一种海上风机叶片的空气动力载荷等效构建方法及装置制造方法及图纸

本申请公开了一种海上风机叶片的空气动力载荷等效构建方法及装置，方法通过获取参数不完备叶片模型的结构参数以及扩展后的初始升阻力系数，为参数不完备叶片模型气动力等效计算提供数据源；同时，结合多目标遗传算法对构建的多目标适应度函数进行优化处理，保证了参数不完备叶片气动力载荷计算的有效性和准确性，且得到的目标升阻力系数可等效于不同翼型风机叶片的截面气动参数，进而有效简化空气动力载荷计算的复杂度。动力载荷计算的复杂度。动力载荷计算的复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种海上风机叶片的空气动力载荷等效构建方法及装置


[0001]本申请属于海上风机叶片气动载荷建模
，特别的涉及一种海上风机叶片的空气动力载荷等效构建方法及装置。

技术介绍

[0002]海上风机叶片是风载荷的主要承受载体，叶片建模的准确性将直接影响空气动力载荷的计算、海上风机功率评估、叶片应力分析以及整机的结构动力响应分析等。为了保障风机叶片具有最优的气动力学性能，风机叶片往往设计成多翼型曲面与扭转角相结合的形式，但正是由于叶片设计的多样性，导致关键气动参数差异性大，这也导致目前获得真实风机叶片的详细几何、材料、升力系数等参数存在困难。
[0003]目前海上风机叶片的空气动力载荷计算，多基于对完备理论翼型截面参数及结构特征进行分析以获取不同风速下载荷的演变规律，然而在这种计算方式下，空气动力载荷的获取受到两方面的制约：一是风机叶片实际的翼型参数复杂多样，其叶片详细气动参数不完备，且难以直接获取；二是叶片升阻力系数受表面粗糙度以及涡流发生器等影响，与理论模型存在差异性，进而影响到结果的准确性。

技术实现思路

[0004]本申请为解决上述提到的风机叶片实际的翼型参数复杂多样，其叶片详细气动参数不完备，且难以直接获取；叶片升阻力系数受表面粗糙度以及涡流发生器等影响，与理论模型存在差异性，进而影响到结果的准确性等技术缺陷，提出一种海上风机叶片的空气动力载荷等效构建方法及装置，其技术方案如下：第一方面，本申请实施例提供了一种海上风机叶片的空气动力载荷等效构建方法，包括：按照叶片弯曲的延伸方向，对预设的海上风机叶片模型进行切分处理，得到叶片的结构参数；对与预设攻角范围对应的标准升阻力系数进行扩展处理，得到与全攻角范围对应的初始升阻力系数；根据叶片的结构参数以及初始诱导因子，构建叶片的载荷参数表达式；基于叶片的结构参数以及初始诱导因子计算出叶片的损失系数，并根据叶片的损失系数对初始诱导因子进行更新处理，得到目标诱导因子；根据目标诱导因子、与全攻角范围对应的初始升阻力系数以及叶片的载荷参数表达式，得到叶片的目标载荷参数，并当检测到叶片的目标载荷参数与预设的标准载荷参数之间的相似性超过预设阈值时，根据叶片的载荷参数表达式以及预设的标定载荷参数构建多目标适应度函数；基于多目标遗传算法对多目标适应度函数进行优化处理，得到目标升阻力系数。
[0005]在第一方面的一种可选方案中，叶片的结构参数包括叶素单元的半径长度以及叶
片扭角；根据叶片的结构参数以及初始诱导因子，构建叶片的载荷参数表达式，包括：根据初始诱导因子、叶素单元的半径长度、预设的来流风速以及预设的旋转角速度，构建风速入流角表达式；根据风速入流角表达式、叶片扭角以及预设的桨距角，构建叶片攻角表达式；根据风速入流角表达式、叶片的来流风速以及初始诱导因子，计算出叶片的相对速度表达式；根据风速入流角表达式、叶片攻角表达式、叶片的相对速度表达式以及叶素单元的半径长度，构建叶片的载荷参数表达式。
[0006]在第一方面的又一种可选方案中，基于叶片的结构参数以及初始诱导因子计算出叶片的损失系数，包括：根据风速入流角表达式、叶素单元的半径长度、预设的叶轮半径以及预设的叶片个数，计算出叶尖损失函数；根据风速入流角表达式、叶素单元的半径长度、预设的叶片个数以及预设的轮毂半径，计算出轮毂损失系数；对叶尖损失函数以及轮毂损失系数进行乘积计算，得到叶片的损失系数。
[0007]在第一方面的又一种可选方案中，根据叶片的损失系数对初始诱导因子进行更新处理，得到目标诱导因子，包括：对叶片的载荷参数表达式进行转换处理，得到与初始诱导因子对应的表达式；对叶片的损失系数以及与初始诱导因子对应的表达式进行合并处理，得到与目标诱导因子对应的表达式，并基于与目标诱导因子对应的表达式确定出目标诱导因子。
[0008]在第一方面的又一种可选方案中，根据目标诱导因子、与全攻角范围对应的初始升阻力系数以及叶片的载荷参数表达式，得到叶片的目标载荷参数，包括：将目标诱导因子、叶素单元的半径长度、预设的来流风速以及预设的旋转角速度代入至风速入流角表达式，计算出风速入流角；将风速入流角、叶片扭角以及预设的桨距角代入至叶片攻角表达式，计算出叶片攻角；在与全攻角范围对应的初始升阻力系数中，查找出与叶片攻角对应的初始升阻力系数；将风速入流角、叶片的来流风速以及目标诱导因子代入至叶片的相对速度表达式，计算出叶片的相对速度；将风速入流角、与叶片攻角对应的初始升阻力系数以及叶片的相对速度代入至叶片的载荷参数表达式，计算出叶片的目标载荷参数。
[0009]在第一方面的又一种可选方案中，在基于多目标遗传算法对多目标适应度函数进行优化处理，得到目标升阻力系数之后，还包括：将风速入流角、目标升阻力系数以及叶片的相对速度代入至叶片的载荷参数表达式，计算出叶片的等效载荷参数；当检测到叶片的等效载荷参数与预设的标准载荷参数之间的相似性超过预设阈值时，输出验证成功的提示信息。
[0010]第二方面，本申请实施例提供了一种海上风机叶片的空气动力载荷等效构建装置，包括：参数获取模块，用于按照叶片弯曲的延伸方向，对预设的海上风机叶片模型进行切分处理，得到叶片的结构参数；系数扩展模块，用于对与预设攻角范围对应的标准升阻力系数进行扩展处理，得到与全攻角范围对应的初始升阻力系数；参数构建模块，用于根据叶片的结构参数以及初始诱导因子，构建叶片的载荷参数表达式；目标获取模块，用于基于叶片的结构参数以及初始诱导因子计算出叶片的损失系数，并根据叶片的损失系数对初始诱导因子进行更新处理，得到目标诱导因子；函数构建模块，用于根据目标诱导因子、与全攻角范围对应的初始升阻力系数以及叶片的载荷参数表达式，得到叶片的目标载荷参数，并当检测到叶片的目标载荷参数与预设的标准载荷参数之间的相似性超过预设阈值时，根据叶片的载荷参数表达式以及预设的标定载荷参数构建多目标适应度函数；函数优化模块，用于基于多目标遗传算法对多目标适应度函数进行优化处理，得到目标升阻力系数。
[0011]在第二方面的一种可选方案中，叶片的结构参数包括叶素单元的半径长度以及叶片扭角；参数构建模块用于：根据初始诱导因子、叶素单元的半径长度、预设的来流风速以及预设的旋转角速度，构建风速入流角表达式；根据风速入流角表达式、叶片扭角以及预设的桨距角，构建叶片攻角表达式；根据风速入流角表达式、叶片的来流风速以及初始诱导因子，计算出叶片的相对速度表达式；根据风速入流角表达式、叶片攻角表达式、叶片的相对速度表达式以及叶素单元的半径长度，构建叶片的载荷参数表达式。
[0012]在第二方面的又一种可选方案中，目标获取模块用于：根据风速入流角表达式、叶素单元的半径长度、预设的叶轮半径以及预设的叶片个数，计算出叶尖损失函数；根据风速入流角表达式、叶素单元的半径长度、预设的叶片个数以及预设的轮毂半径，计算出轮毂损失系数；对叶尖损失函数以及轮毂损失系数进行乘积计算，得到叶片的损失系数。
[0013]在第二方面的又一种可选方案中，目标获取模块还用于：对叶片的载荷参数表达式进行转换处理，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上风机叶片的空气动力载荷等效构建方法，其特征在于，包括：按照叶片弯曲的延伸方向，对预设的海上风机叶片模型进行切分处理，得到叶片的结构参数；对与预设攻角范围对应的标准升阻力系数进行扩展处理，得到与全攻角范围对应的初始升阻力系数；根据所述叶片的结构参数以及初始诱导因子，构建叶片的载荷参数表达式；基于所述叶片的结构参数以及所述初始诱导因子计算出叶片的损失系数，并根据所述叶片的损失系数对所述初始诱导因子进行更新处理，得到目标诱导因子；根据所述目标诱导因子、所述与全攻角范围对应的初始升阻力系数以及所述叶片的载荷参数表达式，得到所述叶片的目标载荷参数，并当检测到所述叶片的目标载荷参数与预设的标准载荷参数之间的相似性超过预设阈值时，根据所述叶片的载荷参数表达式以及预设的标定载荷参数构建多目标适应度函数；基于多目标遗传算法对所述多目标适应度函数进行优化处理，得到目标升阻力系数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述叶片的结构参数包括叶素单元的半径长度以及叶片扭角；所述根据所述叶片的结构参数以及初始诱导因子，构建叶片的载荷参数表达式，包括：根据初始诱导因子、所述叶素单元的半径长度、预设的来流风速以及预设的旋转角速度，构建风速入流角表达式；根据所述风速入流角表达式、所述叶片扭角以及预设的桨距角，构建叶片攻角表达式；根据所述风速入流角表达式、所述叶片的来流风速以及所述初始诱导因子，计算出叶片的相对速度表达式；根据所述风速入流角表达式、所述叶片攻角表达式、所述叶片的相对速度表达式以及所述叶素单元的半径长度，构建叶片的载荷参数表达式。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述叶片的结构参数以及所述初始诱导因子计算出叶片的损失系数，包括：根据所述风速入流角表达式、所述叶素单元的半径长度、预设的叶轮半径以及预设的叶片个数，计算出叶尖损失函数；根据所述风速入流角表达式、所述叶素单元的半径长度、所述预设的叶片个数以及预设的轮毂半径，计算出轮毂损失系数；对所述叶尖损失函数以及所述轮毂损失系数进行乘积计算，得到叶片的损失系数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述叶片的损失系数对所述初始诱导因子进行更新处理，得到目标诱导因子，包括：对所述叶片的载荷参数表达式进行转换处理，得到与所述初始诱导因子对应的表达式；对所述叶片的损失系数以及与所述初始诱导因子对应的表达式进行合并处理，得到与目标诱导因子对应的表达式，并基于所述与目标诱导因子对应的表达式确定出目标诱导因子。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标诱导因子、所述与全攻角范围对应的初始升阻力系数以及所述叶片的载荷参数表达式，得到所述叶片的目标载荷
参数，包括：将所述目标诱导因子、所述叶素单元的半径长度、所述预设的来流风速以及所述预设的旋转角速度代入至所述风速入流角表达式，计算出风速入流角；将所述风速入流角、所述叶片扭角以及所述预设的桨距角代入至叶片攻角表达式，计算出叶片攻角；在所述与全攻角范围对应的初始升阻力系数中，查找出与所述叶片攻角对应的初...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，金波，徐凯，占晓明，常爽，王卿，刘玉帅，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：