[发明专利]一种S型垂直轴风力机叶片形状设计方法

说明书

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P₀^(二)、P₀^(三)重合，末点P₂^(二)、P₂^(三)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P₃、P₄两点横坐标控制叶片宽窄；由首末重合点P₀、P₂控制叶片弦长。表达式中引入：(1)叶片弦长L；(2)叶片偏向控制系数K_x；(3)叶片高度控制系数K_y；(4)叶片宽度控制系数K_a，则控制点坐标可以改写为：P0（0,0）、P1（L·k_x,L·k_y）、P2（L,0）、P3(23L·kx-L·ka,23L·ky),]]>P4(23L·kx+13L+L·ka,23ky).]]>