本发明专利技术公开了一种利用贝塞尔函数曲线的风力机翼型设计方法，采用三阶贝塞尔函数，该函数只需4个控制点即能表征一段曲线，而且首尾两点是固定不变的，故一段曲线只需变化两个控制点；将翼型的上、下翼面分别用一段曲线表示，且上、下翼面首尾两个顶点重合，然后首尾两端点平滑连接即可。本发明专利技术可以利用空间上几个点更方便有效地控制翼型廓线，减少了翼型优化设计的时间，提高了翼型设计的效率；设计出来的翼型具有很高的升力系数，从而降低叶片的弦长，减轻叶片所需的材料；具有较高的升阻比，从而可以提高风能利用系数；本发明专利技术可以推广到各种厚度的风力机翼型设计、飞机翼型设计及涡轮机叶片型线等复杂曲线设计，具有良好的社会价值和经济效益。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于风力机叶片设计
，提出一种风力机翼型设计方法，具体涉及一种利用贝塞尔函数曲线的风力机翼型设计方法。
技术介绍
翼型设计是风力机叶片设计中的第一步，翼型廓线的设计对于风力机叶片气动外形的设计尤为重要。在风力机翼型廓线设计的过程中，必须考虑提高翼型的气动性能以提高风轮的利用率及降低发电量成本等。风力机翼型的发展是建立在低速翼型应用的基础上的，例如滑翔机翼型、FX-77翼型以及NASA LS翼型等。为了适应风力机工作要求，从20世纪80年代国外开始研制风力机专用翼型，目前已经开发了多个系列的翼型，主要有美国的NREL-S系列翼型、丹麦的RIS系列翼型、荷兰的DU系列翼型和瑞典的FFA-W系列翼型。在国内，对风力机专用翼型的研制也有了初步的发展，对于翼型的设计来说，主要分反设计法和正设计法，目前比较先进的是基于参数化的风力机翼型设计正设计方法，该方法根据翼型廓线与翼型坐标之间的函数关系，通过改变参数系数即可变化出无数形状不同的风力机翼型。但是，该方法由于翼型廓线控制点较多，参数变量增多，这给翼型设计与优化带来较大的难度，而且优化计算时间也增多，不利于翼型的参数化优化与设计。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种只需通过几个有限的点便可控制空间复杂曲线的变化，且空间点便于调整，容易实现翼型的参数化设计的方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种利用贝塞尔函数曲线的风力机翼型设计方法，其特征在于：采用三阶贝塞尔函数，该函数只需4个控制点即能表征一段曲线，而且首尾两点是固定不变的，故一段曲线只需变化两个控制点；将翼型的上、下翼面分别用一段曲线表示，且上、下翼面首尾两个顶点重合，然后首尾两端点平滑连接即可。作为优选，所述的贝塞尔函数为：P(t)=Σk=0nPkBk,n(t),t∈[0,1]---(1);]]>其中，P(t)为所求的曲线二维或者三维空间坐标点，Pk为各顶点的位置向量，Bk,n(t)为伯恩斯基函数，表达式为：Bk,n(t)=n!k!(n-1)!tk(1-t)n-k---(2);]]>所述的三阶贝塞尔函数为：P(t)＝P0B0,3(t)+P1B1,3(t)+P2B2,3(t)+P3B3,3(t) (3)；其中：B0,3＝1-3t+3t2-t3，B1,3＝3t-6t2+3t3，B2,3＝3t2-3t3，B2,3＝3t3；因此，三阶贝塞尔函数能表示为：P(t)＝(1-3t+3t2-t3)P0+(3t-6t2+3t3)P1+(3t2-3t3)P2+3t3P3 (4)；写成矩阵的形式来表示翼型上、下翼面廓线坐标：P(t)=t3t2t1-13-313-630-33001000P0P1P2P3---(5);]]>式(5)即为翼型廓线设计模型。作为优选，采用智能算法对翼型设计进行优化，其具体流程包括以下步骤：步骤1：确定设计变量、确定目标函数及确定约束条件；步骤2：初始化设计变量；步骤3：将变量导入翼型廓线设计模型中；步骤4：判断，是否为翼型？若是，则计算适用度值，并顺序执行下述步骤5；若否，则回转执行所述的步骤2；步骤5：根据适应度更新相关参数，相关参数包括：翼型的设计变量、迭代次数、比例因子、权重系数；步骤6：判断，是否满足翼型几何型线要求？若否，则自适应调整相关参数，并回转执行所述的步骤2；若是，则输出新翼型。作为优选，步骤1中所述的确定设计变量，首先选取翼型上、下翼面共4个控制点8个变量作为优化设计变量，则设计变量为：X＝(P1,x,P1,y,P2,x,P2,y,P′1,x,P′1,y,P′2,x,P′2,y) (6)；所述的目标函数为：f(x)＝max(μ1·cl/cd+μ2·c′l/c′d) (7)；式中，μ1，μ2为运行工况在光滑与粗糙条件下的权值系数，且μ1+μ2＝1；cl/cd，c'l/c'd分别为翼型在光滑和粗糙状况下的升阻比；cl,cd为光滑条件下翼型升力系数和阻力系数；c′l,c′d为粗糙条件下翼型升力系数和阻力系数；所述的约束条件包括变量边界约束条件、翼型最大厚度弦向位置约束条件、翼型前缘半径约束条件；其中所述的变量边界约束条件为：Xmin≤X≤Xmax (8)；变量边界约束范围如表1；表1 变量边界约束范围所述的翼型最大厚度弦向位置约束条件为：0.24≤Lmax≤0.35 (9)；所述的翼型前缘半径约束条件，通过翼型10％弦长处的上下翼面点进行控制：t|x＝0.1≥0.02 (10)。作为优选，步骤4中所述的计算适用度值，其具体实现过程是通过目标函数f(x)＝max(μ1·cl/cd+μ2·c′l/c'd)计算适用度值。由于贝塞尔曲线在复杂型线构造的优点，即只需通过几个有限的点便可控制空间复杂曲线的变化，且空间点便于调整，容易实现翼型的参数化设计。本专利技术的有益效果为：1)本专利技术方法可以利用空间上几个点更方便有效地控制翼型廓线，减少了翼型优化设计的时间，提高了翼型设计的效率。2)设计出来的翼型具有很高的升力系数，从而降低叶片的弦长，减轻叶片所需的材料；具有较高的升阻比，从而可以提高风能利用系数。3)本专利技术方法可以推广到各种厚度的风力机翼型设计、飞机翼型设计及涡轮机叶片型线等复杂曲线设计，具有良好的社会价值和经济效益。附图说明图1：本专利技术实施例的方法示意图；图2：本专利技术实施例的采用智能算法对翼型设计进行优化流程图；图3：本专利技术实施例的WQ-A180翼型轮廓线示意图；图4：本专利技术实施例的翼型气动性能示意图，其中(a)表示光滑条件和粗糙条件下升力系数示意图，(b)表示光滑条件和粗糙条件下阻力系数示意图，(c)表示光滑条件和粗糙条件下升阻比示意图；图5：本专利技术实施例优化的翼型与典型风力机翼型升力系数对比示意图；图6：本专利技术实施例优化的翼型与典型风力机翼型升阻比对比示意图。具体实施方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。由于贝塞尔曲线容易实现空间复杂形状控制点的局部调控，这使得贝塞尔曲线能够很好的翼型廓线的参数化设计及优化。为了有效地本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用贝塞尔函数曲线的风力机翼型设计方法，其特征在于：采用三阶贝塞尔函数，该函数只需4个控制点即能表征一段曲线，而且首尾两点是固定不变的，故一段曲线只需变化两个控制点；将翼型的上、下翼面分别用一段曲线表示，且上、下翼面首尾两个顶点重合，然后首尾两端点平滑连接即可。
【技术特征摘要】
1.一种利用贝塞尔函数曲线的风力机翼型设计方法，其特征在于：采用三阶贝
塞尔函数，该函数只需4个控制点即能表征一段曲线，而且首尾两点是固定不变
的，故一段曲线只需变化两个控制点；将翼型的上、下翼面分别用一段曲线表示，
且上、下翼面首尾两个顶点重合，然后首尾两端点平滑连接即可。
2.根据权利要求1所述的利用贝塞尔函数曲线的风力机翼型设计方法，其特征在
于，所述的贝塞尔函数为：
P(t)=Σk=0nPkBk,n(t),t∈[0,1]---(1);]]>其中，P(t)为所求的曲线二维或者三维空间坐标点，Pk为各顶点的位置向量，
Bk,n(t)为伯恩斯基函数，表达式为：
Bk,n(t)=n!k!(n-1)!tk(1-t)n-k---(2);]]>所述的三阶贝塞尔函数为：
P(t)＝P0B0,3(t)+P1B1,3(t)+P2B2,3(t)+P3B3,3(t) (3)；
其中：B0,3＝1-3t+3t2-t3，B1,3＝3t-6t2+3t3，B2,3＝3t2-3t3，B2,3＝3t3；
因此，三阶贝塞尔函数能表示为：
P(t)＝(1-3t+3t2-t3)P0+(3t-6t2+3t3)P1+(3t2-3t3)P2+3t3P3 (4)；
写成矩阵的形式来表示翼型上、下翼面廓线坐标：
P(t)=t3t2t1-13-313-630-33001000P0P1P2P3---(5);]]>式(5)即为翼型廓线设计模型。
3.根据权利要求1所述的利用贝塞尔函数曲线的风力机翼型设计方法，其特征
在于：采用智能算法对翼型设计进行优化，其具体流程包括以下步骤：
步骤1：确定设计变量、确定目标函数及确定约束条件；
步骤2：初始化设计变量；
步骤3：将变量导入翼型廓线设计模型中；
步骤4：判断，是否为翼型？
若是，则计算适用度值，并顺序执行下述步骤5；
若否，...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪泉，王君，孙金风，游颖，邬述晖，任军，魏琼，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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