风力机翼型参数化方法

翼型气动力学数值模拟及其优化研究翼型具有重要的航空工程应用价值，因此对其气动特性进行研究对于提高飞行器的飞行性能具有重要意义。

然而，由于气动力学特性的复杂性，为了深入研究翼型的气动特性，需要采用数值模拟的方法来进行研究。

本文将主要探讨翼型气动力学数值模拟及其优化研究。

一、数值模拟方法翼型气动力学数值模拟的方法主要包括常用的流体力学计算方法，如欧拉方程、纳维-斯托克斯方程等。

其中，基于欧拉方程的方法主要用于稳态流场数值模拟，适用于较小的马赫数；而基于纳维-斯托克斯方程的方法则适用于大马赫数情况下的数值模拟。

目前，常用的翼型气动力学数值模拟软件有 Fluent、OpenFOAM、COMSOL Multiphysics等。

在数值模拟中，通常需要考虑的因素包括翼型几何形状、气动参数、边界条件等。

其中，翼型的几何形状是数值模拟的基础，可以通过CAD软件进行建模，形成所需的三维模型。

气动参数包括大气条件、翼型运动状态等，这些参数将直接影响到数值模拟结果的准确性。

边界条件通常包括翼型的进出气流边界、翼型表面壁面条件、旋流边界等。

二、翼型数值模拟优化研究翼型数值模拟的结果可以为翼型的设计与优化提供参考。

常用的翼型优化方法包括基于遗传算法、神经网络、粒子群算法等的优化方法。

其中，遗传算法具有适应性强、精度高、快速优化的优势，可用于优化翼型的外形、气动特性等方面。

在进行翼型优化的过程中，需要考虑不同的设计变量，如翼型厚度、前缘后掠角、翼型弯曲等。

同时，也需要对不同的目标函数进行权衡，例如减少最大升阻比、增加迎角范围等，以达到最优化设计效果。

在优化过程中，需要不断调整设计变量的范围、评价函数的具体形式，以寻找最优的翼型设计方案。

除此之外，翼型气动力学数值模拟优化研究还可以应用于飞行器的控制与稳定性方面。

例如，通过优化机翼翼型设计和控制参数，可以有效提高飞行器的稳定性和机动性能，具有重要的应用价值。

总之，翼型气动力学数值模拟优化研究在航空工程领域具有重要的应用价值。

风力机专用翼型综合优化设计方法陈亚琼;方跃法;郭盛;温如凤【摘要】The wind turbine airfoil aerodynamic and noise performace were considered as optimiza-tion design target at the same time,then a design method was established for multi operating points and targets.Parametric model of airfoil contour was constructed by using Bezier curves,and the gen-eral equtions for control points coordinate were deduced accordingto airfoil discrete data points.Based on semi empirical airfoil noise prediction model the dynamic performance of airfoil was calculated by using XFOIL,then the optimized airfoil was obtained by combining the genetic algorithm.Taking USA NREL wind turbine airfoil S834 as intital airfoil,weight assignment scheme was designed com-prehensively.The results show that comparing to initial airfoil the noise of optimized one is reduced and the lift drag ratios are increased under the main angle range,therefore better aerodynamics and acustic performance are abtained for new airfoil.%为了得到拥有优良气动特性且低噪声水平的风力机专用翼型的轮廓线，提出了翼型多工况点多目标综合优化设计方法。

风力发电机叶片的设计经济、能源与环境的协调发展是实现国家现代化目标的必要条件。

随着全世界气候变暖与化石能源的不断消耗及其对环境的影响问题，其他能源的开发愈来愈受到重视，如核能、地热能、风能、水能等新能源及生物质能、氢能的二次能源的开发应用也日趋发展起来。

而在这些新兴的能源种类中，核能的核废料处置相当困难，而且其日污染相较火电厂更为严重，同时需要相当周密的监管控制能力以避免其泄露而产生不可估量的破坏，国际上这些例子也是相当多的。

而地热能的开发必将要依赖与高科技，在现今对地热开发利用还不完善的现状下，更是难以做到，而且其开发对地表的影响也相当大。

而风能则作为太阳能的转换形式之一，它是取之不尽、用之不竭的清洁可再生能源，不产生任何有害气体和废料，不污染环境。

海上，陆地可利用开发的可达2×1010kW，远远高于地球水能的利用，风能的发展潜力庞大，前景广漠。

自20世纪70年代中期以来，世界主要发达国家和一些发展中国家都在加紧对风能的开发和利用，减少二氧化碳等温室气体的排放，保护人类赖以生存的地球。

风力发电技术相对太阳能、生物质等可再生能源技术更为方便，本钱更低，对环境破环更小，作为清洁能源的主要利用方式而飞速发展，且日趋规模化。

一、叶片设计的意义在风力发电机中叶片的设计直接影响风能的转换效率，直接影响其年发电量，是风能利用的重要一环。

本文主如果设计气动性能较好的翼型与叶片并进行气动分析。

而翼型作为叶片的气动外形，直接影响叶片对风能的利用率。

此刻翼型的选择有很多种，FFA-W系列翼型的长处是在设计工况下具有较高的升力系数和升阻比，而且在非设计工况下具有良好的失速性能。

叶片的气动设计方式主要有依据贝茨理论的简化设计方式，葛老渥方式与维尔森方式。

简化的设计方式未考虑涡流损失等因素的影响，一般只用于初步的气动方案的设计进程；葛老渥方式则忽略了叶尖损失与升阻比对叶片性能的影响，同时在非设计状态下的气动性能也并未考虑；维尔森方式则较为全面是现今常常利用的叶片气动外形设计方式。

基于深度学习的翼型参数化建模方法沈剑雄;刘迎圆;王乐勤【期刊名称】《工程设计学报》【年(卷),期】2024(31)3【摘要】为解决现有翼型几何参数化描述方法优化设计效率低、计算工作量大的问题,提出了一种基于深度学习的翼型参数化建模方法。

该方法以伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign,UIUC)翼型数据库中翼型上下表面坐标点转化的翼型二维图像作为输入,首先使用卷积运算提取大量翼型图像的几何特征,然后通过多层感知机对提取的几何特征进行分类和压缩,将翼型形状压缩成若干个简化的拟合参数,最后通过解码器恢复翼型图像并输出翼型上下表面的点坐标。

在此基础上,探讨了拟合参数数量对翼型几何精度的影响,确定了含6个拟合参数的卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)结构,并基于计算流体力学数值仿真验证了所提出方法的拟合精度。

最后,开发了可视化翼型几何设计软件,实现了拟合参数的调整与修正,并分析了各拟合参数对翼型形状的影响规律。

结果表明,6个拟合参数均会对翼型形状产生全局影响,单独或联合调整6个拟合参数可获得新的翼型设计空间。

研究结果可为翼型的优化设计提供技术支持与理论参考。

【总页数】9页(P292-300)【作者】沈剑雄;刘迎圆;王乐勤【作者单位】上海师范大学信息与机电工程学院;浙江大学能源工程学院【正文语种】中文【中图分类】TH122【相关文献】1.基于Bezier曲线的翼型参数化及前尾缘处理方法研究2.基于多项式插值函数的翼型参数化设计方法3.基于进化算法和复合参数化方法的低速翼型优化4.基于CST参数化方法的巡飞弹翼型优化设计5.基于 NACA 翼型参数化方法的气动优化设计因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

第43卷第5期2011年10月 南　京　航　空　航　天　大　学　学　报Journal of N anjing U niversity of Aero nautics &Astronautics V ol.43N o.5　O ct.2011风力机翼型的多学科设计优化余　莉　呼政魁　程　涵　明　晓(南京航空航天大学航空宇航学院,南京,210016)摘要:为了解决优化计算和流场分析耦合求解的难题,并实现优化流程的自动化运行,采用多学科优化设计框架软件,针对风力机专用翼型运行工况,对低雷诺数航空翼型N A CA 4412的气动性能进行优化设计。

软件集成了翼型生成、网格划分、流场分析、优化计算4个模块。

其中,流场计算采用N -S 方程求解;优化方法为多岛遗传算法。

优化结果表明,优化后翼型有较高的升力系数和相对大的升阻比,其升阻比提高了15.9%。

该方法可以实现多学科领域的精确分析和整个优化循环过程的自动化运行,也能为其他气动外形的优化设计提供参考。

关键词:翼型;多岛遗传算法;流场计算;优化设计中图分类号:V 211.3;T K 83 文献标识码:A 文章编号:1005-2615(2011)05-0697-04　基金项目:国家重点基础研究发展计划(“九七三”计划)(2007CB 714600)资助项目;江苏高校优势学科建设工程资助项目。

　收稿日期:2010-11-16;修订日期:2011-01-10　通讯作者:余莉,女,教授,1969年11月生,E-mail:y uli -happy @ 。

Multidisciplinary Design Optimization for Wind Turbine AirfoilYu L i ,H u Zhengkui ,Cheng H an ,M ing X iao(Co lleg e of A er ospa ce Eng ineering ,N anjing U niv ersit y o f Aer onautics &A str onautics ,N anjing ,210016,China )Abstract :A framewo rk for multidisciplinary optim ization design is applied to solve the coupling pr oblem of optim ization and flow field analy sis in autom atically.For the operating co nditions of wind turbine air -fo il ,the NACA 4412is chosen as an initial air foil and is o ptimized in flow field w ith low Reyno lds num -bers.There are four modules integ rated into softw are including airfoil generation,m esh div ision,flo w field analy sis and optimizatio n.In the third module,the Nav ier-Stokes(N-S)equation is used.T he opti-mization metho d is a multi -island genetic algor ithm .Results show that an optim ized airfoil has a higherlift coefficient and a 15.9%hig her lift -drag ratio .T his method can be applied in multi -disciplinary accu-rate analysis and realize the o ptimization cycle autom atically,w hich can be w idely used in airfoil opti-mization desig n.Key words :airfoil ;m ulti -island genetic algor ithm ;flow field calculatio n ;optim izatio n design 能源的开发和利用是人类赖以生存与发展的基础,随着经济的快速发展,化石燃料日益枯竭,能源和环境问题日益突出,储量丰富、无污染的可再生新能源——风能逐渐受到人们的青睐。

风力机叶片及翼型变形分析随着全球环保意识日益增强，风能逐渐成为了一种受到广泛关注和应用的可再生能源。

风力发电厂也随之崛起，而风力机叶片是风力机中最为重要的部分之一，对其性能的影响至关重要。

因此，对风力机叶片的变形进行分析，可以更好地优化风力机的结构，并提高其效率和稳定性。

风力机的叶片结构风力机叶片通常采用第三代叶型设计，即基于翼型理论的设计，采用气动外形优化方法。

这种方法的特点是将叶片表面设计为具有最佳气动性能的几何形状，以达到最佳流体动力性能。

并且，在其上采用二次或三次螺旋线上每个点的翼型截面，来构建一个光滑的外形。

经过数值分析，在确定翼型后，将其分别应用于叶片的不同纵向位置，使得整个叶片都能够获得最佳气动性能。

然而，在实际应用中，由于风力机叶片受到风载、旋转运动等多种复杂外力的影响，其结构会发生形变。

因此，精确地分析风力机叶片的变形非常重要。

风力机叶片的变形分析方法为了更好地分析风力机叶片的变形，可以采用有限元分析方法。

其主要过程是将叶片分割成许多小单元，然后在每个单元内计算叶片中的应力和应变。

在经过大量数据分析后，可以得到每个单元的变形情况，从而推断出整个叶片的变形情况。

由于风力机叶片通常采用化合物材料和纤维增强材料，其力学性能非常复杂。

因此，在进行有限元分析时，需要考虑到叶片中各种材料的弹性模量、泊松比、应力应变等特性，并通过数值模拟等手段进行外载荷计算和叶盘内流场等环境因素的影响情况。

针对这些因素，在进行叶片变形分析时，需要采用非线性有限元分析方法，使得叶片的变形分析更为精确。

一般来说，非线性有限元分析方法适用于非线性问题，并通常涉及大量非线性因素，例如材料的非线性、几何非线性等。

在使用非线性有限元分析方法时，可以通过模拟叶片和环境中各种因素的交互作用，得到更为准确和可靠的分析结果。

风力机叶片变形分析的翼型优化通过分析风力机叶片的变形，可以找到一些优化的方案，从而提高风力机的性能。

例如，针对由叶片变形引起的损失，可以在设计过程中增加一些加强措施来避免叶片的弯曲和扭曲。

风力机的翼型与叶片外形设计简介摘要关键词：风力机，翼型，叶片Introduction to aerofoil and blade shape design for wind turbineAbstractKeywords:引言叶片是风力机重要的能量转换部件，其设计和制造直接影响风力机发电机组的高效安全运行。

风力机的运行效率直接与叶片的空气动力设计有关，包括叶片长度、翼型、沿纵向翼型的分布和安装角。

1、翼型与叶片外形设计的重要性2、叶片外形设计的大概过程，强调叶片外形设计时翼型的前提作用3、给出论文的框架1.1 风力机翼型设计1.1.1风力机翼型设计发展过程及特点讲清与飞机翼型的区别翼型空气动力特性的好坏直接影响风力机的性能，翼型的形状也影响叶片的主体结构形式。

在风力机叶片翼型参数的设计过程中，各个参数的变化都会对其他参数的设计产生影响。

在设计中本着能够使单位叶素有最大的功率利用系数的原则，来选择翼型参数。

在20世纪七八十年代的风力机设计过程中，很多风力机直接采用了NACA系列中的航空翼型。

但风力机的工作条件和飞机有较大的区别，一方面风力机叶片工作时，其攻角变化范围大；另一方面风力机叶片设计要考虑低雷诺数的影响，风力机和飞机工作的雷诺数范围有所不同，其影响将就也不完全一样，过去在小型风力机设计中考虑雷诺数较少而是直接选用，以翼弦为特征长度的雷诺数在风轮径向方向是变化的，在大型叶片设计中必须给以考虑。

设计实践表明，使用航空翼型虽然可以得到很高的升阻比，但是在低雷诺数环境下，航空翼型易于发生泡式分离，从而使升阻比特性恶化。

另外，航空翼型对表面粗糙度比较敏感，在翼型几何形状由于灰尘、结冰等原因发生变化时，翼型的气动特性往往也会迅速恶化，从而不适于直接作为风力机叶片翼型使用。

因此，选择翼型常根据以下原则：对低速风轮，由于叶片数较多，不需要特殊的翼型升阻比；对于高速风轮，叶片数较少，应选择在很宽的风速范围内具有较高的升阻比和平稳失速特性的翼型，对粗糙度不敏感，以便获得较高的功率系数；另外要求翼型的气动噪声低。

研究机翼形状的方法一、引言机翼形状是飞机设计中的重要参数之一，它直接影响着飞机的飞行性能和稳定性。

因此，研究机翼形状的方法对于飞机设计和改进具有重要意义。

本文将介绍几种常用的研究机翼形状的方法。

二、数值模拟方法数值模拟方法是研究机翼形状的常用方法之一。

通过利用计算机软件，可以对机翼的气动特性进行模拟计算。

其中，常用的数值模拟方法有流场模拟和结构力学模拟。

1. 流场模拟流场模拟是通过求解流体力学方程组，对机翼周围的气流进行数值模拟。

这种方法可以得到机翼的升力、阻力和气动力矩等重要参数。

通过改变机翼的形状，可以比较不同形状的机翼气动性能差异，进而选择最优的机翼形状。

2. 结构力学模拟结构力学模拟是通过求解结构方程，对机翼的应力、变形等结构性能进行数值模拟。

这种方法可以评估不同形状机翼的结构强度和刚度，并找出最适合的机翼形状。

三、实验方法实验方法是研究机翼形状的另一种常用方法。

通过设计和制造不同形状的机翼样品，并进行实际测试，可以得到机翼的气动性能和结构强度等实验数据。

常用的实验方法有风洞实验和结构试验。

1. 风洞实验风洞实验是通过在封闭的实验室中模拟真实飞行条件，测试机翼在不同气动参数下的气动性能。

通过改变机翼形状、攻角等参数，可以研究不同形状机翼的气动特性，为优化机翼形状提供实验依据。

2. 结构试验结构试验是通过在实验室中对机翼样品进行负载测试，评估其结构强度和刚度。

通过改变机翼形状和材料等参数，可以研究不同形状机翼的结构性能，为选取最佳形状提供实验数据。

四、优化设计方法优化设计方法是研究机翼形状的一种高级方法。

通过利用计算机软件和优化算法，可以自动搜索最优的机翼形状。

常用的优化设计方法有遗传算法、神经网络和粒子群算法等。

这些方法可以通过对机翼形状进行参数化描述，设置优化目标和约束条件，通过计算和迭代，最终得到最优的机翼形状。

五、结论研究机翼形状的方法有数值模拟方法、实验方法和优化设计方法等。

数值模拟方法可以通过计算机软件模拟机翼的气动特性和结构性能；实验方法可以通过风洞实验和结构试验获取机翼的实际数据；优化设计方法可以通过计算机算法搜索最优的机翼形状。