[发明专利]翼型集成与B样条结合的中等厚度翼型设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力机翼型设计领域，特别是一种设计中等厚度风力机翼型的方法。

背景技术

对于风力机来说，准确的预测到风能捕获率和结构特性显得尤为重要，但这些都有赖于翼型气动特性的设计。在风力机翼型气动设计的过程中，一个关键的因素就是使用专用的风力机翼型来提高能源捕捉率以及降低单位发电量成本。风力机翼型的发展在某种程度上来说是建立在低速翼型应用的基础上的，例如滑翔机翼型、FX-77翼型以及NASA LS翼型等。为了适应风力机运行工况要求，从20世纪80年代中期国外开始研制风力机专用翼型，目前已经开发了多个系列的翼型，主要有美国的NREL-S系列翼型、丹麦的系列翼型、荷兰的DU系列翼型和瑞典的FFA-W系列翼型。在国内，对风力机专用翼型的研究工作刚起步，比较先进的方法是基于广义泛函及儒科夫斯基保角变换的翼型参数化集成表达方法。该方法将近似于圆的图形通过儒科夫斯基保角变换生成翼型，改变其控制方程中的系数就能够控制翼型型线，通过这种方法，已优化出性能较好的翼型,该方法的研究为我国自主研发新型风力机叶片奠定了良好的基础。然而在对翼型泛函集成参数化表达方法进行研究过程中发现，此方法能够很好的设计出性能较好的相对较薄的翼型（最大相对厚度12%～21%），但是对于中等厚度或者大厚度的翼型（最大相对厚度≥25%），很难优化出性能较好的翼型。该集成方法理论上能够设计出性能较好的各种厚度的翼型，但是当厚度较大时，其设计变量的范围将很难以界定，这使得对翼型的型线难以控制，翼型的尾缘处大都较为平滑，如图1实线所示的翼型，影响了翼型的气动性能。

发明内容

本发明的目的就是提供翼型集成与B样条结合的中等厚度翼型设计方法，它可以有效控制翼型尾缘部分型线，有利于翼型气动性能的提高，设计出来的翼型的升阻率显著提高，提高了风轮的功率。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有翼型集成与B样条结合的中等厚度翼型设计方法，具体步骤如下：

1）翼型型线由翼型集成公式和B样条曲线公式表达

翼型集成公式为：

x=(r+a2/r)cosθy=(r-a2/r)sinθ]]>

式中，x为翼型横坐标，y为翼型纵坐标；r为翼型在平面ζ中的矢径，a_k、b_k为系数，θ为幅角，a为1/4翼型弦长；

采用三次B样条曲线矩阵形式来表示下翼面后缘坐标：