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翼型型线的参数表达式探讨

机械设计与制造 2015年第3期 69-72页

作者：姜海波程忠庆赵云鹏海军工程大学勤务学院天津300450

为便于对翼型进行反向设计和数字化设计,研究了用解析函数的参数表达式生成翼型型线或逼近已有翼型型线的数学方法。对儒科夫斯基翼型型线函数进行泰勒级数展开并略去3阶以上小量,获得了由中弧线-厚度函数组成的翼型函数,经过扩展定义,... 详细信息

为便于对翼型进行反向设计和数字化设计,研究了用解析函数的参数表达式生成翼型型线或逼近已有翼型型线的数学方法。对儒科夫斯基翼型型线函数进行泰勒级数展开并略去3阶以上小量,获得了由中弧线-厚度函数组成的翼型函数,经过扩展定义,得到翼型的一般表达式,分析了式中常数取值对翼型形状的影响,给出了若干示例。研究表明,中弧线-厚度函数表示的参数表达式结构简单且几何意义明确,适合表达翼型形状;可通过增加厚度函数项的方式得到后缘光滑翼型;一些简单翼型可用一个单闭参数公式表达,复杂翼型可用上、下型线公式分别表达;按规律对翼型函数中的常数赋值,可以方便地生成预期形状的翼型图像,或逼近已有翼型形状。

关键词：翼型设计翼型型线中弧线函数厚度函数解析函数参数表达式

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风力机叶片翼型型线集成设计理论研究

中国机械工程 2009年第2期10卷 211-213,228页

作者：王旭东陈进 Wenzhong Shen 张石强重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030 Technical University of Denmark Lyngby DK-2800

在叶片翼型设计过程中,提出了翼型型线的集成设计理论和方法,阐述了保角变换理论及其在翼型设计过程中的应用,引入了级数思想,推导出了能够广泛应用的翼型集成表达式,构造出了三种典型的翼型曲线,最后对常用的两种翼型进行了集成表达,... 详细信息

在叶片翼型设计过程中,提出了翼型型线的集成设计理论和方法,阐述了保角变换理论及其在翼型设计过程中的应用,引入了级数思想,推导出了能够广泛应用的翼型集成表达式,构造出了三种典型的翼型曲线,最后对常用的两种翼型进行了集成表达,并比较分析了级数项对翼型形状的影响,验证了函数表达方程的集成性和通用性。该研究突破了现有翼型数学模型固有特性的限制,提出的函数集成表达方式能够表征翼型的本质特征,为风力机叶片翼型的优化设计理论与方法研究拓宽了思路。

关键词：风力机翼型型线集成设计通用性

空气重量比拟压差的风电叶片翼型型线理论及应用研究

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空气重量比拟压差的风电叶片翼型型线理论及应用研究

作者：张峻华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

随着化石能源的过度开发使用,全球二氧化碳排放量日渐增加,温室效应加剧,寻求发展新能源已是迫在眉睫。风能作为取之不尽用之不竭的清洁资源,正逐渐被人们所重视,而风力发电机作为捕获风能并将其转化成电能的重要装置,其中叶片发挥着至... 详细信息

随着化石能源的过度开发使用,全球二氧化碳排放量日渐增加,温室效应加剧,寻求发展新能源已是迫在眉睫。风能作为取之不尽用之不竭的清洁资源,正逐渐被人们所重视,而风力发电机作为捕获风能并将其转化成电能的重要装置,其中叶片发挥着至关重要的作用,翼型作为组成叶片的重要组成部分,目前领域学者都在积极地探索研发,致力于高效翼型的设计工作。目前主流的风电叶片翼型主要有NACA系列、DU系列以及FFA-W翼型系列等,但这些翼型的原始理论及数据仍处于保密阶段,于是国家以及各企业高校都在致力于对翼型理论的建立,希望从根本上获取珍贵的翼型数据,同时在不断模拟实践中完善翼型理论。本文在充分研究流动空气与风电叶片翼型之间的相互作用时发现:实际上,在水平面内的空气流动是因为前后空气团之间的压差导致的,而气流在翼型表面流动时亦是如此,翼型表面各处的压强皆不相同,正是由于这样的压强差促使气流在翼型表面流动。然而翼型表面的气流流动复杂,空气团前后压差的测量很难实现且不易求解。经过深入研究发现:水平面内空气团在压差下流动与竖直平面内空气团在重量作用下流动是否具有一样的效果?且空气团的重量可以通过计算得到。因此本文主要工作如下:(1)提出了空气重量比拟压差的方法:即,将水平平面内在压差作用下流动的空气比拟为在真空中竖直平面内靠空气重量流动的空气。(2)以(1)中空气重量比拟压差的方法建立了风电叶片翼型理论,该理论的核心思想是:假设整个系统处于真空中,在竖直平面内存在某个曲线使得空气团在重力作用下由一点沿着该曲线滑向另一点所用时最短,以此曲线作为翼型的型线,将两点的连线作为翼型弦长,则该曲线在此段时间内截获的空气团最多,从而将捕获的能量更多地转化为机械能。(3)以上述空气重量比拟压差理论计算得到了该翼型型线的数学表达式,基于该翼型型线,构造了风电叶片翼型(在这里叫SJX翼型)。(4)通过Fluent模拟仿真验证本文所设计翼型的优越性,结果表明:SJX翼型其升力系数在-4°～6°攻角范围内都比翼型库中选取的3种相似翼型要高,与NACA2409-34翼型相比,升力系数最大提升率达到了 49.35%;攻角在-4°～4°范围内变化时,翼型生阻比存在明显的优势,相对于其余三种翼型,生阻比最大提升率为 64.21%。(5)应用研究:以SJX翼型设计了一个1MW的风力发电机叶片,为了验证其气动性能,与翼型库中选取的NACA2409-34翼型设计的叶片进行对比,对其进行多工况流场模拟。结果对比发现:在额定风速12m/s时,前者的输出功率为984786.39W,后者的输出功率为956769.42W,功率提升2.84%。表明以本文翼型理论构造的SJX翼型设计的风力发电机可以达到更高的输出功率,更接近设计功率,能够显著提高能量的转化率,验证了该理论的可行性。

关键词：流动空气风电叶片空气重量比拟压差翼型型线模拟仿真

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基于通用型线和网格重构的风力机翼型设计

东北大学学报（自然科学版） 2015年第9期36卷 1310-1315页

作者：孙振业陈进谢翌蒋传鸿重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

现有翼型表达大都基于控制点和初始成熟翼型,设计空间小因而不利于选出高性能翼型.基于Joukowski保角变换通用翼型形线表征形式,编程集成ICEM和FLUENT完成翼型生成、大变形网格重构、边界条件生成和流场解算,采用改进遗传算法进行高升... 详细信息

现有翼型表达大都基于控制点和初始成熟翼型,设计空间小因而不利于选出高性能翼型.基于Joukowski保角变换通用翼型形线表征形式,编程集成ICEM和FLUENT完成翼型生成、大变形网格重构、边界条件生成和流场解算,采用改进遗传算法进行高升阻比风力机翼型多学科联合设计.结果表明本平台设计的翼型在设计、非设计工况下以及主要攻角范围内有较高升力系数和升阻比.该型线集成表达和流场计算多学科设计方法,也为类似气动优化设计提供参考.

关键词：风力机翼型型线参数化表达 CFD 耦合设计

基于表面曲率连续性的风力机翼型改进设计研究

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太阳能学报 2013年第4期34卷 547-554页

作者：陈进程江涛 Shen Wenzhong Zhu Weijun 王旭东重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030 丹麦技术大学机械工程学院重庆工商大学机械工程学院重庆400067

通过对4种风力机专用翼型曲率分布与压力分布的对比分析,研究了曲率变化对压力分布变化趋势的影响规律。基于翼型型线理论,以FX66-S196-V1翼型为例,选取适当的拟合项数,通过求解其解析表达对其进行了改进设计,与原翼型的气动性能的比较... 详细信息

通过对4种风力机专用翼型曲率分布与压力分布的对比分析,研究了曲率变化对压力分布变化趋势的影响规律。基于翼型型线理论,以FX66-S196-V1翼型为例,选取适当的拟合项数,通过求解其解析表达对其进行了改进设计,与原翼型的气动性能的比较验证了该方法的准确性与实用性,从而体现了翼型型线理论的优越性,为风力机专用翼型的设计理论与方法研究拓宽了思路。

关键词：风力机翼型型线改进设计表面曲率

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基于噪声的风力机翼型优化设计研究

太阳能学报 2012年第4期33卷 558-563页

作者：程江涛陈进 ShenWenzhong ZhuWeijun 王旭东重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030 丹麦技术大学机械工程学院灵比DK-2800丹麦重庆工商大学机械工程学院重庆400067

基于翼型型线和噪声预测理论,提出以风力机设计运行攻角范围内平均效噪比为设计目标来指导翼型设计的新方法,并建立翼型的优化设计模型。选取相对厚度为21%的翼型进行了优化计算分析,得到了低噪声及高气动特性优化翼型的形状,通过与风... 详细信息

基于翼型型线和噪声预测理论,提出以风力机设计运行攻角范围内平均效噪比为设计目标来指导翼型设计的新方法,并建立翼型的优化设计模型。选取相对厚度为21%的翼型进行了优化计算分析,得到了低噪声及高气动特性优化翼型的形状,通过与风力机专用翼型DU93-W-210和FFA-W3-211的性能比较以及风洞试验测试,很好的验证了该优化方法的通用性及实用性。

关键词：风力机翼型型线优化设计噪声

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风力机翼型参数化表达及收敛特性

机械工程学报 2010年第10期46卷 132-138页

作者：陈进张石强 EECEN P J 王旭东重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030 荷兰能源研究中心

为了扩展出新的风力机翼型型线和建立便于优化统一的数学模型,基于儒可夫斯基保角变换理论和西奥道生法,提出一种通用的翼型形状参数化集成表达函数(形状函数),分析并推导生成翼型的控制条件方程,研究翼型设计空间覆盖特性情况。以FX66-... 详细信息

为了扩展出新的风力机翼型型线和建立便于优化统一的数学模型,基于儒可夫斯基保角变换理论和西奥道生法,提出一种通用的翼型形状参数化集成表达函数(形状函数),分析并推导生成翼型的控制条件方程,研究翼型设计空间覆盖特性情况。以FX66-S196-V1翼型为例,研究应用参数化集成方法生成的不同阶次拟合翼型的几何收敛特性和空气动力收敛特性,随着拟合阶次的增加,拟合翼型的几何坐标和气动性能结果向原翼型逐渐逼近,其11阶拟合翼型的气动特性能够很好的吻合原翼型。在相同工况下11阶拟合翼型升力特性、阻力特性结果与该翼型试验数据的误差很小,可以利用11阶拟合翼型代替原翼型进行风力机的设计和分析,并总结不同翼型参数化集成表达的最低拟合阶数。

关键词：风力机翼型型线参数化表达收敛特性压力分布

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基于泛函的风力机翼型形状优化设计研究

太阳能学报 2010年第5期31卷 643-646页

作者：陈进王旭东王立存重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030 重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部工程研究中心重庆400067

针对风力机翼型的形状曲线,基于广义泛函和保角变换理论,提出了具有集成和通用特性的翼型型线函数表征式。从该表征式出发,建立了翼型的优化设计模型。比起传统的反设计方法,提出了一种更为直接、高效的全新翼型优化设计方法,为风力机... 详细信息

针对风力机翼型的形状曲线,基于广义泛函和保角变换理论,提出了具有集成和通用特性的翼型型线函数表征式。从该表征式出发,建立了翼型的优化设计模型。比起传统的反设计方法,提出了一种更为直接、高效的全新翼型优化设计方法,为风力机新型翼型的开发提供了新的思路。选取相对厚度为18%的翼型进行了优化计算分析,得出了优化翼型的形状及其气动特性,通过和风力机常用翼型Ris(?)系列以及NACA系列的性能比较,很好地验证了该优化方法的可行性和优化结果的优越性。

关键词：风力机翼型型线泛函集成优化设计

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基于中弧线-厚度函数的翼型形状解析构造法

图学学报 2013年第1期34卷 50-54页

作者：姜海波赵云鹏海军工程大学勤务学院天津300450

复杂翼型几何形状的解析表达对叶片的优化设计有重要的意义,文章研究了用解析函数构造复杂翼型形状的方法。通过对儒科夫斯基翼型函数的简化,得到用中弧线-厚度函数表示翼型型线的解析表达式,对式中的相关系数和指数进行重新定义和变换... 详细信息

复杂翼型几何形状的解析表达对叶片的优化设计有重要的意义,文章研究了用解析函数构造复杂翼型形状的方法。通过对儒科夫斯基翼型函数的简化,得到用中弧线-厚度函数表示翼型型线的解析表达式,对式中的相关系数和指数进行重新定义和变换,构造出包括儒科夫斯基翼型的一般翼型型线的解析表达式;通过进一步分离上、下型线并进行重新组合的方法可构造出更复杂翼型的形状;再通过增加一个独立的厚度函数项的方法,可构造出具有光滑尾缘形状的翼型。研究表明,复杂翼型的几何形状可通过有限个参数的解析函数表达,这些参数不仅具有明确的几何意义,而且使用方便,便于调整翼型的局部形状。文中给出了用翼型、弦长和扭角函数构造风力机叶片解析函数的应用示例。

关键词：翼型翼型型线中弧线函数厚度函数解析构造法