[发明专利]一种风力机翼型的多学科优化设计方法

摘要

本发明公开了一种风力机翼型的多学科优化设计方法，根据风力机叶片大型化和运行环境多样化的性能需求，同时对翼型的气动性能、结构属性及声学特性进行优化，将翼型各性能需求参数化，结合权重系数法构建翼型的多学科优化目标函数，结合最优化算法构建风力机翼型的最优化设计体系，采用数值预测表明，采用本发明的风力机翼型的多学科优化设计方法设计出的新翼型在不显著增加气动声压级的条件下在翼型的气动效率，非设计点性能，变工况稳定性以及结构多方面实现了提升，同时翼型的工作范围得到了优化，具有较低的失速特性参数和性能稳定性参数。

主权项

一种风力机翼型的多学科优化设计方法，根据风力机叶片大型化和运行环境多样化的性能需求，同时对翼型的气动性能、结构属性及声学特性进行优化，其特征在于，所述设计方法包括如下步骤：SS1.将翼型各性能需求参数化，结合权重系数法构建翼型的多学科优化目标函数f_x，所述多学科优化目标函数f_x包括气动性能目标子函数f_a、结构属性目标子函数f_g及声学特性目标子函数f_s，所述多学科优化目标函数f_x与各目标子函数f_a、f_g、f_s之间的关系为：f_x＝w_af_a+w_gf_g+w_sf_s，其中，w_a、w_g、w_s分别为目标子函数f_a、f_g、f_s的权重系数；SS2.根据目标翼型在风力机叶片的展向位置处的实际运行雷诺数和攻角范围，确定目标翼型的设计雷诺数和设计攻角；SS3.给定初始翼型的几何坐标，所述初始翼型的最大相对厚度与目标翼型基本相同；SS4.选定优化算法对目标函数f_x进行优化，得到目标翼型，其中，对目标函数f_x的优化包括翼型几何解析、翼型结构分析、翼型气动分析、翼型噪声分析及模型定义和算法选择；其中，所述模型定义和算法选择实现翼型设计变量上下区间的设定、翼型目标约束参数具体设置，翼型多目标函数中各目标子函数的权重系数、归一化因子的设置，以及最优化方法的选择和定义，其中，根据初始翼型的几何特征和几何兼容性的要求，确定翼型设计变量的上下界；根据目标翼型在风力机叶片的展向位置处的性能需求分配各目标子函数的权重系数；在翼型优化过程中，以翼型的相对厚度T、截面二阶惯性矩I_yy、设计升力系数c_l,design、非设计攻角域Δα、最大升力系数c_l,max、失速平缓特征参数M_stall、固定转捩条件下的最大升力系数cl_max,ft、随雷诺数变化稳定率S_re、随表面粗糙状况稳定率S_sf、总声压级增量ΔS_pl,total为约束参数。优选地，各约束参数的约束条件为T＝0.21，I_yy>0.1975，c_l,design>1.25，Δα>5，c_l,max<1.85，M_stall<100，cl_max,ft>1.5，S_re<0.08，S_sf<0.09，ΔS_pl,total＜3。