[发明专利]一种基于多项式拟合的水平轴风力机叶片霜冰冰形形成方法

摘要

本发明公开了一种基于多项式拟合的水平轴风力机叶片霜冰冰形形成方法，包括以下步骤：采用线性插值算法，对LEWICE 2D软件或冰风洞实验得到的翼型霜冰冰形进行一、四象限以等距离为步长和二、三象限以等角度为步长的曲线拟合。应用数学降维思想，将沿叶片展向均匀分布的多个截面霜冰形状关键点坐标分别映射在摆振与挥舞面内，利用多项式拟合获得变弦长、扭角的S809翼型叶片霜冰冰形，提出基于多项式拟合的叶片霜冰冰形形成方法。本发明的水平轴风力机叶片霜冰形成方法，使叶片的三维霜冰冰形分析不必考虑学科交叉，且计算过程简单可靠。

主权项

1.一种基于多项式拟合的水平轴风力机叶片霜冰冰形形成方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤(1)，翼型霜冰冰形拟合：以等距离和等角度相结合为步长的线性插值方法(简称LIEEAS)对LEWICE 2D软件或冰风洞实验得到的翼型霜冰冰形进行拟合，即第一、四象限采用以等距离为步长以及第二、三象限采用以等角度为步长；在第一、四象限，以结冰翼型的x坐标进行等距离插值，获得相同数量的描述冰形形状特征的关键点；在第二、三象限，以未结冰翼型的翼弦为x轴、结冰冰形与x轴的交点M和N的连线中点为坐标原点建立图1所示直角坐标系，任意选取两个冰形特征关键点(x_a，y_a)和(x_b，y_b)，插值后的(x_i，y_i)、(x_i‑1，y_i‑1)、(x_i+1，y_i+1)和坐标原点(0，0)的连线与x轴正向的夹角α分别为θ、θ+dθ、θ+2dθ，以角度dθ为步长进行线性插值，有效地增加了描述翼型前缘霜冰冰形特征的关键点数量；以等角度为步长的冰形插值关键点公式为：式中，α为插值后坐标点与x轴正向的夹角，(x_a，y_a)和(x_b，y_b)为结冰后翼型曲线上的坐标点；(x_i，y_i)、(x_i‑1，y_i‑1)、(x_i+1，y_i+1)为插值后所得的冰形特征坐标点；所述步骤(1)中翼型采用美国可再生能源实验室(NREL)的风力机专用翼型S809；步骤(2)，水平轴风力机叶片霜冰冰形形成：利用LIEEAS方法对叶片展向多个截面的二维霜冰冰形进行拟合，以使叶展任意位置处翼型具有相同数量的冰形特征关键点；应用数学降维思想，将结冰后相邻截面的冰形关键点分别投影在叶片摆振和挥舞平面内，进而采用多项式进行摆振和挥舞面内冰形投影点的拟合，形成描述叶片表面霜冰冰形的空间曲线(简称BRISF方法)；将长为h的叶片沿展向(定义为z轴)分为m段，翼型霜冰冰形拟合后冰形关键点数为n，则构成n条具有m+1组空间离散点的叶片冰形空间曲线，多项式拟合公式为：式中，x_ij，y_ij，z_ij分别为第i条空间曲线上第j个点的翼弦、垂直翼弦和叶展方向的坐标；p₁，p₂，p₃，…p₆为多项式拟合参数；步骤(3)，通过步骤(1)至步骤(2)实现基于多项式拟合的水平轴风力机叶片霜冰冰形形成方法。