風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)與制作課程設(shè)計(jì)

1、風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)與制作課程設(shè) 計(jì)風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)課程設(shè)計(jì)（綜合實(shí)驗(yàn)）報(bào)告（2012 - 2013年度第1學(xué)期）名 題 院 班 學(xué)稱：風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)目：風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)與制作系：可再生能源學(xué)院級(jí)：號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)周數(shù)：成 績(jī)：日期：2014年1月11日一、目的與要求主要目的:掌握動(dòng)量葉素理論設(shè)計(jì)風(fēng)力機(jī)葉片的原理和方法熟悉工程中繪圖軟件及辦公軟件的操作掌握科研報(bào)告的撰寫方法主要要求:要求獨(dú)立完成葉片設(shè)計(jì)參數(shù)的確定，每人提供 一份課程報(bào)告每小組提供一個(gè)手工制作的風(fēng)力機(jī)葉片 設(shè)計(jì)并計(jì)作翌個(gè)風(fēng)力機(jī)葉片原始數(shù)據(jù)三葉片風(fēng)力機(jī)功率P=6.03KW來(lái)流風(fēng)速7m/s風(fēng)輪轉(zhuǎn)速72rpm風(fēng)力機(jī)功率系數(shù)Cp=

2、0.43傳動(dòng)效率為0.92發(fā)電機(jī)效率為0.95空氣密度為1.225kg/m35人一組，每個(gè)小組采用一種風(fēng)力機(jī)翼型，翼 型的氣動(dòng)數(shù)據(jù)（升力系數(shù)，阻力系數(shù)，俯仰力矩 系數(shù)）已知。設(shè)計(jì)任務(wù)1）風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)：根據(jù)動(dòng)量葉素理論對(duì)各個(gè) 不同展向截面的弦長(zhǎng)和扭角進(jìn)行計(jì)算，按比例 畫出弦長(zhǎng)、扭角隨葉高的分布。2）根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果手工制作風(fēng)力機(jī)葉片，給 出簡(jiǎn)單的制作說明。三一、進(jìn)度計(jì)劃序 號(hào)設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）內(nèi)容完成時(shí)間備注1葉片參數(shù)的計(jì)算3天2葉片制作1天3報(bào)告撰寫1天4課程設(shè)計(jì)答辯半天四、數(shù)據(jù)計(jì)算選用翼型s8301.葉片半徑的計(jì)算:由風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率:得，葉片直徑：p = -pv3兀d2c nn8 rP 1

3、2D _土一 =：8 X 6.03 X 10 3 _ 9.863 m片 r pV 3兀Cpn 1n 2* 1.225 x 73 X 兀 x 0.43 x 0.95 x 0.92D 9.863 R _ _ 4.932m222.葉尖速比的計(jì)算： 整個(gè)葉片的葉尖速比人 _QR _ 2兀n /60 x R _ 2兀 x 72/60 x 4.932 _ 5 31 0 _ W.1設(shè)計(jì)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(zhǎng)設(shè)計(jì)（綜合實(shí)驗(yàn)）報(bào)告確定每個(gè)剖面的形狀參數(shù)N: 可根據(jù)公珞-竺9 （4求得:八 rN16兀RC =CiB 9C B人：人 2（r）2 +

4、 4i 0； 0 R 9由氣動(dòng)數(shù)據(jù)表查得最大升力系數(shù)C立響，取風(fēng)機(jī) 葉片數(shù)B=3，不同半徑處葉片弦長(zhǎng)的計(jì)算：宙程序直接 給出結(jié)果及線性優(yōu)化后修正弦長(zhǎng)如下：弦長(zhǎng)隨葉高分布葉高 /m0.73980.98641.47961.97282.4662.95923.45243.94564.4388弦長(zhǎng)1.00.90.60.50.40.30.20.20.2/m895025553083134477997632345修正0.80.70.60.50.40.30.20.20.2弦長(zhǎng)/m114342214083134477997632345圖如下（系列1為計(jì)算弦長(zhǎng)；系列2為修正后弦長(zhǎng)）弦長(zhǎng)隨葉高的分布-一修正后的弦長(zhǎng)

5、T-未修正的弦長(zhǎng)fj ： 0 =。一 a，a為翼型臨界攻角， 系數(shù)對(duì)成的攻角為其中為各截面處的 且由氣動(dòng)數(shù)據(jù)表查得最 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(jì)算入流角； 3）計(jì)算扭角0 =。-a；4）根據(jù)翼型空氣劫綜嘿唯曲線得到葉素的升 力系數(shù)Cl和阻力系數(shù)Cd；5）計(jì)算葉素的法向力系數(shù)Cn和切向力系數(shù)CtC = C cos + C sin 巾6）計(jì)算a和b的新值十C，洲弋頑Bcc =2 7Ta _ cCn1 - a 4 F sin2b cCT4 1 + b 4F sin cos7）比

6、較新計(jì)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F - arccos兀由以上迭代公式得到計(jì)算程序（見附錄），并由程序計(jì) 算得到個(gè)界面處的入流角：因?yàn)楦坑休嗇?，故?5%處開始計(jì)算扭角葉 高 /m0.73 980.98641.47961.97282.46 62.95 923.45243.94 564.43 88扭 角 n/28.825.119.214.511.28.766.875.263.4920132334659728579017869計(jì)算直接由程序給出扭角沿葉高的分布圖如下

7、扭角隨葉高的分布五、1.將打印好的翼型貼在硬紙板上，沿線剪下；在各截面1/4處確定為轉(zhuǎn)軸的位置；扭角的固定：將翼型截面轉(zhuǎn)至相應(yīng)的扭角位畫一條直線，在直線上選取兩點(diǎn)挖點(diǎn)并以兩根鐵葉片制作選取比例1： 5；2.利用繪圖工具分別繪出不同界面的翼型，打印;置，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。課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)10月8號(hào)，葉片廠實(shí)習(xí)。從學(xué)校到保定華翼風(fēng)電 葉片廠有超過3個(gè)小時(shí)的路程，初下車，迎面而來(lái)的寒風(fēng)讓人清醒，闖入視野的龐大的風(fēng)力機(jī)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(xì)致的給我們講解風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)制造工藝。我提問講解人員三個(gè)問題

8、：一個(gè)是葉尖處有兩個(gè)小孔，它們的功能是什么，她回答，是排水用的；另一個(gè)問題是我看到葉片為什么沒有防雷裝置，她回答說實(shí)驗(yàn)的葉片，沒有布置，我接著問防雷裝置的布置是怎樣=i的，她有給我耐心的講解；最后一個(gè)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(jìn)行螺栓聯(lián)接等工藝。接著又到生產(chǎn)車間學(xué)習(xí)葉片的生產(chǎn)工藝，先進(jìn)的復(fù) 合材料與嚴(yán)密的工藝流程給我很大的感觸，想想現(xiàn)在 自己還在時(shí)不時(shí)的在做事情的時(shí)候粗心大意，覺得自 己還有很長(zhǎng)的路要走。后來(lái)講解人員又帶領(lǐng)我們到葉片測(cè)試中心參觀。高 聳的測(cè)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(jì)制造與生產(chǎn)檢測(cè)原來(lái)是那么復(fù)雜的事情。 這也

9、讓我想起了材料力學(xué)的力學(xué)性能檢測(cè)試驗(yàn)，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(jì)與模型制作了。我們?cè)趧?dòng)員 大會(huì)結(jié)束后，我、xxx、xxx、xxx、xxx立即結(jié)成小組, 我組建了一個(gè)QQ討論組，把他們都邀請(qǐng)進(jìn)來(lái)，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(tuán)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，合實(shí)選取材料不得當(dāng)，鐵絲太 細(xì)，強(qiáng)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(tuán) 結(jié)協(xié)作的結(jié)果，從這個(gè)角度來(lái)看，是完美的

10、。提供的寶貴資源與大力的支持，我在課程設(shè)計(jì)中收獲 很多，學(xué)習(xí)到了課本中難以把握的工程實(shí)際知識(shí)，鍛 煉了實(shí)際操作軟件與動(dòng)手能力，提高了自身的專業(yè)素 質(zhì)，對(duì)風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)原理與風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)制造一周的風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)課程設(shè)計(jì)馬上就要結(jié)束 了，這一周過得緊張而又充實(shí)，非常感激學(xué)校、老師有了具體、深入的認(rèn)識(shí)。風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)課程設(shè)計(jì) 中，我還體會(huì)到一些做人做事的道理，如團(tuán)隊(duì)意識(shí)與 組織協(xié)調(diào)，專心、細(xì)心、耐心這些只有在活動(dòng)中才能 感悟到其重要性的東西。七、參考資料與應(yīng)用軟件風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)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

11、美國(guó) 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=T設(shè)計(jì)(竅哥報(bào)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*pi/60;f

12、or 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)-Cd*cos(x);t

13、a=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(zhǎng)分布矩陣：)，c disp(a矩陣)，a disp(b矩 陣：)，b disp(扭角矩陣：)，nfigure(3),plot程設(shè)計(jì)芝筍 0-告)，axis

14、(0 5 0 L6),title(馨長(zhǎng)隨葉高的分布)，xlabel(葉 S),ylabel(S長(zhǎng))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(s830翼型(單位弦長(zhǎng))，axis equal2.氣動(dòng)數(shù)據(jù)圖表攻 角ClCdCmcl/cd-50.0397180.015793-0.135432.51484300.5937820.015621-0.1521638.0125951.0789440.021647-

15、0.1533349.84374101.4154420.039338-0.1413335.98126121.5191860.051391-0.1369229.56123141.5283040.073211-0.131920.87531161.4978520.103856-0.1312614.42241181.4464130.14123-0.135410.24151201.3718070.180991-0.139887.579425Cl、Cd攻角Cl CdCl/Cd攻角3.翼型圖S03OW型（里位弦長(zhǎng)）.數(shù)據(jù)總表|葉高|弦長(zhǎng)|修正后|誘導(dǎo)|誘導(dǎo)|扭角/m/m弦長(zhǎng)/m因子a因子bn/0.73981.08950.81140.36980.275528.82010.98640.90250.73420.29030.151525.13231.47960.65530