基于仿鸽子翼型的风力机叶片结构气动性能分析
发布时间：2021-09-01 07:06
对风力机轻风启动,有效利用风能进行研究。利用仿生耦合技术通过对鸽子翼型数据提取,建立仿生模型。基于NACA0015翼型及鸽子数据特征,将优缘凸起、后缘凸起及前后缘凸起三类翼型与NACA0015翼型进行对比,分析得到翼型上下表面压力分布、表面流场变化、剪切应力分布及增升减阻各气动系数,当失速攻角为16°、马赫数为0.073条件下,仿生翼型在提高升力方面比NACA0015提高了31.98%、降低阻力达到了10.62%,仿生翼型对表面流体起到了有效改善,改变结构的翼型对提高升力,降低阻力有了很大的提高。
【文章来源】：长春理工大学学报(自然科学版). 2018,41(01)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
仿生翼型设计流程
对鸮类的减阻降噪发挥了作用［8］；通过研究发现鸽子的羽毛表面有一个典型的非光滑结构，羽毛沿着羽轴呈现放射状模式分布［9］，形成了表面凹凸结构外缘。本研究依据仿生耦合技术［10-13］，基于NACA0015翼型数据及鸽子前缘序贯排列结构通过图1路径进行优化，设计连续的仿生耦合凹凸结构，使得前缘产生反向旋转涡，抑制湍流，提高翼型升力。图1仿生翼型设计流程1翼型数据提取及优化通过逆向工程对鸽子翅翼进行点云数据提取，设备为长春中锐汽车零部件有限公司三综合实验室的法如HD蓝光三维扫描仪，如图2所示，仪器精度为0.01mm，测量范围为1.81m，内置触摸屏PC及携带高精度三维扫描头。利用光学原理非接触式点数据测量方法，这种方法主要应用于表面复杂性和表面变化大对精度要求不高的物理测量［14］。通过测量鸽子翅翼宽170mm、翼展长为252mm，如图3所示，进行点云数据采集后进行数据拟合，运用逆向软件CATIA对数据处理，生成高质量的曲线，利用创成式外形设计和自由曲面生成最优曲面。图2法如HD蓝光三维扫描仪图3鸽子翅翼2仿生翼型叶片分析设计2.1流体动力学分析当流体流过翼型叶片时，翼列速度三角向量关系图如图4所示。在切线方向以速度u运动，流体以速度W1及入口角β1流入翼列，以速度W2及出口角β2流出翼列，推导计算示意图如图5所示［15］。图4旋转翼列对流体作用图图5叶片计算示意图其中：W1：流体流入叶片的相对速度，m/s；W2：流体流出叶片的相对速度，m/s；W∞：流体流经叶片的相对平均速度，m/s；W1u：W1径向速度分量，m/s；W2u：W2径向速度分量，m/s；W∞u：W∞径向速度分量，m/s；△Cu：流体经过翼列的径向速度差?
?路径进行优化，设计连续的仿生耦合凹凸结构，使得前缘产生反向旋转涡，抑制湍流，提高翼型升力。图1仿生翼型设计流程1翼型数据提取及优化通过逆向工程对鸽子翅翼进行点云数据提取，设备为长春中锐汽车零部件有限公司三综合实验室的法如HD蓝光三维扫描仪，如图2所示，仪器精度为0.01mm，测量范围为1.81m，内置触摸屏PC及携带高精度三维扫描头。利用光学原理非接触式点数据测量方法，这种方法主要应用于表面复杂性和表面变化大对精度要求不高的物理测量［14］。通过测量鸽子翅翼宽170mm、翼展长为252mm，如图3所示，进行点云数据采集后进行数据拟合，运用逆向软件CATIA对数据处理，生成高质量的曲线，利用创成式外形设计和自由曲面生成最优曲面。图2法如HD蓝光三维扫描仪图3鸽子翅翼2仿生翼型叶片分析设计2.1流体动力学分析当流体流过翼型叶片时，翼列速度三角向量关系图如图4所示。在切线方向以速度u运动，流体以速度W1及入口角β1流入翼列，以速度W2及出口角β2流出翼列，推导计算示意图如图5所示［15］。图4旋转翼列对流体作用图图5叶片计算示意图其中：W1：流体流入叶片的相对速度，m/s；W2：流体流出叶片的相对速度，m/s；W∞：流体流经叶片的相对平均速度，m/s；W1u：W1径向速度分量，m/s；W2u：W2径向速度分量，m/s；W∞u：W∞径向速度分量，m/s；△Cu：流体经过翼列的径向速度差，m/s；u：翼列旋转速度，m/s；Cm：轴向的速度分量，m/s；H：升力，N；CL：升力系数；通过分析，升力可以表示为：96
【参考文献】：
期刊论文
[1]仿蝗虫跳跃机器人的后腿跳跃机械结构设计[J]. 徐成宇,朱人杰,张宝庆,曹晓捷,张连青,袁慧静,熊梦强. 长春理工大学学报(自然科学版). 2016(04)
[2]加装翼尖小翼的仿生机翼在临近空间的气动性能分析[J]. 张冀,陈柏松,华欣. 重庆师范大学学报(自然科学版). 2015(06)
[3]小型风力机翼羽仿生耦合桨叶结构研究[J]. 高艺,徐成宇,曹国华. 农业机械学报. 2014(06)
[4]小型仿人机器人步行稳定控制方法研究[J]. 李光日,黄强,徐乾,李国栋. 长春理工大学学报(自然科学版). 2014(03)
[5]基于鸮翼的仿生翼型噪声机理研究[J]. 葛长江,葛美辰,梁平,张志辉,任露泉. 农业机械学报. 2013(S1)
[6]客车后舱门开口对发动机舱体散热的影响[J]. 王晶,张成春,张春艳,任露泉. 农业机械学报. 2012(09)
[7]九大仿生应用:翠鸟嘴巴帮日本新干线降噪[J]. 科技传播. 2011(17)
[8]信鸽羽毛非光滑表面形态学及仿生技术的研究[J]. 周长海,田丽梅,任露泉,赵维福,张锐,张世村. 农业机械学报. 2006(11)
[9]仿生非光滑表面脱附与减阻技术在工程上的应用[J]. 田丽梅,任露泉,韩志武,施卫平,丛茜. 农业机械学报. 2005(03)
[10]仿生学的意义与发展[J]. 路甬祥. 科学中国人. 2004(04)
博士论文
[1]海鸥翅翼气动性能研究及其在风力机仿生叶片设计中的应用[D]. 华欣.吉林大学 2013
本文编号：3376509
【文章来源】：长春理工大学学报(自然科学版). 2018,41(01)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
仿生翼型设计流程
对鸮类的减阻降噪发挥了作用［8］；通过研究发现鸽子的羽毛表面有一个典型的非光滑结构，羽毛沿着羽轴呈现放射状模式分布［9］，形成了表面凹凸结构外缘。本研究依据仿生耦合技术［10-13］，基于NACA0015翼型数据及鸽子前缘序贯排列结构通过图1路径进行优化，设计连续的仿生耦合凹凸结构，使得前缘产生反向旋转涡，抑制湍流，提高翼型升力。图1仿生翼型设计流程1翼型数据提取及优化通过逆向工程对鸽子翅翼进行点云数据提取，设备为长春中锐汽车零部件有限公司三综合实验室的法如HD蓝光三维扫描仪，如图2所示，仪器精度为0.01mm，测量范围为1.81m，内置触摸屏PC及携带高精度三维扫描头。利用光学原理非接触式点数据测量方法，这种方法主要应用于表面复杂性和表面变化大对精度要求不高的物理测量［14］。通过测量鸽子翅翼宽170mm、翼展长为252mm，如图3所示，进行点云数据采集后进行数据拟合，运用逆向软件CATIA对数据处理，生成高质量的曲线，利用创成式外形设计和自由曲面生成最优曲面。图2法如HD蓝光三维扫描仪图3鸽子翅翼2仿生翼型叶片分析设计2.1流体动力学分析当流体流过翼型叶片时，翼列速度三角向量关系图如图4所示。在切线方向以速度u运动，流体以速度W1及入口角β1流入翼列，以速度W2及出口角β2流出翼列，推导计算示意图如图5所示［15］。图4旋转翼列对流体作用图图5叶片计算示意图其中：W1：流体流入叶片的相对速度，m/s；W2：流体流出叶片的相对速度，m/s；W∞：流体流经叶片的相对平均速度，m/s；W1u：W1径向速度分量，m/s；W2u：W2径向速度分量，m/s；W∞u：W∞径向速度分量，m/s；△Cu：流体经过翼列的径向速度差?
?路径进行优化，设计连续的仿生耦合凹凸结构，使得前缘产生反向旋转涡，抑制湍流，提高翼型升力。图1仿生翼型设计流程1翼型数据提取及优化通过逆向工程对鸽子翅翼进行点云数据提取，设备为长春中锐汽车零部件有限公司三综合实验室的法如HD蓝光三维扫描仪，如图2所示，仪器精度为0.01mm，测量范围为1.81m，内置触摸屏PC及携带高精度三维扫描头。利用光学原理非接触式点数据测量方法，这种方法主要应用于表面复杂性和表面变化大对精度要求不高的物理测量［14］。通过测量鸽子翅翼宽170mm、翼展长为252mm，如图3所示，进行点云数据采集后进行数据拟合，运用逆向软件CATIA对数据处理，生成高质量的曲线，利用创成式外形设计和自由曲面生成最优曲面。图2法如HD蓝光三维扫描仪图3鸽子翅翼2仿生翼型叶片分析设计2.1流体动力学分析当流体流过翼型叶片时，翼列速度三角向量关系图如图4所示。在切线方向以速度u运动，流体以速度W1及入口角β1流入翼列，以速度W2及出口角β2流出翼列，推导计算示意图如图5所示［15］。图4旋转翼列对流体作用图图5叶片计算示意图其中：W1：流体流入叶片的相对速度，m/s；W2：流体流出叶片的相对速度，m/s；W∞：流体流经叶片的相对平均速度，m/s；W1u：W1径向速度分量，m/s；W2u：W2径向速度分量，m/s；W∞u：W∞径向速度分量，m/s；△Cu：流体经过翼列的径向速度差，m/s；u：翼列旋转速度，m/s；Cm：轴向的速度分量，m/s；H：升力，N；CL：升力系数；通过分析，升力可以表示为：96
【参考文献】：
期刊论文
[1]仿蝗虫跳跃机器人的后腿跳跃机械结构设计[J]. 徐成宇,朱人杰,张宝庆,曹晓捷,张连青,袁慧静,熊梦强. 长春理工大学学报(自然科学版). 2016(04)
[2]加装翼尖小翼的仿生机翼在临近空间的气动性能分析[J]. 张冀,陈柏松,华欣. 重庆师范大学学报(自然科学版). 2015(06)
[3]小型风力机翼羽仿生耦合桨叶结构研究[J]. 高艺,徐成宇,曹国华. 农业机械学报. 2014(06)
[4]小型仿人机器人步行稳定控制方法研究[J]. 李光日,黄强,徐乾,李国栋. 长春理工大学学报(自然科学版). 2014(03)
[5]基于鸮翼的仿生翼型噪声机理研究[J]. 葛长江,葛美辰,梁平,张志辉,任露泉. 农业机械学报. 2013(S1)
[6]客车后舱门开口对发动机舱体散热的影响[J]. 王晶,张成春,张春艳,任露泉. 农业机械学报. 2012(09)
[7]九大仿生应用:翠鸟嘴巴帮日本新干线降噪[J]. 科技传播. 2011(17)
[8]信鸽羽毛非光滑表面形态学及仿生技术的研究[J]. 周长海,田丽梅,任露泉,赵维福,张锐,张世村. 农业机械学报. 2006(11)
[9]仿生非光滑表面脱附与减阻技术在工程上的应用[J]. 田丽梅,任露泉,韩志武,施卫平,丛茜. 农业机械学报. 2005(03)
[10]仿生学的意义与发展[J]. 路甬祥. 科学中国人. 2004(04)
博士论文
[1]海鸥翅翼气动性能研究及其在风力机仿生叶片设计中的应用[D]. 华欣.吉林大学 2013
本文编号：3376509
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