风力机钝尾缘大厚度翼型优化设计方法

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1、第３６卷第７期哈尔滨工程大学学报Ｖｏｌ．３６№．７２０１５年７月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＪｕｌ．２０１５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（重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆４０００３０）摘要：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

2、８５０ｋＷ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。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ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６⁃７０４

3、３．２０１４０３０２２网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／２３．１３９０．Ｕ．２０１５０５０５．１６２７．０１２．ｈｔｍｌ中图分类号：ＴＫ８３文献标志码：Ａ文章编号：１００６⁃７０４３（２０１５）０７⁃０９７０⁃０５ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｌａｒｇｅｔｈｉｃｋｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅａｉｒｆｏｉｌｓｗｉｔｈａｂｌｕｎｔｔｒａｉｌｉｎｇｅｄｇｅＣＨＥＮＪｉｎ，ＧＵＯＸｉａｏｆｅｎｇ，ＸＩＥＹｉ，ＳＵＮＺｈｅｎｙｅ（ＳｔａｔｅＫｅｙ

4、ＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｅｃｈａｎｉｃＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｔｈｉｃｋａｉｒｆｏｉｌ＇ｓａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｔｈｅｂｌａｄｅｓｅｃｔｉｏｎｓｔｉｆｆｎｅｓｓ，ａｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｌａｒｇｅｔｈｉｃｋｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅａｉｒｆｏｉｌｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓ

5、ｅｄｏｎｔｈｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅａｉｒｆｏｉｌｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅａｉｒｆｏｉｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｆｏｒｔｈｅｏｐｔｉｍａｌａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｗｉｔｈａｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｅａｓｔｓｅｃｔｉｏｎｓｔｉｆｆｎｅｓｓ．Ｕｓｉｎｇｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄ，ａｎｅｗａｉｒ

6、ｆｏｉｌｎａｍｅｄＣＱＵ⁃Ｂ⁃４００ｗｉｔｈｔｈｅ４０％ｍａｘｉｍｕｍｒｅｌａｔｉｖｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒａｎ８５０ｋＷｂｌａｄｅ．ＣｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅａｉｒｆｏｉｌＤＵ００⁃Ｗ２⁃４０１，ｔｈｅｎｅｗａｉｒｆｏｉｌ＇ｓａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｌａｒｇｅｌｙｕｎｄｅｒｂｏｔｈｓｍｏｏｔｈａｎｄｃｏａｒｓｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｗｉｔｈｔｈｅｎｅｗａｉｒｆｏｉｌ，ｔｈｅｂｌａｄｅｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｉｎｔｈｅｓ

7、ｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｒａｉｌｉｎｇｅｄｇｅ，ａｎｄｔｈｅｆｌａｐｓｔｉｆｆｎｅｓｓａｎｄｓｈｉｍｍｙｓｔｉｆｆｎｅｓｓａｒｅｉｎ⁃ｃｒｅａｓｅｄｔｏａｃｅｒｔａｉｎｅｘｔｅｎｔ，ｓｈｏｗｉｎｇｏｂｖｉｏｕｓｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｉｎｐｎｅｕｍａｔｉｃａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｓｉｍｕｌｔａｎｅ⁃ｏｕｓｌｙ．Ｔｈｅｓｔｕｄｙｖｅｒｉｆｉｅｓｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｎｔｈｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｔｈｉｃｋａｉｒｆｏｉｌｄｅｓｉｇｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉ

8、ｎｄｔｕｒｂｉｎｅ；ｂｌｕｎｔｔｒａｉｌｉｎｇｅｄｇｅａｉｒｆｏｉｌ；ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｏｐｔｉｍｉｚａ⁃ｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ；ｂｌａｄｅ；ｔｒａｉｌｉｎｇｅｄｇｅｓｔｒｅｎｇｔｈ翼型是风力机叶片外形和结构设计的基础，在初始翼型上叠加平滑扰动的方法设计了ＢＨ系设计良好的翼型不仅能提高叶片的捕风效率，也列翼型，采用Ｅｐｐｌｅｒ反设计方法设计了ＢＵＡＡ系［５］有利于增强叶片