风力机课程设计

一、 目的与要求主要目的：掌握动量叶素理论设计风力机叶片的原理和方法熟悉工程中绘图软件及办公软件的操作掌握科研报告的撰写方法主要要求：要求独立完成叶片设计参数的确定，每人提供一份课程报告每小组提供一个手工制作的风力机叶片二、 主要内容设计并制作一个风力机叶片原始数据三叶片风力机功率P=6.03KW来流风速7m/s风轮转速72rpm风力机功率系数Cp=0.43传动效率为0.92发电机效率为0.95空气密度为1.225kg/m36人一组，每个小组采用一种风力机翼型，翼型的气动数据（升力系数，阻力系数，俯仰力矩系数）已知。设计任务风力机叶片设计：根据动量叶素理论对各个不同展向截面的弦长和扭角进行计算，按比例画出弦长、扭角随叶高的分布。根据以上计算结果手工制作风力机叶片，给出简单的制作说明。三、进度计划序号设计（实验）内容完成时间备注1叶片参数的计算3天2叶片制作1天3报告撰写1天4课程设计答辩半天四、数据计算选用翼型s817

（一） 叶片半径的计算:由风力发电机输出功率:得，叶片直径:c1c得，叶片直径:c1c八p=-pv3兀d2cnn8r P12 8X6.°3X103 =9.863m1.225x73x兀x0.43x0.95x0.92叶片半径:R=—=9.863=4.932m2 2(二)叶尖速比的计算:整个叶片的叶尖速比：人=OR。一V1叶片半径:R=—=9.863=4.932m2 2(二)叶尖速比的计算:整个叶片的叶尖速比：人=OR。一V12兀n/6。xR2兀x72/6。x4.932… = =5.31设计中取16处截面，分别是叶片半径的0.15,0.20,0.25，……，0.90.（三） 各截面处翼型弦长:确定每个剖面的形状参数N:可根据公式：R/rr、 4-。R9*。『。2（R）2+求得:rNC^B16丸R9CB人」人。2(R)2+4由气动数据表查得最大升力系数C£=1.235，取风机叶片数B=3，不同半径处叶片弦长的计算由程序直接给出结果如下:叶高/m0.73980.98641.2331.47961.72621.97282.21942.466弦长/m1.3481.1170.9430.8110.7090.6290.5640.511叶高2.71262.95923.20583.45243.6993.94564.19224.4388弦长0.4670.4300.3980.3710.3470.3260.3070.290弦长随叶高分布图如左下（四） 各截面处翼型的扭角:（四） 各截面处翼型的扭角:由右上图知各截面处的扭角：其中8为各截面处的入流角，冬为翼型临界攻角，且由气动数据表查得最大升力系数对应的攻角为X=5°即为翼型临界攻角根据相关关系式就可以通过迭代方法求得轴向诱导因子a和周向诱导因子b，迭代步骤如下:⑴假设a和b的初值，一般可取0；（2）G—aV计算入流角；8=arctan蓿房（2）（3） 计算扭角0=8-a；（4） 根据翼型空气动力特性曲线得到叶素的升力系数Cl和阻力系数Cd；（5） 计算叶素的法向力系数Cn和切向力系数CtC=Ccos。+Csin8C=Csin8一Ccos。（6）计算a和b的新值Bcb= 2na_ bC n 1一a 4Fsin28bbC — 1 1+b 4Fsin8cos8（7）比较新计算的a和b值与上一次的a和b值，如果误差小于设定的误差值（一般可取0.001），则迭代终止；否则，再回到（2）继续迭代。

日2…F=一arccos兀其中，F为普朗特叶尖损失修正因子，且由以上迭代公式得到计算程序（见附录），并由程序计算得到个界面处的入流角：因为根部有轮毂，故从15%处开始计算扭角计算直接由程序给出扭角沿叶高的分布叶高/m0.7400.9861.2331.4801.7261.9732.2192.466扭角/°28.80826.28322.94419.88317.23715.01313.14311.561叶高2.7132.9593.2063.4523.6993.9464.1924.439扭角10.2099.0418.0187.1066.2745.4864.6903.749图如下（8）叶片制作选取比例1：5；利用绘图工具分别绘出不同界面的翼型，打印；将打印好的翼型贴在硬纸板上，沿线剪下；在各截面1/4处确定为转轴的位置；扭角的固定：将翼型截面转至相应的扭角位置，画一条直线，在直线上选取两点挖点并以两根铁丝将翼型穿起，形成骨架；外形生成：将纸裁成条后，沿支架贴于表面，形成叶片。五、总结为期一周的风力机空气动力学课程设计即将结束，在这近一周里，我们六个人在老师的指导下分工合作，共同完成了设计任务，现总结如下风力机的设计是一个比较麻烦的过程，这需要我们牢牢掌握专业知识和其他交叉学科知识，学会用专业软件以及常用的绘图计算软件大学的课程设计使我们学有所用，体会到了将知识反映出来的充实感，但同时我们也发现课本知识的理论性与现实情况的复杂性，这要求我们能够学会用知识解决具体问题通过具体设计风力机叶片模型，我们把一连串的知识体会性地应用了一次，这有助于我们理解风力机叶片的设计制造过程。六、参考文献[1]贺德馨等.风力机空气动力一一校内试用教材.华北电力大学.10级.附录程序(mtatlab)：R=4.932;B=3;a=zeros(1,16);b=zeros(1,16);n=zeros(1,16);sig=zeros(1,16);F=sig;g=5*pi/180;Cl=8.204E-01;Cd=1.640E-02;r=[0.15:0.05:0.90]*R;Clm=1.235E+00;jihe0=load('s817.dat');lam=5.31;lamd=[0.15:0.05:0.90]*lam;c=zeros(1,16);v1=7;w=72*2*pi/60;fori=1:16a0=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)-Cd*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));axisequal;holdon;endtitle('不同截面处的翼型大小')holdoffn=n*180/pi;disp('弦长分布矩阵：')，cdisp('a矩阵')，adisp('b矩阵：')，bdisp('扭角矩阵：')，nfigure(3),plot(r,c,'o-'),axis([0501.6]),title('弦长随叶高的分布'),xlabel('叶高')，ylabel('弦长')figure(2),plot(r,n,'o-'),axis([05035]),title('扭角随叶高的分布'),xlabel('叶高'),ylabel('扭角')figure(4),plot(jihe0(:,1),jihe0(:,2)),title('s817翼型(单位弦长)')，axisequalcld=load('s817cl.dat');I=cld(:,1);cl=cld(:,2);cd=cld(:,3);cm=cld(:,4);clcd=cld(:,5);figure(5),plot(I,cl,'o-',I,cd,'or-'),title('cl、cd曲线')，legend('cl','cd')figure(6),plot(I,cm,'o-'),title('cm曲线')figure(7),plot(I,clcd,'o-'),title('cl/cd曲线')*注：s817cl.dat文件有过改动，将项目删除了，两个dat文件至于matlab工作目录里气动数据及图攻角i/°clcdcmcl/cd200.90020.2231-0.08864.034181.1410.1439-0.06647.926171.2010.1153-0.057110.42161.2280.0945-0.051912.99151.2350.0792-0.050315.59141.2270.0672-0.050518.26121.1890.0484-0.053924.57101.1430.0329-0.059834.7381.0590.0229-0.067246.2550.82040.0164-0.071350.0100.31560.0126-0.068125-5-0.19080.0155-0.0646-12.293.翼型课程设计（综合实验）报告4.总表叶高/m弦长c/m诱导因子a诱导因子b扭角n/。0.7401.3480.3270.26328.810.9861.1170.2620.14326.281.2330.9430.2330.08922.941.4800.8110.2170.06019.881.7260.7090.2080.04317.241.9730.6290.2020.03215.012.2190.5640.1970.02513