于风力机叶片性能的提高有很大的创新性。
【附图说明】：
[0013] 图1为仿生翼型示意图。
[0014] 图中：弯度线a、弦长C、上翼面P1、下翼面P2、前缘q、后缘h。
【具体实施方式】：
[0015] 水平轴风力发电机叶片的雀鹰翼型仿生方法包括以下步骤：
[0016] 采用3D扫描仪将雀鹰进行扫描处理，并保存为雀鹰翼型模型；采用电脑软件 Geomagic Studio 2012将雀鹰翼型模型导出；并创建截面一，以截面一为基准面，设置参 数，等分雀鹰翅膀模型截取各种翼型，设置截面一开始的位置度为0.0 Omm，截面个数为60， 间距为4.0mm，布局图为单向；通过比较得出在距截面一 72mm处的翼型较为合适；
[0017]再次创建雀鹰翅膀模型的截面二，设置各参数，设置位置度为-72. Omm，截面为20， 间距0.5mm，布局图为居中；截取出20个翼型之后进行比较，通过比较，选取出在距截面一-73.25mm处为比较合适的翼型；
[0018]然后再创建雀鹰翅膀模型的截面三，设置各参数，设置位置度为-73.25mm，截面为 20,间距0.1mm，布局图为居中；
[0019]经过比较，选取距截面一-73.05mm处的翼型最为合适;将所截
[0020] 取出的最合适翼面进行拟合、应用、确定；
[0021] 然后对选取的翼型进行坐标采集，以及点的采集，
[0022] 获取雀鹰翅翼翼型的上表面的坐标值为：
LUUM」 犾取隹鹰翅異異型的卜衣囬的坐称但艿：
[0026] 将采集的数据进行保存；
[0027] 利用软件Geomagic Studio将雀鹰仿生翼型的坐标导出，再利用软件Matlab进行 上下翼面坐标的拟合得出雀鹰翼型上翼面的坐标满足方程为：
[0028] P1: y = 0 · 0006 X X3-O · 0367 X x2+l · 1094 X x+1 · 1985，
[0029] 下翼面的坐标方程为：
[0030] P2: y = -0 · 011 X χ3+〇 · 045 X X2-O · 3793 X x-1 · 3623。
[0031] 如图1所示，根据弯度线a、弦长C、上翼面PU下翼面Ρ2、前缘q和后缘h在图1中的描 述，通过软件profili得出〃仿雀鹰翼型最大厚度为10.92%，所在位置为翼型弦长的46.8% 处;最大弯度为10.14%，所在位置为翼型弦长的10.1 %处;该翼型前缘半径为2.3101 %，后 缘厚度为0.0020%;仿雀鹰翼型在较大雷诺数下还能保持大的升力系数，具有较好的气动 性能。
[0032] 本发明以雀鹰为研究对象，将雀鹰翅翼翼型应用逆向工程，得到翼型坐标值与方 程，采用本发明实现了雀鹰翼型的仿生，将仿雀鹰翼型应用到小型风力发电机上能解决小 型风力发电机效率低下等问题，而且能起到节约能源开支，保护环境等作用。本发明应用于 风力机叶片的研究，对于风力机叶片性能的提高有很大的创新性。
【主权项】
1. 一种水平轴风力发电机叶片的雀鹰翼型仿生方法，其特征在于：水平轴风力发电机 叶片的雀鹰翼型仿生方法，具体步骤为:建立雀鹰翅膀三维模型;截取雀鹰翅膀三维模型的 横截面，提取雀鹰翅膀的一处距翅根处的翼型作为仿生翼型，采用软件将雀鹰仿生翼型的 坐标导出，再利用Matlab软件进行上下翼面的坐标的拟合，得出上翼面的坐标方程为： Pi: y = 0.0006 X x3-〇. 0367 X x2+l. 1094 X x+1.1985, 下翼面的坐标方程为： P2:y = -0·Oil Xx3+0·045 Xx2-〇 ·3793 Χχ-1 ·3623。2. 如权利要求1所述的水平轴风力发电机叶片的雀鹰翼型仿生方法，其特征在于:利用 便携式三维扫描仪，扫描雀鹰翅膀并获取扫描点云图，经image-ware处理后，通过Geomagic Studio建模，得到雀鹰翅膀三维模型。3. 如权利要求1所述的水平轴风力发电机叶片的雀鹰翼型仿生方法，其特征在于:截取 雀鹰翅膀三维模型的横截面，提取雀鹰翅膀距翅根73.05mm处的翼型作为仿生翼型，利用软 件Geomagic Studio将雀鹰仿生翼型的坐标导出，再利用软件Matlab进行上下翼面坐标的 拟合。4. 如权利要求1或2或3所述的水平轴风力发电机叶片的雀鹰翼型仿生方法，其特征在 于：软件Geomagic Studio将雀鹰仿生翼型的坐标导到Profi 1 i软件，通过软件profi 1 i得 出"仿雀鹰翼型最大厚度为10.92%，所在位置为翼型弦长的46.8%处；最大弯度为 10.14%，所在位置为翼型弦长的10.1 %处；该翼型前缘半径为2.3101 %，后缘厚度为 0.0020%〇5. 如权利要求4所述的水平轴风力发电机叶片的雀鹰翼型仿生方法，其特征在于:利用 软件Geomagic Studio将雀鹰仿生翼型的坐标具体导出方法为:将雀鹰翅膀三维模型导出， 创建截面一，以截面一为基准面，设置参数，等分雀鹰翅膀模型截取各种翼型;对比截取出 的各个翼型，取舍合适的翼型;再次创建雀鹰翅膀模型的截面二，并取舍合适的翼型，然后 再创建雀鹰翅膀模型的截面三，并取舍合适的翼型，将截面一与截面二与截面三取舍的翼 型进行比较，选取最合适的翼型，然后将最终选取的翼型的截面导出，然后进行坐标采集和 点的采集、拟合。
【文档编号】G06F17/50GK105844034SQ201610190572
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】刘雄飞, 汪建文, 赵娟, 陈喆, 张正伟
【申请人】刘雄飞