[发明专利]一种漂浮式风电叶片模型气动设计方法及模型

说明书

本发明提供了一种漂浮式风电叶片模型气动设计方法，所述方法包括如下步骤：S1：确定相似准则下的相关比例尺；S2：确定原型和模型的工况参数；S3：确定叶片模型的翼型参数；S4：确定叶片模型的优化设计准则；S5：根据S2获得的工况参数、S3获得的翼型信息，进行优化计算，所述优化计算的设计准则依据S4获得，调节优化参数，进行叶片模型气动设计；S6：得到模型叶片的最终设计结果。该方法基于最优叶尖速比映射关系和相对叶尖速比变化率相同的相似准则，设计出的模型叶片能更准确的反映原型机组静态和动态下的载荷和气动性能。

技术领域

本发明属于风电叶片模型设计技术领域，具体涉及一种漂浮式风电叶片模型气动设计方法及模型。

背景技术

模型实验是研究漂浮式风电机组动态载荷和气动性能的重要手段，主要包括：水池实验、风洞实验、硬件在环测试、软件在环测试等。其中，模型机组需以特定的相似准则来设计，以真实且准确地反映原型机组的相关性能，从而指导大型漂浮式海上风电机组的设计。

现有漂浮式风电叶片模型通常采用传统的推力系数相似准则进行优化设计，其优化变量通常为沿展向分布的弦长和扭角，优化目标通常为单工况或多个工况下的推力系数与原型保持相似。设计出的传统模型在原型机组的最优或额定工况下运行时，往往处在较高的叶尖速比，且叶片翼型的攻角偏小。这样造成的结果是，推力系数能满足较好的相似性，但功率系数明显降低。此外，浮体平台的复杂运动与来流相互干扰，使机组处在相对来流速度状态，同时叶尖速比也会以原型机组的最优或额定值为基础进行波动，也处在相对叶尖速比的变化状态，传统模型在这种平台运动下并不能正确地反映原型机组的动态推力系数和功率系数。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于，提出了一种漂浮式风电叶片模型气动设计方法及模型，基于最优叶尖速比映射关系和相对叶尖速比变化率相同的相似准则，解决了现有技术中的传统的推力系数相似准则和模型设计方法并未考虑机组的叶尖速比和翼型攻角在动态变化下的气动性能相似性，设计出的传统模型功率系数低，动态性能的相似性不能满足的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案，一种漂浮式风电叶片模型气动设计方法，所述方法包括如下步骤：

S1：确定相似准则下的相关比例尺；

S2：确定原型和模型的工况参数；

S3：确定叶片模型的翼型参数；

S4：确定叶片模型的优化设计准则；

S5：根据S2获得的工况参数、S3获得的翼型信息，进行优化计算，所述优化计算的设计准则依据S4获得，调节优化参数，进行叶片模型气动设计；

S6：得到模型叶片的最终设计结果。

本发明所提供的漂浮式风电叶片模型气动设计方法，还具有这样的特征，所述S1中的相关比例尺包括长度比例尺、叶尖速比的比例尺、速度比例尺、转速比例尺、频率比例尺、振幅比例尺和入流风速比例尺。

本发明所提供的漂浮式风电叶片模型气动设计方法，还具有这样的特征，所述S2中的原型工况参数包括旋转半径、塔架高度、风速、转速、频率、振幅以及完整的推力系数和功率系数随叶尖速比静态变化和随时间动态波动的运行曲线，模型的工况参数通过S1的相关比例尺计算得到。

本发明所提供的漂浮式风电叶片模型气动设计方法，还具有这样的特征，所述S3包括如下步骤：

S3.1：选择与原型机组的翼型气动性能相似性较好的低雷诺数翼型；

S3.2：计算S3.1选择的翼型在小范围攻角内的升阻力系数，并将其扩展到±180°的攻角区间；

S3.3：将该翼型沿叶片展向排布，并在叶片根部区域采用圆形光滑过渡，获取该叶片模型的翼型信息。