风力机翼型正设计方法及风力机翼型族的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种风力机翼型正设计方法，即先建立翼型型线的泛函集成表征式，再根据该表征式建立优化设计模型，最后根据目标函数选择表征式的不同项数和系数来完成目标翼型的设计；与传统的反设计方法相比，本发明提出的方法更为直接，翼型优化设计过程更为高效、精准；本发明还公开了一种风力机翼型族，其升力系数高，具有较高的升阻比，失速较晚，能提高风力机的输出功率，降低风力发电成本，从而促进风电产业的大力发展，为风力机新型翼型的开发提供了新的思路。
【专利说明】风力机翼型正设计方法及风力机翼型族
【技术领域】
[0001] 本发明属于风力机翼型设计领域，具体涉及一种风力机翼型正设计方法及风力机 翼型族。
【背景技术】
[0002] 翼型的性能对风力机的气动性能具有决定性的影响，高性能翼型的研究是风力机 发展的一项基础性研究。高升力、低阻力的翼型一直是翼型设计中所追求的目标。对于翼 型的气动外形设计目前通常采用反设计方法，这种方法是根据给定希望达到的气动特性， 压力分布以及初始的基本翼型，通过几何和流动控制方程，逐步逼近给定的气动特性。这种 设计方法不够直接，设计过程也比较耗时，而且往往逼近的结果不够准确。因此，直接从翼 型的形状表达出发，寻找一种更为直接高效的设计方法，就显得尤为必要。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种过程简单、结果精确度高，且满足高升率、 低阻率要求的风力机翼型正设计方法及风力机翼型族。
[0004] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种风力机翼型正设计方法，主要包 括以下步骤：
[0005] 1)对z平面上的任意一个偏心圆进行儒科夫斯基变换，得到ζ平面上的一个翼 型：
[0006]ζ=f(z) =z+a2/z;其中a为 1/4 翼型弦长；
[0007] 2)将步骤1)式的翼型用笛卡儿坐标表示为： I,二--(" " "Icos沒
[0008]。其中ζ为翼型横坐标，η为翼型纵坐标，r为翼型的矢径长 I// ^(r-a~/r)sint/ 度，Θ为幅角；
[0009] 3)r是一个关于Θ的函数，表示为：
[0010] r=aexp?6〇);其中供(的为可取函数；
[0011] 4)基于Taylor级数思想，将可取函数表示为：
【权利要求】
1. 一种风力机翼型正设计方法，其特征在于主要包括以下步骤： 1) 对Z平面上的任意一个偏心圆进行儒科夫斯基变换，得到ζ平面上的一个翼型： ζ=f(z) =z+a2/z;其中a为1/4翼型弦长； 2) 将步骤1)式的翼型用笛卡儿坐标表示为： Ic-(τΛ-α1 /r)cos^9 '、.其中ξ为翼型横坐标，η为翼型纵坐标，r为翼型的矢径长度，= (r-a/r)s\n& θ为幅角； 3)r是一个关于Θ的函数，表示为： r=aexp〇(<9));其中为可取函数； 4) 基于Taylor级数思想，将可取函数060表示为： φ(θ)- a, (I - cosi?) + /?, sinθ + α2{\-cosi?)2 +h2 sin1 ^ +... + (I - cos^)A +hk sin*Θ + ..., k= 1,2,3,·-·η； 5) 将步骤4)逐步代入到步骤3)与步骤2)中，通过选取不同的W的，即可得到各种不 冋性能的翼型； 6) 将翼型的升阻比作为目标函数，建立翼型型线的极值优化模型： f(x) =max(Cl/Cd);其中Cl为翼型升力系数，Cd为翼型阻力系数； 7) 选择步骤4)中可取函数供(的的前n项系数为优化设计变量，记作： X - (X1, X2, X3，X4，X5，· · · Xn); 8) 对步骤7)中的设计变量进行赋值，逐步代入到步骤4)、3)和2)中，对得到的翼型进 行升阻比计算，然后再根据步骤6)即可得到升阻比最大的翼型。
2. -种风力机翼型，其特征在于：通过权利要求1所述的风力机翼型正设计方法对翼 型进行优化设计，施加约束：t/c= 15% ;其中t为翼型的最大厚度，c为翼型的弦长；翼型 的最大相对厚度位于弦长的〇. 2 <x/c< 0. 3处；以可取函数河的的前6项系数为优化 设计变量，其中=X1 = 〇· 0815,X2 = 0· 1000,X3 = 0· 0002,X4 = 0· 0275,X5 = 0· 0089,X6 = 0·0001。
3. -种风力机翼型，其特征在于：通过权利要求1所述的风力机翼型正设计方法对翼 型进行优化设计，施加约束：t/c= 18% ;其中t为翼型的最大厚度，c为翼型的弦长；翼型 的最大相对厚度位于弦长的〇. 2 <x/c< 0. 3处；以可取函数炉(的的前6项系数为优化 设计变量，其中=X1 = 〇· 1340,X2 = 0· 1046,X3 = 0· 0001，X4 = 0· 0002,X5 = 0· 0019,X6 = 0.0269。
4. 一种风力机翼型，其特征在于：通过权利要求1所述的风力机翼型正设计方法对翼 型进行优化设计，施加约束：t/c= 21% ;其中t为翼型的最大厚度，c为翼型的弦长；翼型 的最大相对厚度位于弦长的〇. 2 <x/c< 0. 3处；以可取函数炉(的的前6项系数为优化 设计变量，其中=X1 = 〇· 0500,X2 = 0· 1324,X3 = 0· 0503,X4 = 0· 0480,X5 = 0· 0064,X6 = 0·0001。
【文档编号】F03D11/00GK104317992SQ201410534926
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月11日 优先权日:2014年10月11日
【发明者】王旭东 申请人:重庆工商大学