风力机叶片的形状优化设计

优化设计模型的建立
优化设计目标函数
优化的定义，这里以风力机的单位输出能量成本 作为优化目标，即
估算风力机各部分的成本，然后将其相加，得到风 力机总成本
通常来讲，风力机的输出功率和风速有直接的关系， 见图1.假设风力机每年的工作时间为8700h，那么每年总 输出能量
优化设计变量及其约束
这里将叶片半径看作常数，选取叶片的弦长、扭角、 以及相对厚度作为优化设计变量。 对于叶片的牛角和相对厚度的分布，这里采用了二次 函数来进行控制。同时取其值范围受约束与
同时对叶片的载荷进行约束。由风力机空气动力学知， 叶片的法向力Fn和切向力Ft表示为
对叶片所受的推理进行约束
式中的最大推力是由原始风轮的载荷所决wk.baidu.com的。
优化设计程序和方法
本优化是一个非线性形目标多约束问题，过程如图2.
风力机叶片的形状优化设计
——摘自机械工程学报
前言
随着风力发电技术的日益成熟和广泛应用，大功率兆瓦级风 力机已成为企业的主流产品，其空气动力学和结构特性优化设计 业成为了国内外很多学者的研究重点。而风轮作为风力机的主要 组成部分，其成本占到整个风力机组的20%左右，同时风轮也是风 力机捕获风能的关键部件。对于叶片的优化设计研究，国内外有 很多学者从不同方面进行了研究，并且从中看出，风力机的功率 增加都是以成本增加为代价的，针对这一问题，对风力机叶片进 行形状优化研究，提高风轮输出能量同时控制其成本就显得尤为 必要。 下面以风力机空气动力学理论为基础，通过对原始叶片的形 状参数进行优化设计，提高了风力机的工作性能和效率，降低了 风力机的发电成本，为风力机叶片的研究提供了理论依据，促进 了我国风电产业的发展。