垂直轴风力机翼型气动优化设计

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1、第４６卷第５期航空计算技术Ｖｏｌ．４６Ｎｏ．５２０１６年９月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＳｅｐ．２０１６垂直轴风力机翼型气动优化设计１１１２２２梁昌平，席德科，张森，陈宝峰，王向前，郭青陇（１．西北工业大学航空学院，陕西西安７１００７２；２．山西焦煤安瑞电气风机有限公司，山西运城０４４４０２）摘要：对小型垂直轴风力机常用的ＮＡＣＡ００１５翼型进行优化设计，使其具有更优的气动性能。在优化过程中，利用ＣＳＴ参数化方法对翼型的几何外形进行扰动，选取翼型的厚度及弯度作为约束，翼型切向力系数作为目标函数，以基于非支配排序的遗传

2、算法（ＮＳＧＡ－ＩＩ）作为优化方法，最后建立优化流程，优化过程中利用ＸＦＯＩＬ程序结合Ｖｉｔｅｒｎａ-Ｃｏｒｒｉｇａｎ失速后模型计算优化前后翼型的气动性能。结果表明，与ＮＡＣＡ００１５翼型相比，优化后的翼型气动性能有了较大提升，最大升力系数提高了６．６３％，最大升阻比提高了２７．５％，最大切向力系数提高了２２．７％。关键词：垂直轴风力机；ＣＳＴ参数化方法；ＮＳＧＡ－ＩＩ算法；翼型；优化中图分类号：Ｖ２１１文献标识码：Ａ文章编号：１６７１-６５４Ｘ（２０１６）０５-００１７-０４OptimizationDesignonAifroilofVertica

3、lAxisWindTurbine１１１２２２ＬＩＡＮＧＣｈａｎｇ-ｐｉｎｇ，ＸＩＤｅ-ｋｅ，ＺＨＡＮＧＳｅｎ，ＣＨＥＮＢａｏ-ｆｅｎｇ，ＷＡＮＧＸｉａｎｇ-ｑｉａｎ，ＧＵＯＱｉｎｇ-ｌｏｎｇ（１．AeronauticsSchol，NrothwesternPolytecnicalUniversity，Xi′an７１００７２，China；２．ShanxiCokingCoalAnruiElectricFanLimitedCompany，Yuncheng０４４４０２，China）Abstract：ＯｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅＮＡＣＡ００１５ａｉｒｆｏｉｌｗｈ

4、ｉｃｈｉｓｗｉｄｅｌｙａｐｐｌｉｅｄｉｎｓｍａｌｌ-ｓｃａｌｅｖｅｒｔｉｃａｌａｘｉｓｗｉｎｄｔｕｒ－ｂｉｎｅｔｏｍａｋｅｉｔｈａｖｅａｂｅｔｔｅｒａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｉｎｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｕｓｉｎｇＣＳＴｐａｒａｍｅｔｅｒ－ｉｚａｔｉｏｎｔｏｐｅｒｔｕｒｂｔｈｅａｉｒｆｏｉｌｇｅｏｍｅｔｒｙ，ｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓａｎｄｃａｍｂｅｒｏｆｔｈｅａｉｒｆｏｉｌａｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄａｓｔｈｅｃｏｎ－ｓｔｒａｉｎｔ，ａｎｄｔｈｅｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｔａｎｇｅｎｔｉａｌｆｏｒｃｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎ

5、ｔｉｓｃｈｏｓｅｎａｓｔｈｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｇｅｎｅｔｉｃａｌ－ｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｎｏｎ-ｄｏｍｉｎａｔｅｄｓｏｒｔｉｎｇ（ＮＳＧＡ－ＩＩ）ｉｓｓｅｌｅｃｔｅｄａｓａｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｔｈｅｏｐ－ｔｉｍｉｚｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｌａｓｔｌｙ，ｃａｌｃｕｌａｔｅｓｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅａｉｒｆｏｉｌｂｙａｐｐｌｙｉｎｇｔｈｅａｐｐｒｏａｃｈｏｆｃｏｍｂｉｎｉｎｇＸＦＯＩＬｐｒｏｇｒａｍａｎｄＶｉｔｅｒｎａ-Ｃｏｒｒｉｇａｎｐｏ

6、ｓｔ-ｓｔａｌｌｍｏｄｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓｔｈａｔ，ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅＮＡＣＡ００１５ａｉｒｆｏｉｌ，ｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄａｉｒｆｏｉｌｈａｓｂｅｅｎｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｌｉｆｔｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｌｉｆｔ-ｄｒａｇｒａｔｉｏａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｔａｎｇｅｎｔｉａｌｆｏｒｃｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ６．６３％，２７．５％ａｎｄ２２．７％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Key

7、words：ｖｅｒｔｉｃａｌａｘｉｓｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ；ＣＳＴｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ；ＮＳＧＡ－ＩＩ；ａｉｒｆｏｉｌ；ｏｐｔｉｍａｚａｔｉｏｎ引言ＣＡ００１５以及ＮＡＣＡ００１８对称翼型并不完全适合垂直轴风力机，必须对原始翼型进行改进。Ｃｌａｅｓｓｅｎｓ对由于垂直轴风力机（ＶｅｒｔｉｃａｌＡｘｉｓＷｉｎｄＴｕｒｂｉｎｅ，ＮＡＣＡ００１８翼型进行改进，增加２％的厚度以及０．８％ＶＡＷＴ），尤其是Ｈ-ＶＡＷＴ（ＳｔｒａｉｇｈｔＢｌａｄｅｄＶｅｒｔｉｃａｌＡｘ－的中弧线弯度，得到ＤＵ０６－Ｗ－２００层流翼型。在负ｉｓＷｉｎｄＴｕｒｂｉｎｅ）

8、具有风轮转动与风向无关、振动小、攻角下，ＤＵ０６－Ｗ－２００和ＮＡＣＡ００１８气动性能相噪音低、环境友好、安全性高、结构简