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風力發(fā)電機風輪葉片三維模型的構建
徐超 2023/3/26 14:29:01
（接上頁）
圖3 NACA63-430翼型輪廓圖
對于該風力機的翼型而言，升阻力系數、升阻比的確定，均與攻角 有關。在雷諾數 時，它們之間的關系由試驗確定，如圖4所示。
圖4 翼型升阻力系數隨攻角變化曲線
如圖4所示，初始狀態(tài)下，翼型的升力系數 與阻力系數 隨攻角 的變大而增大。當攻角 至 時， 為極大值1.0，而后開始下降。對于 而言，始終處于單調上升的趨勢。也就是說，在 處為一臨界點，臨界點的左邊為氣動性能上升區(qū)域，右邊為氣動性能下降區(qū)域。
翼型的升阻比在初始階段隨攻角 的增加而增大。當至 時，升阻比為極大值19。而后，升阻比開始隨攻角 的增大而單調下降。這說明，當升阻比處于極值的時候，翼型氣動性能的效率最高，而隨著升阻比的減小，效率也呈逐漸減小的趨勢。因此，在確定參數攻角、升阻力以及升阻比時，應盡量選擇在氣動性能最優(yōu)值附近。
四、翼型空間坐標位置的確定
1.坐標點的變換原則
要確定風力機葉片的確切尺寸，其本質上來說是對各個翼型截面空間位置坐標的定位。該步驟的實現(xiàn)有諸多的方法。例如，圖形變換原理、矩陣變換原理。本文在操作中，采取的方法是以點坐標為基準進行幾何變換，繼而求出各個翼型斷面的空間坐標。實現(xiàn)的步驟是：（1）定義已知翼型截面的上、下弦平面坐標( )；（2）確定翼型截面的氣動中心平面坐標 ；（3）其余翼型截面以前面兩個步驟定義為基準，利用它們之間的幾何位置變換關系，確定出所有離散點的空間坐標 ( )。
2.翼型坐標系的確定
風力機葉片三維造型的過程中，坐標系的定義是首要環(huán)節(jié)，即對于整個葉片而言，必須定義某一個平面為基準平面（XOY）。在本文中，擬選擇包含葉片根部的平面（在該平面內r=0）為基準平面，沿Z軸方向為葉片展開向，坐標原點（0,0）則處于XOY面的氣動中心。
3.離散點坐標的確定
離散點坐標可查表]確定翼型上、下弦平面坐標（ ）。若葉根平面原點為氣動中心，設其的空間坐標為 （按照經驗數據，原點位置通常位于1/4弦長處），則：
（1）葉素坐標的計算：
（2）離散點空間坐標：
經變換得到
五、風力機葉片三維實體模型的生成
在完成所有翼型截面三維空間坐標的計算之后，就能夠在三維空間坐標中生成各翼型截面，然后通過掃掠、搭接、橋接等操作，在相鄰兩曲面之間生成光滑曲面，繼而將所有光滑曲面連接成整體，完成葉片的三維建模工作。
1.葉片截面曲線的繪制
葉片截面曲線的繪制，實際上是一個自動生成截面的過程�；静僮鞑襟E為：（1）將上述章節(jié)計算出的截面坐標數據，存入Excle表格，構成數據文件；（2）打開三維建模軟件UG，直接導入數據，在用“三次B樣條曲線”功能，便能繪制出所有翼型截面。
2.風力機葉片三維實體模型的建立
風力機葉片的翼型截面生成之后，需要將各截面生成光滑曲面，并組合成一個整體。在三維建模過程中，如果采取整體橋接的操作，則生成的模型曲面并不能保證光滑。因此，本文在操作中采取的單獨搭接相鄰翼型曲面的方式。在該環(huán)節(jié)的進行中，還必須對相鄰截面的對應點（如截面1和截面2的頂點、末端點等特殊點）連接引導線，這樣掃掠出來的曲面，光滑性較好。建立的單個葉片三維模型以及風輪總裝模型，如圖5所示。
圖5 風輪葉片裝配三維實體模型
3.模型的光滑性檢查
雖然相鄰截面的搭接，有導線引導曲面的生成。但是，由于相鄰翼型的大小不同，難免存在過渡區(qū)域的曲率過大的情況，這樣也容易導致曲面的光滑性下降，且直接通過觀測是無法檢查出來的。因此，要保證模型設計的光滑性，就必須校核光滑性并加以調整。本文在該環(huán)節(jié)的操作，主要是在軟件UG的“外觀造型”模塊，利用“曲率梳”、“光影分析”命令逐一掃描曲面，若遇到不光滑的地方，則利用“剪裁片體”工具進行裁剪。之后，在裁剪區(qū)域進行面修補操作，最終達到小曲率變化、截面順滑過渡的效果。
六、應用
本文利用利用相似理論，建立了原型機和模型機之間的參數關系，可以建立簡化的葉片模型，從而提高了計算效率。在確定葉片翼型后，利用UG軟件，對相鄰翼型截（未完，下一頁）
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