[发明专利]一种变速风机叶片的多工况气动优化的改进方法

权利要求书

1.一种变速风机叶片的多工况气动优化的改进方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、对控制点进行初始化，利用贝塞尔曲线拟合初始叶片的弦长和扭角曲线，得到控制点的初始值；同时构建初始表格，该表格为最优叶尖速比-设计叶尖速比-权重表，表格包含上述三种参数；

步骤2、利用贝塞尔曲线的控制点生成叶片气动外形，该外形包括弦长和扭角分布；

步骤3、判断叶片外形是否满足所有约束条件，若满足，执行步骤4，否则，将目标函数值设为零，执行步骤7；

步骤4、调用Bladed软件计算风能利用系数和叶尖速比的关系曲线以及最优叶尖速比λ_opt；所述风能利用系数和叶尖速比的关系曲线为Cp-λ曲线；

步骤5、根据最优叶尖速比λ_opt更新目标函数，确定需要考虑的工况以及对应工况的权重系数μ_j；

所述目标函数为：

式中，K是设计叶尖速比λ_j的个数，是在λ_j处的风能利用系数，μ_j是在处的权重系数，并且满足0＜μ_j＜1和是在λ_j处的来流风能比例，P_favg是平均风能捕获效率；

根据最优叶尖速比λ_opt更新目标函数包括以下步骤：

步骤5-1、将最优叶尖速比λopt与步骤1中的最优叶尖速比-设计叶尖速比-权重表进行比对，若最优叶尖速比λopt已经存在，则直接进行查表，更新权重；否则，进行步骤5-2；

步骤5-2、将步骤4中计算得到的最优叶尖速比λ_opt的新的风轮外形，基于风力机闭环系统进行动态仿真，得到来流风能分布从而确定设计叶尖速比λ_j和权重μ_j，具体步骤如下：

步骤5-2-1、按照来流风能分布依次递减的顺序选择设计叶尖速比区间直到满足条件其中r_tot为90％；

步骤5-2-2、将步骤5-2-1中确定的区间中点作为对应设计叶尖速比λ_j，相应的权重系数μ_j由下式确定：

步骤6、计算目标函数值，得到平均风能捕获效率P_favg；

步骤7、判断是否满足终止条件，若不满足，通过调用遗传算法产生新一代个体，转向步骤2；若满足，则输出最优叶片的气动外形。

2.根据权利要求1所述的一种变速风机叶片的多工况气动优化的改进方法，其特征在于，步骤3中约束条件为：

1)弦长变化不超过初始叶片弦长的1.05倍；

2)弦长变化不低于初始叶片弦长的0.8倍；

3)叶片弦长和扭角曲线平滑过渡，从最大值位置开始直到叶尖位置的弦长和扭角均单调递减。

3.根据权利要求1所述的一种变速风机叶片的多工况气动优化的改进方法，其特征在于，步骤7终止条件是指：

1)遗传代数不超过500代；

或者，

2)遗传算法连续计算300代，目标函数的值未变化。