风力机叶片优化设计方法的研究-论文.pdf

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1、2014年7月机床与液压Ju1．2014第42卷第13期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．42No．13DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2014．13．021风力机叶片优化设计方法的研究张明辉，吴家龙，潘福强(山东科技大学机械电子工程学院，山东青岛266590)摘要：基于叶素动量理论，以各叶素的风能利用系数最大为优化目标，利用MATLAB优化工具箱对200kW水平轴风力机叶片进行编程并求解。并借助MATLAB中的polflit函数分别采用三阶和五阶多项式对叶片弦长和安装角进行拟合，得出整个叶片的气动外形。进行了气动性能及载荷计算，得出

2、各叶素剖面上的空气动力载荷。取叶片上一微段，利用ANSYS的参数化建模及优化功能对叶片蒙皮、主梁和腹板的厚度进行优化设计，使叶片在满足强度要求的条件下质量最轻。结果表明：优化后质量较原来有所减少，降低了成本，为进一步研究提供了参考。关键词：风力机；叶片；优化设计中图分类号：TK83文献标识码：A文章编号：1001—3881(2014)13—080—3StudyonOptimizationDesignMethodforWindTurbineBladeZHANGMinghui，WUJialong，PANFuqiang(CollegeofMechanicalandElectronic

3、Engineering，ShandongUniversityofScienceandTechnology，QingdaoShandong266590，China)Abstract：BasedontheBladeElementMomentumMethodandusedthemaximumofwindenergyutilizationcoeficientasopti—mizationobjective，a200kWhorizontalaxiswindturbinebladewaspro~ammedandsolvedbyusingtheMATLABoptimizationtool—b

4、ox．ByusedthreeandfiveorderpolynomialinvirtueofpolyfitfunctioninMATLABtofittingthechordlengthandinstallationanglerespectively，thewholeaerodynamicshapeofthebladewasgotten．Thentheaerodynamicperformanceandloadwerecalculated，andtheaerodynamicloadofeachbladeprofilewasobtained．Finally，amicrosection

5、ofthebladewasgotten，andoptimizedanddesigned．thethicknessofitsskin，sparcapandwebbyusingparametricmodelingandoptimizationfunctionofANSYS，whichmadeittomeetthelightestweightundertheconditionsofthestrengthrequirements．Theresuhsshowthattheweightafteroptimizationislessthantheorigina1．Itreducestheco

6、standprovidesareferenceforfurtherstudy．Keywords：Windturbine；Blade；Optimizationdesign叶片设计包括气动设计和结构设计两部分。叶载荷条件下的风力机叶片铺层优化设计模型，李军片外形决定了其气动性能，结构则决定了其承载能向以极限强度和屈曲强度为设计准则对风力机叶片力。目前，叶片气动设计常用的方法有图解法、等升的结构设计进行了研究。作者借助MATLAB和AN-力系数法、等弦长法、简化风轮设计法、Glauea设SYS分别就气动和结构这两方面对200kW风力机叶计法、Wilson设计法、叶素动量法等多种方法。

7、由于片进行优化设计。涉及到技术保密，结构设计相关的报导较少。马志1风力机叶片的气动外形优化设计勇提出基于梁理论的等代设计方法及基于叶片截1．1风力机叶片设计参数面位移的刚度设计方法研究叶片的主梁结构，廖猜下面以200kw风力机为例，设计参数如表1所猜结合PreLayers和PreComp程序，建立了一种极限示。表1200kW风力机叶片设计参数1．2翼型的选择六位数字翼型，在叶片展向不同位置分别布置翼型的气动特性主要由翼型的前缘半径、相对cA63(3)-618、NACA63(2)-615、NA