基于气动性能与刚度特性的风力机翼型优化设计

发布时间：2021-10-20 15:17

　　结合翼型泛函集成理论与叶片截面刚度矩阵数学计算模型,提出了风力机中等厚度翼型气动性能与结构刚度特性的一体化设计方法,实现了翼型气动性能与叶片截面刚度特性的同时提高。对考虑叶片截面铺层参数变化设计的WQ-B300翼型与DU97-W-300翼型进行了气动性能与结构刚度特性对比分析,结果表明:相比于DU97-W-300翼型,WQ-B300翼型的气动性能与叶片截面刚度性能均有显著提高,其挥舞刚度和摆振刚度分别提高了6.2%和8.4%,验证了该设计方法的可行性,给风力机中等厚度及大厚度翼型设计提供了一种思路。 

【文章来源】：中国机械工程. 2020,31(19)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

一般翼型的转化变化

风力机叶片的截面结构如图2所示,主要由叶片前缘、主梁、尾缘及腹板组成,每一部分均由不同复合材料层合板铺设而成。在计算叶片截面刚度特性时,利用离散化及等效刚度叠加思想[13-14],将叶片截面沿着风力机翼型廓线方向离散成若干单元,该区域单元等效特性通过单元中各铺层的有效工程常数加权得到,其中有效工程常数利用复合材料层合板理论来计算,而各区域单元的叶片结构特性则通过各区域单元的等效特性叠加计算得到。由此,便可获得整个风力机叶片的截面刚度特性。在进行叶片截面刚度矩阵计算时,叶片翼型的气动形状及截面铺层参数尤为重要,其中翼型廓线直接决定叶片气动性能,内部铺层参数(铺层厚度、铺层角度及铺设顺序等)直接决定叶片的刚度特性。风力机叶片截面离散后,若干个层合板组成各离散单元。而每个铺层的有效工程常数可由下式计算:

式中,i表示离散单元中的第i个铺层;m为该离散单元的层合板总层数;E x,i ply 为离散单元中第i层的有效弹性模量;t i ply 为该离散单元中第i个层合板厚度;A i ply 为离散单元中第i个层合板截面积;wseg为该离散单元的宽度;G xy,i ply 为有效剪切模量。利用加权法同样可以计算叶片截面弹性中心:

【参考文献】：
期刊论文
[1]叶片表面粗糙条件下钝尾缘翼型优化设计[J]. 张旭,张孟洁,王格格,李伟,阮江涛.  中国机械工程. 2019(06)
[2]几何特性对风力机翼型粗糙度敏感性的影响[J]. 刘洪鹏,严儒井,王玉忠,王擎.  机械工程学报. 2018(14)
[3]风力机叶片翼型型线集成设计理论研究[J]. 王旭东,陈进,张石强.  中国机械工程. 2009(02)



本文编号：3447138