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课题研究报告超临界翼型NPU9（c≈14%）的设计报告西北工业大学张仲寅华俊1990年6月超临界翼型NPU9（c≈14%）的设计报告西北工业大学张仲寅华俊1、设计目标：根据《超临界翼型设计准则研究》课题合同要求，需要试行设计一个超临界翼型，其设计目标是：R e =20×106M2D=0.70C L2D=0.75~0.80M D(C L=0.75~0.80)>0.70%%%%%%%%%%%%%M B(C L=0.8)>0.72%%%%%%%%%%%%%%最大厚度≈14%后缘厚度≈0.005分析以上数据，C LB的目标值定得比较大（1.2），它与C L2D的比值竟达1.5~1.6（通常以1.3为宜），因此，在具体设计时，我们对设计升力系数选高值：C L2D=0.80。
设计马赫数M2D=0.70，雷诺数Re=20×10 6。
2、设计过程：根据我们的研究报告《超临界翼型设计的最佳压力分布形态问题》（1988年11月）以及过去的设计经验，确定目标压力分布。
由于振抖边界和阻力蠕增主要都与翼型的后缘分离点位置有关，根据我们的经验，设计状态下后缘分离点位置如果能保证在96%弦长之后，则振抖边界常能大于阻力突升边界，阻力蠕增M数也可以比较高。
这样，目标压力分布如图1所示。
首先，我们用Carlson方法进行了翼型设计，然后用BGKJ程序分析验算。
由于涉及和分析计算是两个不同的程序；因此，按无激波目标压力分布设计出的翼型，在分析计算时，常常会有激波出现。
这个问题，过去也常有过，在资料【1】中也分析过造成差异的原因（主要由于在设计和分析计算程序中计及粘性修正的步骤不同）。
为了使分析计算结果与设计目标接近一致，常常需要不断调整目标压力分布。
比较费时费事。
我们最近发展了一个基于余量修正法的跨音速翼型设计程序TD2D【2，3】，它是与BGKJ程序耦合后进行正、反迭代设计。
因此，设计工作的自动化程序比较高；设计结果已经就是用来验算设计的BGKJ程序的计算结果。
1MW海上大型风力机气动设计作者：孙雷雷玮剑张智伟胡丹梅来源：《科技视界》2020年第19期摘要根据1MW海上大型风力系统的气动设计要求，选取风轮叶片数目，进而确定了叶尖速比和风轮直径，在叶片不同长度处选择WA系列不同的翼型。
计算结果表明，风力机功率满足气动设计要求。
关键词海上大型风力机;风机叶片;WA系列翼型;气动设计中图分类号： TK83 ; ; ; ; ; ;文献标识码： ADOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2020.19.019随着清洁能源利用技术的大力发展，风能的开发与利用，尤其是海上大型风电技术，已开始倍受世界各国的青睐与重视。
本设计方案采用了目前应用最为广泛的水平轴式风力机形式，针对1MW海上大型风力系统风轮的基本几何尺寸与动力要求，对叶片数、风轮直径、叶尖速比、翼型等参数进行了气动设计。
1 风力机设计基本定义叶片投影面积：叶片在风轮扫掠面积上的投影的面积呈叶片投影面积。
叶片翼型：叶片横截面的形状。
叶片几何攻角：翼型气流方向与翼型弦线之间的夹角，用α表示。
风轮扫掠面积：风轮叶片旋转一周扫过的面积。
风轮额定转速：输出额定功率时，风轮的转速。
叶尖速比：叶片尖部旋转时的切向速度与风轮前来流的风速之比，用λ表示。
2 风力机气动设计基本参数2.1 风力机给定参数设计安装地点：上海市东海大桥附近地区。
风力机额定功率：1MW，设计风速8m/s。
风场空气密度为1.21kg/m3。
有效风速小时数约8450小时/年。
海面以上90米高的年平均风速约8.6m/s 。
2.2 年平均风能密度的确定3 风力机几何尺寸的确定风力机的几何尺寸与风力机使用目的以及使用地风况相关。
东海大桥地区属于风能丰富区域，需连接高转速发电机。
为了避免齿轮箱增速比过高，需要风轮采用較高的转速，故选择高叶尖速比值λ的风轮，使风力机具有较高的功率系数。
一般，高速风轮的λ=5～8，根据表1，1MW海上大型风力机系统选取尖速比λ=6。
风力机钝尾缘大厚度翼型优化设计方法陈进;郭小锋;谢翌;孙振业【摘要】In order to simultaneously improve the thick airfoil's aerodynamic performance and the blade section stiffness, a method for the large thick wind turbine airfoils optimization design is proposed based on the wind turbine airfoil functional integrated theory and the mechanics of composite materials. The mathematical model of the airfoil optimization is established for the optimal aerodynamic performance, with a constraint condition of the least section stiffness. Using this method, a new airfoil named CQU-B-400 with the 40% maximum relative thickness is designed for an 850 kW blade. Compared with the wind turbine airfoil DU00-W2-401, the new airfoil's aerodynamic performance is improved largely under both smooth and coarse conditions. With the new airfoil, the blade is improved in the strength of trailing edge, and the flap stiffness and shimmy stiffness are in-creased to a certain extent, showing obvious improvement in pneumatic and structural performances simultane-ously. The study verifies the feasibility of this method in the wind turbine thick airfoil design.%为了同时提高风力机大厚度翼型的气动性能和叶片的截面刚度,基于风力机翼型泛函集成理论和复合材料力学理论,提出了一种大厚度钝尾缘翼型优化设计方法,并建立了优化设计模型. 该模型以翼型的气动性能最佳为设计目标,以叶片的最小截面刚度为约束条件,为某850 kW 叶片(该叶片 40%相对厚度处为DU00-W2-401翼型)优化设计了一种同厚度的新翼型—CQU-B-400. 与 DU00-W2-401 相比,新翼型在光滑和粗糙条件下,气动性能均有较大提高;使用CQU-B-400翼型后,叶片的尾缘强度得到加强,叶片截面的挥舞刚度和摆振刚度也有一定的提高,表明新翼型能同时提高叶片的气动和结构性能. 结果验证了所提出的大厚度翼型设计方法的可行性.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2015(036)007【总页数】5页(P970-974)【关键词】风力机;钝尾缘翼型;气动性能;结构特性;优化设计;叶片;尾缘强度【作者】陈进;郭小锋;谢翌;孙振业【作者单位】重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400030;重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400030;重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400030;重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400030【正文语种】中文【中图分类】TK83翼型是风力机叶片外形和结构设计的基础，设计良好的翼型不仅能提高叶片的捕风效率，也有利于增强叶片的结构性能。
基于响应面方法的风力机叶片多目标优化设计研究邓磊;乔志德;宋文萍;高永卫【摘要】运用基于响应面方法的优化设计技术,于径向使用NPU-WA-风力机专用翼型族的某1.5MW水平轴风力机叶片的多目标、多约束优化设计研究中.风力机气动性能使用基于叶素-动量理论的风力机性能分析和设计软件PROPID51.设计变量为叶片径向外形参数,包括弦长和扭转角分布,但是相对厚度保持不变;设计目标为年发电量和功率系数的最大化；在多目标优化中,使用“统一目标函数”法将多个设计目标函数通过加权求和统一到一个目标函数中.为减小计算量,响应面模型使用不含二阶交叉项的二阶多项式模型；构建模型中试验点的选择满足D-优化准则.以某1.5MW变速变矩型风力机叶片为例,进行了优化设计研究.叶片径向使用西北工业大学翼型研究中心设计的NPU-WA-风力机专用翼型族,使用CFD计算的气动性能数据作为输入进行了设计,分析了目标函数的权值分配对设计结果的影响；使用风洞测量自由转捩的气动性能数据进行了设计并分析了表面光滑条件对气动性能的影响.%Optimal technique based on Response Surface Methodology (RSM) is employed in a multi-objective optimization design of a 1. 5MW horizontal-axis wind turbine (HAWT) blade with NPU-WA series airfoils for wind turbine application used along the span. The software of PROPID51 for the design and analysis of HAWT based on Blade Element Momentum (BEM) theory is used to predict the aerodynamic performance. The design variables are the blade shape parameters including chord and twist distributions along the span while relative thickness distributions are maintained. The objectives of the model are the maximums of Annual Energy Production (AEP) and power coefficient. A composite functioncalled desirability function is built using the weighted sum of the individual objective function. The reduced quadratic polynomial without the second-order-cross items are used as RS model to reduce the computational cost and the set of design points is selected to satisfy D-optimality. The optimal design is performed on a 1.5 MW variable-pitch and variable-rpm wind turbine blade and the NPU-WA series airfoils developed in Northwestern Poly. Univ. for wind turbine application are used along the span. The calculated aerodynamic performance of airfoils is used as inputs in optimal design to analyze the effects of the weight factor of the individual objective function; experimental aerodynamic performance at free transition condition is used in design as well and the effects on aerodynamic performance of HAWT for clean and soiled surface conditions are analyzed.【期刊名称】《空气动力学学报》【年(卷),期】2012(030)003【总页数】6页(P405-410)【关键词】水平轴风力机;响应面方法;优化设计;多目标;NPU-WA翼型族【作者】邓磊;乔志德;宋文萍;高永卫【作者单位】西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室,陕西西安710072;西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室,陕西西安710072;西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室,陕西西安710072;西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室,陕西西安710072【正文语种】中文【中图分类】TK830 引言随着风电技术的迅猛发展，风电设备的设计能力和制造技术日趋成熟，产品进入商品化阶段，风电在与传统电能的竞争中，经济因素已从某种意义上上升到首要因素，因此必然的趋势就是单机容量的大型化。
风力机翼型多学科优化设计方法研究郭小锋;杨树峰;车江宁【摘要】提出了一种基于翼型集成理论的钝尾缘翼型集成表达方法.针对风力机中低厚度翼型的气动、结构及噪声等多学科设计要求,采用粒子群算法构建了翼型的优化设计模型.以翼型最强气动性能为目标,在满足几何约束、结构及噪声学学科性能要求下,设计出具有良好气动性能、结构特性、噪声特性、失速特性和粗糙度敏感性的新翼型CQU-B210.计算分析结果表明,CQU-B210的各项性能指标均比常用翼型DU-210型有较大提高.【期刊名称】《中原工学院学报》【年(卷),期】2016(027)006【总页数】6页(P22-27)【关键词】风力机翼型;气动性能;结构特性;气动噪声;优化设计【作者】郭小锋;杨树峰;车江宁【作者单位】中原工学院,郑州 450007;中原工学院,郑州 450007;中原工学院,郑州450007【正文语种】中文【中图分类】TK83;TH12翼型是风力机叶片外形和结构设计的基础，良好的风力机专用翼型应具备良好的气动性能和结构特性、平缓的失速特性以及粗糙度不敏感性[1-2]。
随着风轮直径的增大，风力机所产生的噪声增大，对周围居民和环境带来的影响阻碍着风力机的进一步发展。
位于叶片叶尖前半段的中低厚度翼型是风力机气动噪声的主要发生源。
设计中，应在改善风力机叶片中低厚度翼型气动性能、结构特性的同时，降低其噪声指标[3-4]。
针对这些问题，本文提出了基于翼型集成理论的钝尾缘翼型参数化表达方法；基于粒子群算法，提出了综合考虑翼型气动、结构和噪声特性的风力机翼型多学科优化设计方法；优化设计了CQU-B210型新翼型，并与常用翼型进行了对比分析。
1.1 尖尾缘翼型转换图1所示，基于儒可夫斯基变换式(1)，平面Z上一个拟圆zc可变换成平面上一个翼型。
式中，a为拟圆矢径。
基于西奥道生思想，提出一种拟圆的表达方法，将zc表示为：式中，ρ(θ)为翼型的形函数。
形函数可表示为Taylor级数形式：在翼型的优化设计中，取式(3)前11项，改变这11项系数，就可以得到无穷多种尖尾缘翼型[5]。
收稿日期：作者简介：彭悟宇（1990—），男，四川绵阳人，博士研究生，E-mail: pengwy@ 杨涛（通讯作者），男，教授，博士，博士生导师，E-mail: taoy90@ 高超声速变形飞行器翼面变形模式分析彭悟宇1，杨涛1，涂建秋2，丰志伟1,张斌1（1.国防科学技术大学 航天科学与工程学院，湖南 长沙 410073；2.中国运载火箭研究院 战术武器事业部，北京100076）摘要：为了提高高超声速翼身组合式飞行器的射程，研究了采用不同翼面变形模式时，飞行器在马赫数3~8内的气动特性和翼面效率。
针对典型的轴对称翼身组合式外形，采用Navier-Stokes （N-S ）方程进行数值模拟，对伸缩、变后掠和二维折叠三种变形模式下的外形在超声速~高超声速来流条件下进行了模拟，并对升阻比、翼面单位面积升阻比和操稳特性进行了分析。
结果表明：在超声速及高超声速范围内，变后掠变形模式在宽速域内升阻比提高明显，同时具备优良的翼面效率及操稳特性，在马赫数3~8范围内具有最优的综合性能。
研究成果对高超声速翼身组合式变形飞行器布局的设计具有一定的指导意义。
关键词：变形飞行器；高超声速；翼面变形模式；升阻比；操稳比中图分类号：V211 文献标志码：A 文章编号：Analysis of the deformation modes of the hypersonic morphingwing aircraftPENG Wuyu 1, YANG Tao 1, TU Jianqiu 2, FENG Zhiwei 1, ZHANG Bin 1(1. College of Aerospace Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China;2. Tactical Weapons Division, China Academy of Launch Vehicle Technology, Beijing 100076, China)Abstract: Aiming at improving the range of wing-body combination aircraft at hypersonic flow conditions. The aerodynamic characteristics and wing efficiency of morphing tactical missile with different deformation modes were studied. Navier-Stokes equations were used to simulate the flow field, the lift-to-drag ratio, wing efficiency, stability and controllability of different deformation modes as telescopic, variable sweep and two-dimensional folding are compared. It shows that under the condition of supersonic and hyper-sonic flow, take the results all in consideration, the variable sweep wing mode does better than the other two modes. The conclusion can offer some valuable guidance to the research and application of hypersonic morphing aircraft aerodynamic configuration.Keywords: morphing aircraft; hypersonic; wing deformation modes; lift-to-drag ratio; stability and controllability日益复杂的任务需求及飞行环境对飞行器的工作性能提出了越来越高的要求，迫使飞行包线逐渐扩大，变形飞行器的概念应运而生。
