風力機葉片設(shè)計與制作課程設(shè)計

1、 風力機空氣動力學(xué)課程設(shè)計(綜合實驗)報告( 2012 - 2013 年度 第 1 學(xué)期)名 稱：風力機空氣動力學(xué) 題 目：風力機葉片設(shè)計與制作院 系：可再生能源學(xué)院 班 級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計周數(shù)： 成 績： 日期：2014年1 月 11日一、 目的與要求主要目的：1. 掌握動量葉素理論設(shè)計風力機葉片的原理和方法2. 熟悉工程中繪圖軟件及辦公軟件的操作3. 掌握科研報告的撰寫方法主要要求：1. 要求獨立完成葉片設(shè)計參數(shù)的確定，每人提供一份課程報告2. 每小組提供一個手工制作的風力機葉片二、 設(shè)計（實驗）正文設(shè)計并制作一個風力機葉片1. 原始數(shù)據(jù)三葉片風力機功率P6.03

2、KW來流風速7m/s風輪轉(zhuǎn)速72rpm風力機功率系數(shù)Cp0.43傳動效率為0.92發(fā)電機效率為0.95空氣密度為1.225kg/m35人一組，每個小組采用一種風力機翼型，翼型的氣動數(shù)據(jù)（升力系數(shù)，阻力系數(shù)，俯仰力矩系數(shù)）已知。2. 設(shè)計任務(wù)1) 風力機葉片設(shè)計：根據(jù)動量葉素理論對各個不同展向截面的弦長和扭角進行計算，按比例畫出弦長、扭角隨葉高的分布。2) 根據(jù)以上計算結(jié)果手工制作風力機葉片，給出簡單的制作說明。三、 進度計劃序號設(shè)計(實驗)內(nèi)容完成時間備注1葉片參數(shù)的計算3天2葉片制作1天3報告撰寫1天4課程設(shè)計答辯半天四、 數(shù)據(jù)計算選用翼型s8301.葉片半徑的計算：由風力發(fā)電機輸出功率：

3、得，葉片直徑：葉片半徑：2.葉尖速比的計算：整個葉片的葉尖速比：設(shè)計中取9處截面，分別是葉片半徑的0.15,0.20,0.30，0.90. 3.各截面處翼型弦長：確定每個剖面的形狀參數(shù)N:可根據(jù)公式： 求得：由氣動數(shù)據(jù)表查得最大升力系數(shù) =1.5283 ，取風機葉片數(shù) B=3，不同半徑處葉片弦長的計算由程序直接給出結(jié)果及線性優(yōu)化后修正弦長如下：弦長隨葉高分布葉高/m0.73980.98641.47961.97282.4662.95923.45243.94564.4388弦長/m1.08950.90250.65530.50830.41340.34770.29970.26320.2345修正弦長/

4、m0.81140.73420.62140.50830.41340.34770.29970.26320.2345圖如下（系列1為計算弦長；系列2為修正后弦長） 3. 各截面處翼型的扭角： 由右上圖知各截面處的扭角 ： 其中為各截面處的入流角，為翼型臨界攻角，且由氣動數(shù)據(jù)表查得最大升力系數(shù)對應(yīng)的攻角為a =5°即為翼型臨界攻角根據(jù)相關(guān)關(guān)系式就可以通過迭代方法求得軸向誘導(dǎo)因子a和周向誘導(dǎo)因子b，迭代步驟如下：1) 假設(shè)a和b的初值，一般可取0；2) 計算入流角； 3) 計算扭角q = f -a； 4) 根據(jù)翼型空氣動力特性曲線得到葉素的升力系數(shù)Cl和阻力系數(shù)Cd；5) 計算葉素的法向力系數(shù)

5、Cn和切向力系數(shù)Ct6) 計算a和b的新值 7) 比較新計算的a和b值與上一次的a和b值，如果誤差小于設(shè)定的誤差值（一般可取0.001），則迭代終止；否則，再回到（2）繼續(xù)迭代。其中，F(xiàn)為普朗特葉尖損失修正因子，且由以上迭代公式得到計算程序（見附錄），并由程序計算得到個界面處的入流角：因為根部有輪轂，故從15%處開始計算扭角計算直接由程序給出扭角沿葉高的分布葉高/m0.73980.98641.47961.97282.4662.95923.45243.94564.4388扭角n/°28.820125.132319.234614.559711.22858.76796.87015.2678

6、3.4969圖如下五、 葉片制作1. 選取比例1：5；2. 利用繪圖工具分別繪出不同界面的翼型，打??；3. 將打印好的翼型貼在硬紙板上，沿線剪下；4. 在各截面1/4處確定為轉(zhuǎn)軸的位置；5. 扭角的固定：將翼型截面轉(zhuǎn)至相應(yīng)的扭角位置，畫一條直線，在直線上選取兩點挖點并以兩根鐵絲將翼型穿起，形成骨架；6. 外形生成：將紙裁成條后，沿支架貼于表面，形成葉片。六、 課程設(shè)計心得體會10月8號，葉片廠實習。從學(xué)校到保定華翼風電葉片廠有超過3個小時的路程，初下車，迎面而來的寒風讓人清醒，闖入視野的龐大的風力機葉片讓我感到十分震撼。廠方的工作人員熱情地接待了我們，耐心而細致的給我們講解風力機葉片設(shè)計制造工

7、藝。我提問講解人員三個問題：一個是葉尖處有兩個小孔，它們的功能是什么，她回答，是排水用的；另一個問題是我看到葉片為什么沒有防雷裝置，她回答說實驗的葉片，沒有布置，我接著問防雷裝置的布置是怎樣的，她有給我耐心的講解；最后一個問題是葉片與輪轂的連接，她給我們介紹幾種聯(lián)接方式，預(yù)埋雙頭螺柱、打孔進行螺栓聯(lián)接等工藝。接著又到生產(chǎn)車間學(xué)習葉片的生產(chǎn)工藝，先進的復(fù)合材料與嚴密的工藝流程給我很大的感觸，想想現(xiàn)在自己還在時不時的在做事情的時候粗心大意，覺得自己還有很長的路要走。后來講解人員又帶領(lǐng)我們到葉片測試中心參觀。高聳的測試塔，密密麻麻的數(shù)據(jù)線讓人眼花繚亂，才清楚葉片設(shè)計制造與生產(chǎn)檢測原來是那么復(fù)雜的事情

8、。這也讓我想起了材料力學(xué)的力學(xué)性能檢測試驗，我問工作人員，是不是采用應(yīng)變片做為傳感器，她給了肯定的回答，我非常高興。剩下的就是葉片的設(shè)計與模型制作了。我們在動員大會結(jié)束后，我、xxx、xxx、xxx、xxx立即結(jié)成小組，我組建了一個QQ討論組，把他們都邀請進來，然后我和小組成員討論了翼型選擇，確定后分配了任務(wù)，大家團結(jié)協(xié)作，高效地完成了任務(wù)，我們都非常高興。在葉片骨架制作的過程中，選取材料不得當，鐵絲太細，強度不夠，我們有馬上想辦法解決，最后用多年積攢的一次性筷子解決了問題。雖然制作的不是很精美，但我們真心付出了自身的腦力、體力，是我們團結(jié)協(xié)作的結(jié)果，從這個角度來看，是完美的。一周的風力機空氣

9、動力學(xué)課程設(shè)計馬上就要結(jié)束了，這一周過得緊張而又充實，非常感激學(xué)校、老師提供的寶貴資源與大力的支持，我在課程設(shè)計中收獲很多，學(xué)習到了課本中難以把握的工程實際知識，鍛煉了實際操作軟件與動手能力，提高了自身的專業(yè)素質(zhì)，對風力機空氣動力學(xué)原理與風力機葉片設(shè)計制造有了具體、深入的認識。風力機空氣動力學(xué)課程設(shè)計中，我還體會到一些做人做事的道理，如團隊意識與組織協(xié)調(diào)，專心、細心、耐心這些只有在活動中才能感悟到其重要性的東西。一、二、三、四、一、二、三、四、七、 參考資料與應(yīng)用軟件風力機空氣動力學(xué)賀德馨等著，華北電力大學(xué)校內(nèi)教材；AutoCAD Autodesk（歐特克）公司出品；MATLAB 2013b美

10、國MathWorks公司出品。八、附錄1. 程序(mtatlab)：R=4.932;B=3;a=zeros(1,9);b=zeros(1,9);n=zeros(1,9);sig=zeros(1,9);F=sig;g=5*pi/180;Cl=1.0789;Cd=0.0216;r=0.15 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9*R;Clm=1.528;jihe0=load('s830.dat');lam=5.31;lamd=0.15 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9*lam;c=zeros(1,9);v1=7;w=72*2*p

11、i/60;for i=1:9a0=0.5;b0=0.5;a1=0;b1=0;c(i)=16*pi*R/9/Clm/B/lam/(sqrt(4/9+lam*lam*r(i)*r(i)/R/R);sig(i)=B*c(i)/2/pi/r(i);while(abs(a1-a0)>=0.001|abs(b1-b0)>=0.001)a0=a1;b0=b1;x=atan(1-a0)*v1/(1+b0)/w/r(i);F(i)=2/pi*acos(exp(-B*(R-r(i)/2/r(i)/sin(x);n(i)=x-g;Cn=Cl*cos(x)+Cd*sin(x);Ct=Cl*sin(x)-C

12、d*cos(x);ta=sig(i)*Cn/4/F(i)/sin(x)/sin(x);tb=sig(i)*Ct/4/F(i)/sin(x)/cos(x);a1=ta/(1+ta);b1=tb/(1-tb);enda(1,i)=a1;b(1,i)=b1;jihe=jihe0*c(i);plot(jihe(:,1),jihe(:,2);axis equal;hold on;endtitle('不同截面處的翼型大小')hold offn=n*180/pi;disp('弦長分布矩陣：'),cdisp('a矩陣'),adisp('b矩陣:'

13、),bdisp('扭角矩陣：'),nfigure(3),plot(r,c,'o-'),axis(0 5 0 1.6),title('弦長隨葉高的分布'),xlabel('葉高'),ylabel('弦長')figure(2),plot(r,n,'o-'),axis(0 5 0 35),title('扭角隨葉高的分布'),xlabel('葉高'),ylabel('扭角')figure(4),plot(jihe0(:,1),jihe0(:,2),title(

14、's830翼型（單位弦長）'),axis equal2. 氣動數(shù)據(jù)圖表攻角ClCdCmcl/cd-50.0397180.015793-0.135432.51484300.5937820.015621-0.1521638.0125951.0789440.021647-0.1533349.84374101.4154420.039338-0.1413335.98126121.5191860.051391-0.1369229.56123141.5283040.073211-0.131920.87531161.4978520.103856-0.1312614.42241181.4464130.14123-0.135410.24151201.3718070.180991-0.139887.579425 3. 翼型圖4. 數(shù)據(jù)總表葉高/m弦長/m修正后弦長/m誘導(dǎo)因子a誘導(dǎo)因子b扭角n/°0.73981.08950.81140.36980.275528.82010.98640.90250.73420.29030.151525.13231.47960.65530.62140.237