专利名称：一种s型垂直轴风力机叶片形状设计方法
技术领域：
本发明属于风力机械领域，涉及一种S型垂直轴风力机叶片形状设计方法，尤其涉及一种基于二、三次Bezier函数的叶片形状联合控制设计方法。
背景技术：
在能源危机的日益 威胁下，风能作为清洁能源越来越被各国重视。小型垂直轴风力机由于其结构简单，万向迎风，噪音小，运转稳定，造价低，在我国的一些风力资源丰富，电网仍未普及的偏远地区具有相当可观的使用价值。S型垂直轴风力机的工作原理是通过不同叶片上产生的阻力差大小不同进而使得风轮得以旋转做功。那么，风轮叶片形状则是叶片长生阻力大小的关键，也就是影响风力机风能利用率的关键，曾有研究人员针对S型垂直轴风力机的形状优化采用二次Bezier曲线优化设计，由于仅有三个控制点，所以无法得到所有理想的优化设计参数。进而研究人员又提出基于5控制点的B样条曲线叶片优化设计法，虽能得到所需要的所有叶片形状，但是叶片优化过程中的控制变量过多，无法有规律简单地选择出优化模型，使得优化过程繁琐，需要复杂的模型选择过程、周密的实验安排以及大量的模型试验才能实现优化目标。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种S型垂直轴风力机叶片形状设计方法，通过三点控制的二次Bezier函数和四点控制的三次Bezier函数联合控制的叶片形状，如
图1所示，令二次Bezier函数和三次Bezier函数的控制点首点P/ = )、P0(H)重合，末点己(二)、P2(H)重合，通过数学推导曲线设计公式实现:由二次Bezier函数中的P1控制点控制叶片曲线偏向和叶片曲线高度；由三次Bezier函数中的？3、P4两点横坐标控制叶片宽窄；由首末重合点Po、P2控制叶片弦长。表达式中引入:(I)叶片弦长L ; (2)叶片偏向控制系数Kx;叶片高度控制系数Ky; (4)叶片宽度控制系数Ka，则控制点坐标可以改写为:P0 (0,0),
权利要求
1.一种S型垂直轴风力机叶片形状设计方法，是一种基于二、三次Bezier函数的叶片形状联合控制设计方法，并配有联合控制曲线表达式。
2.根据权利要求1所述的S型垂直轴风力机叶片形状设计法中联合控制曲线表达，其特征在于曲线表达式中包含四个控制变量:(I)叶片弦长L ; (2)叶片偏向控制系数Kx; (3)叶片高度控制系数Ky ；⑷叶片宽度控制系数Ka。
3.根据权利要求1所述的S型垂直轴风力机叶片形状设计法中联合控制曲线表达式，其特征在于如图1建立直角坐标系，令控制点P。为坐标原点，控制点PpP2所在直线为横坐标轴，P(t)为叶片曲线上的点，那么叶片曲线表达式为:
4.根据权利要求2所述的四个控制变量，其特征在于:对于2叶片风轮，叶片弦长L的优化范围是风轮直径的0.5 0.75倍；叶片偏向控制系数Kx优化范围是0.4 0.7，叶片高度控制系数Ky优化范围是0.4 01，叶片宽度控制系数Ka优化范围是0.2 0.35 ;对于多叶片风轮的四个控制变量优化范围随叶片数调整，调整后四个控制变量优化范围仍在本发明权利要求范围内。
5.根据权利要求2所述的四个控制变量，其特征在于通过优化计算方法选择出四个控制变量的最优组合方案，如正交试验等一切可选择出四个控制最优组合方案的优化计算方法都在本发明权利要求范围内。
全文摘要
本发明属于风力机领域，涉及了一种S型垂直轴风力机叶片形状设计方法，是一种基于多次Bezier函数的叶片形状设计方法，并配有叶片设计曲线表达式，表达式中包含四个控制变量(1)叶片弦长L；(2)叶片偏向控制系数Kx；(3)叶片高度控制系数Ky；(4)叶片宽度控制系数Ka。通过对上述四个控制变量优化组合，可得到理论上风能利用效率最高的S型垂直轴风力机。本发明所述的叶片优化设计方法一方面可以获得所有有效的设计模型，避免了无效模型的筛选、计算等问题；另一方面控制变量的调整方法简单易控，有效调整水平精准高效，结合简单优化计算，可以凭借最少的计算模型获得理想的优化设计结果。
文档编号F03D3/06GK103174585SQ201310084328
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月15日 优先权日2013年3月15日
发明者刘竹青, 刘继昂, 丁涛 申请人:中国农业大学