风力机叶片三维设计与混合参数化建模方法研究

为实现风力机叶片的三维参数化设计与建模,建立了包含风力机翼型轮廓线以及弦长分布和扭角分布的混合参数化数学模型。用综合翼型泛函集成理论与Bezier曲线拟合的混合建模方法,以拟合标准偏差最小为目标,对风力机翼型形状函数参数的最优值进行迭代求解,同时对弦长分布和扭角分布进行修正和参数化表达,从而获得了更加光顺的风力机叶片外形。以设计1.2kW小型风力机叶片为例,根据叶片不同部位的工况要求采用3种风力机专用翼型,基于叶素风能利用系数最大化方法获得了风力机几何参数,并用58个参数对风力机叶片进行了参数化建模。研究表明,混合建模方法在满足几何精度要求的前提下可以用较少的参数完成风力机叶片的参数化表达。     

基于二项式系数设计矩阵的Bézier曲线扩展

根据二项式的展开系数,设计出带形状参数的正系数矩阵,并对Bernstein基函数进行具有明显几何意义的构造,推导出同阶带参的A-Bernsteir基函数,该基函数具有Bernsteir港函数类似的性质.在此基础上推导出对应的A-Bézier曲线,分析了其不但具有Bézier曲线类似的性质,而且在原始控制点不变的情况下,可以通过修改形状参数来对曲线进行调整.此外,还进一步说明了可以通过对正系数矩阵的调整,实现对曲线的调整.通过举例,展现出该方法灵活有效.     

高效低噪的二维翼型优化设计

针对传统的气动优化设计未考虑气动噪声影响的局限性,开展了基于噪声预测模型的气动优化设计方法在二维翼型中的应用研究。建立了由几何外形参数化方法、径向基函数(Radial Basis Function,RBF)动网格技术、改进粒子群优化算法、气动分析方法、气动噪声预测方法等五大模块构成的优化设计系统,且各模块均采用标模算例进行验证。通过对二维SC(2)-0714超临界翼型进行了单点多目标优化设计。通过对比翼型几何形状、压力系数分布以及在不同迎角下的气动力系数曲线与总声压级的关系可得,翼型头部半径、厚度影响其头部压力峰值、压力恢复、逆压梯度等特性,从而影响升阻比和总声压级,逆压梯度越小,翼型的总声压级越小。优化结果表明,在设计状态下显著提高了升阻比、降低气动噪声,考虑气动噪声的二维翼型优化设计系统可在实际的工程设计中进行应用。     

考虑不同截面翼型选取的风电机组叶片优化设计方法

传统叶片优化设计中缺乏对截面翼型的考虑,导致叶片设计难以达到最优效果。为解决此问题,提出了考虑不同截面翼型的风电机组叶片优化设计方法,以截面翼型、弦长和扭角为设计变量,以年发电量最大化为目标,兼顾考虑相对厚度和相对弯度限制,建立了叶片参数设计遗传算法优化模型。以某1.5 MW风电机组为例,验证所提出优化设计方法的有效性。结果表明：考虑截面翼型等参数优化后的叶片功率系数明显增大;机组特性曲线在较大范围内均能保持在最佳功率系数附近,更易控制在最大风能捕捉效率点运行,从而提升了年发电量;同时,增加考虑相对厚度和相对弯度限制以更贴近实际工程应用。     

翼型凹变对风轮旋转噪声影响特性分析

针对某分布式小型风力机叶片,为了探究翼型凹变后对风轮旋转噪声的影响效果,利用60通道声阵列系统对凹变叶片和原叶片风轮进行旋转噪声采集,并通过探究翼型凹变对风轮结构动态响应的影响,解析了翼型凹变造成风轮旋转噪声降低的原因.结果表明,翼型凹变可以有效地提高叶片的固有频率和阻尼比,提升了叶片的刚度,有效地减弱了叶片对周围流体...     

一种基于响应面的翼型鲁棒优化设计方法

针对不确定因素引起的翼型气动性能波动现象,探讨了翼型几何形状随机不确定波动对翼型气动特性的影响,并进行了减小此影响的鲁棒优化设计。引入类别形状函数变换(CST)方法可以大大降低设计变量自由度数目,以NACA0012翼型为例,进行了考虑翼型几何形状随机扰动的气动不确定性分析,发现几何形状的微小波动对升力特性影响很小。发展了一种基于响应面和遗传算法的鲁棒优化设计方法,能够高效的减小阻力及其波动的影响。计算结果显示尽管相对于确定性优化结果鲁棒优化阻力略有增加,但波动更小,气动性能具有更好的鲁 棒性。     

基于数论网格法与Morris法的翼型气动特性敏感性分析

针对在风力机翼型气动特性敏感性分析中计算效率较低的问题，提出了一种基于数论网格（number theoretic net，NT-net）法与Morris法的翼型气动特性敏感性分析方法。首先，构建了拟合精度较高的翼型参数化模型；其次，阐述了NT-net法的计算原理，采用NT-net法对翼型参数化模型的多项式系数进行抽样；然后，以风力机翼型S832为研究对象，采用Morris法进行翼型气动特性的全局敏感性分析；最后，进一步分析在特定工况下风力机翼型参数化模型的多项式系数对翼型外形及气动特性的影响。结果表明：影响翼型气动特性的主要因素依次为翼型的最大相对厚度和最大相对弯度、前缘半径和后缘厚度；当来流攻角较小时，最大相对厚度和最大相对弯度取适当的较小值、前缘半径取适当的较大值可有效增强该工况下风力机翼型的气动特性，同时也验证了NT-net法的计算效率更高。研究结果为风力机翼型气动设计提供了理论参考。     

工字型钢框架极限承载力分析的通用广义屈服函数

工字型钢构件空间受力下的精确广义屈服函数为隐式函数，不便使用，而现有的近似显式函数不能全面考虑截面几何参数的影响，在适用性和精度方面普遍存在问题。为此，通过合理选择工字型截面几何参数，研究建立了具有广泛适用性的工字型截面齐次广义屈服函数，据此提出了平面和空间受力下框架结构极限承载力分析的高效线弹性迭代方法。研究了工字型截面几何参数对广义屈服函数计算精度的影响；选择腹板面积与单翼缘面积之比γ₁和翼缘宽度与腹板厚度之比γ₂作为截面几何参数，通过回归分析建立了同时适用于平面和空间受力，且能够全面反映工字型截面几何特征的通用齐次广义屈服函数；通过有策略地缩减高承载单元的弹性模量，建立了工字型截面框架结构极限承载力分析的高效高精度线弹性迭代方法。通过对比分析验证了该方法具有良好的计算精度和效率以及较强的适用性。     

三次Ball曲线的两种新扩展

给出了次数分别为3和4的含参数的多项式基,它们都是三次Ball曲线基函数的扩展。基于这两组基函数定义了两类带形状参数的多项式曲线,新曲线不仅具有三次Ball曲线的特征,而且具有形状可调性和比三次Ball曲线更好的逼近性。通过分析新曲线与Bézier曲线之间的关系,得出了形状参数的几何意义,并给出了新曲线的几何作图法。     

三维坐标系在核电叶片检测中的选择原则和技巧

核电叶片的型线检测是核电叶片的检测关键,也是西屋公司要求必检的重要项目。本文主要介绍利用三坐标测量机对核电叶片进行检测时三维坐标系的选择原则及技巧。1　测量方法叶片型线测量是借助三坐标测量机采集零件表面上一系列有意义的空间点,然后通过数学处理,求得由这些点所组成的特定几何元素的位置及其形状。从而求得叶片型线的测量结果,而传统的办法是用样板对叶片型线进行检测。由于被测叶片型线复杂,因此制造样板的工作量和难度都很大,而且不易保管;样板的精度较低,不能真实准确地反映型线的加工精度,误差较大。2　坐标系选择原则2.1…