基于遗传算法的风力机叶片优化设计.pdf

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1、机械设计与制造第2期42MachineryDesign&Manufacture2013年2月基于遗传算法的风力机叶片优化设计张宇l1，陈长征，一，潘萍萍，-，孟强(1．沈阳工业大学机械工程学院，辽宁沈阳110870；2．辽宁省振动噪声控制技术工程研究中心，辽宁沈阳110870)摘要：提出了风力机叶片的优化设计模型，模型以动量一叶素理论为基础，首先对风力机的气动性能进行计算，然后根据作用在风力机叶片上的气动力，以风力机叶片每段的年能量输出最大为设计目标，使用遗传算法进行寻优搜索。利用开发的优化设计程序，针对特定风场设计截面的最佳弦长和扭角。仿真结果表明，采用遗传

2、算法设计出的叶片在扭角值基本吻合的前提下，比原有叶片在不同的风速下，功率都有所增加，从而证明了算法的实用性和有效性。关键词：风力机；叶片；遗传算法；优化设计中图分类号：TH16；TK8文献标识码：A文章编号：1001—3997(2013)02—0042—03ResearchonOptimizationDesignofWindTurbineBladeBasedonGeneticAlgorithmZHANGYu，CHENChang—zheng，PANPing—ping，MENGQiang'(1．SchoolofMechanicalEngineering，Sheny

3、angUniversityofTechnology，LiaoningShenyang110870，China；2．LiaoningEngineeringCenterforVibrationandNoiseControl，LiaoningShenyang110870，China)Abstract：Amodelforoptimizationdesignofwindturbinebladesispresented，basedonmomentum-lepigmenttheory．Firstly，aerodynamicpe咖rmanceofthewindturbinei

4、scalculated．Then，accordingtotheaerodynamicforcesofwindturbineblades，optimizationsearchiscarriedoutbyusinggeneticalgorithmwithagoaloftheannualenergyoutputineverysectionofthewindturbineblades．Thebestchordlengthandtorsionangleofspecifcsectionwindfieldisdesignedbyusingthedevelopedprogra

5、moftheoptimumdesign．Simulationresultsshowthat，withtheoptimizationofgeneticalgorithm，outputpowerofwindfr6rebladecanbeobviouslyimproved．whichprovesthattheoptimizationmodelispracticalandefective．KeyWords：WindTurbine；Blade；GeneticAlgorithm；OptimizationDesignl1日c。’=(1)叶片是风力机中最重要的部件之一，叶片的

6、气动外形直接c=‘R(2)决定了风力机的效率。因此设计具有良好气动外形的叶片是风力A、／A·l

7、—+三一机设计的关键。以往的设计方法只是考虑了单一的性能指标，而忽略了整体性能，很难达到理想的设计效果。式中：一来流角；n一风轮转速；r一叶素距叶根的距离，m；A一叶遗传算法起源于60年代对自然和人工自适应系统的研究。尖速比；A距风轮轴线r处的速，A产—；厂。=}；c经风轮处遗传算法就是设定某一目标，利用一个初始种群经过不断的、反复的进行选择、交叉和变异过程使得该种群向这一目标逐渐靠气流速度，wis；V一无穷远处的气流速度，r【；8一叶片数量；拢，实现所需的最优解或

8、满意解。采用遗传算法对风力机的叶片c广翼型的升力系数。m；c一叶片弦长，m；尺一风轮半径，m。参数进行优化，以期待提高风力机的输出功率。南式(1)可得：2风力机叶片气动性能分析cot==(3)风力机叶片的设计方法基于动量一叶素理论，主要用于估通过式(3)可以初步确定叶片来流角，并根据设计经验选算叶片距风轮轴线r处叶素截面产生的气动力，进而初步确定翼取各叶素翼型攻角Ot。由式(4)可计算叶片的弦长C弦与叶片基本参数的关系。161vR(4)根据动量一叶素理论，取=，测得到风轮参数与风速的基本设计关系：来稿日期：2012-04—12基金项目：国家自然科学基金(509

9、75180)；国家自然科学基金(510