[发明专利]风力机叶片气动外形协同设计方法

权利要求书

1.风力机叶片气动外形协同设计方法，其特征在于：包括风力机叶片的气动外形设计，所述风力机叶片的气动外形设计包括以下步骤：

1）设定参数化翼型型线表达式，设定叶尖速比λ、叶片设计半径R，叶素当地半径r，叶片数B，收敛容许偏差tol，计算精度m；

2）设定α(0)和α’(0)的初值α(0)=1/n，α’(0)=0；n为自然数；

3）采用下式计算入流角φ：

，其中r为叶素展向半径，ω为叶片旋转角速度，ρ为空气密度，V₀为风速；

4）采用下式分别计算叶尖损失因子F和F1：

，其中，  ，R为风轮半径；           

  ，其中，                  

式中B表示为叶片数；

5）采用下式分别计算切向力系数C_x和法向力系数C_y：

  ，

  ；式中为翼型升力系数，为翼型阻力系数，C_x和C_y分别为切向力系数和法向力系数；

6）采用下式计算风能利用系数(0)：

；

式中α为轴向诱导因子，α’为周向诱导因子，σ表示叶片实度，计算(0)时，α和α’分别赋值为α(0)和α’(0)；

为叶素所在展长处当地速比， =X * r/R，其中X为叶尖速比，r为翼型截面当地半径，R为风轮半径；

7）进入循环，即在一定的轴向和周向诱导因子时，利用协同设计模型迭代求解，直至(1)与(0)的变化小于设定容许偏差tol，完成一次计算；

8）重复上述步骤2）~7），在步骤2）中，设定α(n)和α’(n)的初值a(n)=（i/n），a’(n)=（0），n为大于1的整数，通过上述步骤，依次分别求得(2)，(3)…(n)； i即循环变量，为1，2，3，…n；

9）比较(1)，(2)…(n)大小，求得最大以及对应的α，α’；

10）计算叶片当地其他几何参数，包括叶片扭角，实度，弦长和厚度，得到翼风动机叶片气动外形的相关参数。

2.根据权利要求1所述的风力机叶片气动外形协同设计方法，其特征在于：所述方法还包括以及利用风力机叶片的数学模型，针对沿叶片展向不同位置风力机专用翼型的设计要求，以二维风能利用系数为优化目标的风力机翼型设计；

所述风力机翼型设计包括下列步骤：

1）根据Taylor级数思想，将函数表达为：

     ；

2）设定r为翼型在平面中的矢径，表示为： 

                         ；

3）将步骤1）、2）的翼型的、r代入下列所述的型线表达方式，

    ，式中，x为翼型横坐标，y为翼型纵坐标；θ为幅角；

通过选取不同的k，得到不同的a_k，b_k，就可以表达任意形状的翼型，当k取n时，当k取n时，那么变量X = [a₁,b₁,a₂,b₂,a₃,b_{3，……，}a_n,b_n]即为控制翼型形状的变量和参数。

3.根据权利要求1所述的风力机叶片气动外形协同设计方法，其特征在于：，

在优化时，对变量X进行约束，即X须满足下列的限制条件：

  ；

分别表示设计变量的上限和下限值，取值为：。

4.根据权利要求1或2或3所述的风力机叶片气动外形协同设计方法，其特征在于：当n为3时，满足以下优化条件：

。