CN114861345A - 一种叶片延长装置的设计方法、装置和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种叶片延长装置的设计方法、装置和电子设备，该方法和装置应用于电子设备，该叶片延长装置包括叶片延长节和叶片延长小翼，本设计方法和装置具体为采用修正BEM理论计算叶片延长节的CP～λ对应关系曲线；以年发电量提升量为目标函数，采用粒子群多元参数算法，并基于CP～λ对应关系曲线中的参数，对叶片延长节的每个截面位置的多个延长节参数进行自寻优计算，从而得到叶片延长节各截面弦长、扭角、相对厚度、翼型型号等气动外形参数。通过上述方案可以实现对叶片延长装置的设计。
Description
技术领域
本申请涉及风电技术领域，更具体地说，涉及一种叶片延长装置的设计方法、装置和电子设备。
背景技术
叶片作为风电机组捕获风能的主要部件，其气动性能的优劣直接决定了风能转化效率的高低。在亚声速流场中，叶片翼型的特殊设计形式使得其在旋转过程中，由于压力面和吸力面的压力差使得气流在尾缘和叶尖位置形成复杂的三维效应，即高强度螺旋状发生并扩散的叶尖脱落涡，同时伴随产生的诱导阻力使得叶片阻力增大，从而造成风轮扭矩和功率的损失。
在风能利用和风电机组设计技术的发展过程中，早期风电机组由于技术相对落后，对风力机设计边界条件认识不足，为了避免出现安全事故，往往在设计时采用较高的安全系数。此外随着越来越多的风电场的开发利用，早期风电场受周边风电场遮挡影响，导致风速存在不同程度的下降趋势，因此风电场的收益也随之减少。
为了有效解决上述由于风速降低以及机组发电性能与风资源特点不匹配的不足，可以通过增加风轮直径、即通过叶尖延长的方式达到提质增效的目的，并且，叶片延长还可以改善叶尖脱落涡，起到降低诱导阻力的作用，从而实现机组发电性能的提升，但目前还没有一种方案能够实现叶片延长装置的设计。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种叶片延长装置的设计方法、装置和电子设备，用于实现叶片延长装置的设计。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
一种叶片延长装置的设计方法，应用于电子设备，所述叶片延长装置包括叶片延长节，所述设计方法包括步骤：
采用修正BEM理论计算出增加叶片延长节后的CP～λ对应关系曲线；
以年发电量提升量为目标函数，采用粒子群多元参数算法，并基于所述CP～λ对应关系曲线中的参数，对所述叶片延长节的每个截面位置的多个延长节参数进行自寻优计算。
可选的，所述多个延长节参数包括半径、弦长、扭角和相对厚度。
可选的，所述采用修正BEM理论方法计算叶片延长节的CP～λ对应关系曲线，包括步骤：
选定与特定叶片模型相同的气动外形参数；
对所述叶片延长节的每个截面采用修正BEM理论，迭代计算每个所述截面在每个叶尖速比下的入流角、叶尖损失、叶根损失、轴向诱导因子和切向诱导因子，对应的函数关系式分别为：
式中：R表示叶片半径；f_loss表示含误差系数的Prandtl叶尖修正系数；△r为误差系数；rhub表示轮毂半径；H表示轴向诱导因子修正系数；F＝F_loss·H_loss；
对每个所述截面在每个所述叶尖速比下的入流角、叶尖损失、叶根损失、轴向诱导因子和切向诱导因子进行积分计算，根据计算结果构建所述CP～λ对应关系曲线。
可选的，所述误差系数△r的范围为0.01～0.2。
可选的，所述以年发电量提升量为目标函数，采用粒子群多元参数算法，并基于所述CP～λ对应关系曲线中的参数，对所述叶片延长节的每个截面位置的多个延长节参数进行自寻优计算，包括步骤：
选定所述叶片延长和叶片延长节的起始位置、设计目标长度、设计截面步长；
计算所述叶片延长节延长后的近似最佳λext-opt
计算所述叶片延长节对应各截面位置的理论最佳扭角θtheory
αstart表示原叶片长度下Xstart在稳态风速Vin(切入风速)～Vrate(达到额定转速时对应风速)下的气动攻角平均值αstart
采用多项式拟合方法迭代拟合计算所述叶片延长节各弦长的曲线
y＝k1xn+k2xn-1+...knx+k0
在不同翼型型号下，通过粒子群自寻优PSO算法，对所述叶片延长节的弦长、扭角、翼型相对厚度进行自寻优计算
vi＝ωvi+ω1rand()(pbesti-xi)+ω2rand()(gbesti-xi)
xi＝xi+vi
式中：vi表示粒子速度，ω1和ω2表示学习因子，ω1＝ω2＝1～2，rand()表示0～1的随机数，i表示粒子群总数，xi表示粒子当前位置，pbesti和gbesti表示粒子迭代过程中的两个极值，ω表示惯性因子，ω＝0.4～0.9；
可选的，所述叶片延长装置还包括叶片延长小翼，所述设计方法还包括步骤：
选定所述叶片延长小翼的起始位置；
以所述起始位置为基础，计算所述叶片延长小翼的气动外形参数。
可选的，所述气动外形参数包括前缘后掠角、后缘后掠角、翼梢弦长、翼根弦长、梢根比、翼根弦向起始位置、前缘修型贝塞尔曲线参数、小翼翼展长度，外倾角，折弯半径和安装角。
一种叶片延长装置的设计装置，应用于电子设备，所述叶片延长装置包括叶片延长节，所述设计装置包括：
第一计算模块，用于采用修正BEM理论计算出叶片延长节后的CP～λ对应关系曲线；
第二计算模块，用于以年发电量提升量为目标函数，采用粒子群多元参数算法，并基于所述CP～λ对应关系曲线中的参数，对所述叶片延长节的每个截面位置的多个延长节参数进行自寻优计算。
可选的，所述多个延长节参数包括半径、弦长、扭角和相对厚度。
可选的，所述叶片延长装置还包括叶片延长小翼，所述设计装置还包括：
位置选定模块，用于选定所述叶片延长小翼的起始位置；
第三计算模块，用于以所述起始位置为基础，计算所述叶片延长小翼的气动外形参数。
可选的，所述气动外形参数包括前缘后掠角、后缘后掠角、翼梢弦长、翼根弦长、梢根比、翼根弦向起始位置、前缘修型贝塞尔曲线参数、小翼翼展长度，外倾角，折弯半径和安装角。
一种电子设备，包括至少一个处理器和与所述处理器连接的存储器，其中：
所述存储器用于存储计算机程序或指令；
所述处理器用于执行所述计算机程序或指令，以使所述电子设备实现如上所述的叶片延长装置的设计方法。
从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种叶片延长装置的设计方法、装置和电子设备，该方法和装置应用于电子设备，该叶片延长装置包括叶片延长节，本设计方法和装置具体为采用修正BEM理论计算叶片延长节的CP～λ对应关系曲线；以年发电量提升量为目标函数，采用粒子群多元参数算法，并基于CP～λ对应关系曲线中的参数，对叶片延长节的每个截面位置的多个延长节参数进行自寻优计算，从而得到叶片延长节各截面弦长、扭角、相对厚度、翼型型号等气动外形参数。通过上述方案可以实现对叶片延长装置的设计。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例的一种叶片延长装置的设计方法的流程图；
图2为本申请实施例的另一种叶片延长装置的设计方法的流程图；
图3a为本申请实施例的叶片主体和叶片延长节的示意图；
图3b为本申请实施例的叶片主体与叶片延长节的连接部的示意图；
图3c为本申请实施例的叶片延长小翼的示意图；
图4为本申请实施例的一种叶片延长装置的设计装置的框图；
图5为本申请实施例的另一种叶片延长装置的设计方法的框图；
图6为本申请实施例的一种电子设备的框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例一
图1为本申请实施例的一种叶片延长装置的设计方法的流程图。
如图1所示，本实施例提供的设计方法应用于电子设备，该电子设备可以理解为具有数据计算和信息处理能力的计算机或服务器，该设计方法用于对风电机组的叶片的延长装置的各项参数进行计算，得到该叶片延长装置的制造参数。该叶片延长装置包括叶片延长节，具体该叶片延长节的设计方法包括如下步骤：
S1、采用修正BEM理论计算出叶片延长节后的CP～λ对应关系曲线。
采用此方法计算对应关系曲线，以保证计算出的Cp值与商业软件GH Bladed计算结果误差1％，并使对应的最佳叶尖速比λopt相等。该技术步骤具体如下：
首先，采用与GH Bladed或其他商业软件的叶片模型的相同气动外形参数，这里的气动外形参数包括各截面半径位置r、弦长c、扭角θ、相对厚度T、翼型气动参数(攻角AOA与升力系数Cl、阻力系数Cd和弯矩系数Cm对应关系)；
然后，对每个截面采用修正BEM理论，迭代计算每个λ下的入流角φ、叶尖损失F_loss、叶根损失H_loss、轴向诱导因子a和切向诱导因子b，对应的函数关系式分别为
式中：R表示叶片半径；f_loss表示含误差系数的Prandtl叶尖修正系数；△r误差系数0.01～0.2；rhub表示轮毂半径；H表示轴向诱导因子修正系数；F＝F_loss·H_loss。
各截面在每个叶尖速比λ下的轴向诱导因子和切向诱导因子的迭代过程如下：
1)假定轴向诱导因子a＝0和切向诱导因子b＝0；
2)依据公式(1)计算截面入流角φ；
3)依据公式(4)和(5)计算轴向诱导因子a1和切向诱导因子b1
4)若|a1-a|>容许误差△a或者|b1-b|>容许误差△b，返回步骤1)继续迭代，直至满足容许误差要求。
最后，对每个截面的Cp-λ函数关系进行积分，求出Cpmax，保证Cpmax与GH Bladed或者其他商业软件计算出的最佳Cp’误差小于1％，且对应的最佳叶尖速比λopt相同。Cp计算表达式见公式(6)所示。
S2、对叶片延长节的每个截面位置的多个延长节参数进行自寻优计算。
具体来说，以年发电量AEP提升量△AEP为目标函数，采用粒子群多元参数算法，对叶片延长节的各延长节截面位置半径rext、各截面位置弦长cext、扭角θext、相对厚度Text进行自寻优计算。具体实施步骤如下所示：
选定叶片延长和叶片延长节的起始位置Xstart、设计目标长度Xend和设计截面步长bin＝0.2m～1m。
计算叶片延长节的近似最佳λext-opt
计算叶片延长节对应各截面位置的理论最佳扭角θtheory
αstart表示原叶片长度下Xstart在稳态风速Vin(切入风速)～Vrate(达到额定转速时对应风速)下的气动攻角平均值αstart
采用多项式拟合方法迭代拟合计算延长后叶片各弦长的曲线
y＝k1xn+k2xn-1+...knx+k0 (10)
迭代方法：
1)给定Xend初始弦长cend
2)被拟合弦长曲线的起始点为最大弦长cmax，终点为cend
3)采用公式(10)进行曲线拟合，循环n＝1,2,3…
4)计算每个n循环的拟合曲线和被拟合曲线的相关性Rcoeff
5)当Rcoeff≥R1时，R1＝0.95～0.99，对应的n作为粒子群寻优弦长粒子循环迭代的下边界弦长曲线多项式阶数
6)当Rcoeff≤R2时，R1＝0.99～1，对应的n作为粒子群寻优弦长粒子循环迭代的下边界弦长曲线多项式阶数
7)若6)多项式曲线计算出的延长后叶片各弦长采用步骤1方法计算出的最佳Cpext-max小于未延长前的叶片Cpmax，增加cend值，重新进行循环，直至满足为止。
8)循环结束。
针对不同翼型型号，通过粒子群自寻优PSO算法，对叶片延长节的弦长、扭角、翼型相对厚度进行自寻优计算，迭代计算出的叶片延长节各截面弦长、扭角、相对厚度、翼型型号作为叶片延长设计的气动外形参数。
vi＝ωvi+ω1rand()(pbesti-xi)+ω2rand()(gbesti-xi) (11)
xi＝xi+vi (12)
式中：vi表示粒子速度；ω1和ω2表示学习因子，ω1＝ω2＝1～2；rand()表示0～1的随机数；i表示粒子群总数；xi表示粒子当前位置；pbesti和gbesti表示粒子迭代过程中的两个极值；ω表示惯性因子，ω＝0.4～0.9
翼型型号选择风力机常用翼型，DU系列、RISO系列、NACA系列、FFA系列、S系列及其变形体，相对厚度范围16％～18％。
粒子群规模particle_num＝30～100，迭代次数iteration_num＝10～50，寻优目标为最佳AEP。
粒子群自寻优PSO算法中，各粒子边界条件设置：
1)弦长上下边界见2-6
2)扭角上边界为θtheory±Twist_Error，Twist_Error＝1～2deg
3)翼型相对厚度上边界为Xstart对应厚度，下边界为翼型型号中最小的相对厚度。
若叶片延长后的整机载荷超出设计载荷或者延长后的发电量提升量不满足要求，调整Xend，重新执行后续的计算。
从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种叶片延长装置的设计方法，该方法应用于电子设备，该叶片延长装置包括叶片延长节，本设计方法具体为采用修正BEM理论计算叶片延长节的CP～λ对应关系曲线；以年发电量提升量为目标函数，采用粒子群多元参数算法，并基于CP～λ对应关系曲线中的参数，对叶片延长节的每个截面位置的多个延长节参数进行自寻优计算，从而得到叶片延长节各截面弦长、扭角、相对厚度、翼型型号等气动外形参数。通过上述方案可以实现对叶片延长装置的设计。
鉴于该叶片延长装置还包括叶片延长小翼，因此，在本申请的一个具体实施方式中，还包括如下步骤，以实现对叶片延长小翼的设计，如图2所示。
S3、选定叶片延长小翼的起始位置。
在上面计算出的叶片延长节的基础上，确定叶尖小翼的沿叶片展向的起始位置rstart，rstart的选择依据为：
1)通过专业商业软件如GH Bladed、Simpack、Ansys CFX/Fluent或开源软件如Fast，或基于修正的BEM理论、升力线理论、促动线模型等空气动力学模型，自编迭代程序计算叶片气动性能计算△AEP满足设计目标要求；
2)按照2-3给出的半径长度bin减少步骤2中叶片半径，即反向减小设计，按照上面所描述的方式计算对应的△AEPi，当
时，以此时的截面位置rstart为小翼的起始位置。
叶片延长小翼的气动外形的关键参数包括前缘后掠角γ1，后缘后掠角γ2，翼梢弦长c2，翼根弦长c1，梢根比
翼根弦向起始位置x，前缘修型贝塞尔曲线参数s1、s2、小翼翼展长度Ltip，外倾角τ，折弯半径Rt1、Rt2、以及安装角Aset。分别如图3a、3b和3c所示。
S4、基于起始位置计算叶片延长小翼的气动外形参数。
选定叶尖延长小翼的翼型，选择原则1：小翼翼型取上表面平坦，后缘有一定弯度的系列翼型，翼型厚度小于16％，系列翼型包括不限于DU系列、S系列、NACA 4系列、5系列、6系列，Wortmann FX系列、FFA系列及其变形体，如后缘修型等。
小翼翼展长度Ltip≥Xend-rstart、梢根比y≥0.2、外倾角τ∈(0°,90°)、安装角Aset∈(-2°,5°)、前缘后掠角
后缘后掠角γ2∈(0°,γ1)
确定翼根弦向起始位置x∈(x1,x2)，x1和x2。
方法一：x1＝0，x2＝rstart所用翼型的最大厚度处；方法二：通过CFD仿真确定x1和x2的值，x1为切入风速Vin、并网转速
为边界条件时，rstart位置气流下洗起始位置，x2为额定风速Vrate、额定转速
为边界条件时，rstart位置气流下洗起始位置。此时rstart为叶尖。
由于小翼的气动外形参数中，Ltip、y、τ、x是决定影响小翼诱导阻力的重要参数，因此优先确定上述4个参数，确定后，再优化前缘后掠角、后缘后掠角、安装角、翼根折弯半径、前缘修型贝塞尔参数。
采用涡格法VLM对叶片小翼的气动力进行计算，步骤包括：
1)对Ltip、y、τ、x不同组合，给出小翼的气动外形
2)进行网格划分，对叶片小翼和叶片主体或叶片延长节各截面组成部分进行表面划分；
3)对攻角范围属于(-2°,10°)内的攻角下，叶片小翼和叶片主体或叶片延长节组成的整体，进行气动性能计算；
4)以仿真结果中，最佳升阻比作为判定条件，确定最优的Ltip、y、τ、x组合；
5)基于上面的Ltip、y、τ、x组合，迭代计算前缘后掠角、后缘后掠角、安装角、前缘修型贝塞尔参数90°<s1<180°、90°<s2<180°。
通过上面的方案还可以实现小翼弯向压力面和吸力面的设计。
通过后续的方案，可以实现对叶片延长装置全部部件的设计。
实施例二
图4为本申请实施例的一种叶片延长装置的设计装置的框图。
如图4所示，本实施例提供的设计装置应用于电子设备，该电子设备可以理解为具有数据计算和信息处理能力的计算机或服务器，该设计装置用于对风电机组的叶片的延长装置的各项参数进行计算，得到该叶片延长装置的制造参数。该叶片延长装置包括叶片延长节，具体该叶片延长节的设计装置包括第一计算模块10和第二计算模块20。
第一计算模块用于采用修正BEM理论计算出增加叶片延长节后的CP～λ对应关系曲线。
采用此方法计算对应关系曲线，以保证计算出的Cp值与商业软件GH Bladed计算结果误差1％，并使对应的最佳叶尖速比λopt相等。该该模块的计算过程如下：
首先，采用与GH Bladed或其他商业软件的叶片模型的相同气动外形参数，这里的气动外形参数包括各截面半径位置r、弦长c、扭角θ、相对厚度T、翼型气动参数(攻角AOA与升力系数Cl、阻力系数Cd和弯矩系数Cm对应关系)；
然后，对每个截面采用修正BEM理论，迭代计算每个λ下的入流角φ、叶尖损失F_loss、叶根损失H_loss、轴向诱导因子a和切向诱导因子b，对应的函数关系式分别为
式中：R表示叶片半径；f_loss表示含误差系数的Prandtl叶尖修正系数；△r误差系数0.01～0.2；rhub表示轮毂半径；H表示轴向诱导因子修正系数；F＝F_loss·H_loss。
各截面在每个叶尖速比λ下的轴向诱导因子和切向诱导因子的迭代过程如下：
5)假定轴向诱导因子a＝0和切向诱导因子b＝0；
6)依据公式(1)计算截面入流角φ；
7)依据公式(4)和(5)计算轴向诱导因子a1和切向诱导因子b1
8)若|a1-a|>容许误差△a或者|b1-b|>容许误差△b，返回步骤1)继续迭代，直至满足容许误差要求。
最后，对每个截面的Cp-λ函数关系进行积分，求出Cpmax，保证Cpmax与GH Bladed或者其他商业软件计算出的最佳Cp’误差小于1％，且对应的最佳叶尖速比λopt相同。Cp计算表达式见公式(6)所示。
第二计算模块用于对叶片延长节的每个截面位置的多个延长节参数进行自寻优计算。
具体来说，以年发电量AEP提升量△AEP为目标函数，采用粒子群多元参数算法，对叶片延长节的各延长节截面位置半径rext、各截面位置弦长cext、扭角θext、相对厚度Text进行自寻优计算。该模块的计算过程如下：
选定叶片延长和叶片延长节的起始位置Xstart、设计目标长度Xend和设计截面步长bin＝0.2m～1m。
计算叶片延长节的近似最佳λext-opt
计算叶片延长节对应各截面位置的理论最佳扭角θtheory
αstart表示原叶片长度下Xstart在稳态风速Vin(切入风速)～Vrate(达到额定转速时对应风速)下的气动攻角平均值αstart
采用多项式拟合方法迭代拟合计算延长后叶片各弦长的曲线
y＝k1xn+k2xn-1+...knx+k0 (10)
迭代方法：
9)给定Xend初始弦长cend
10)被拟合弦长曲线的起始点为最大弦长cmax，终点为cend
11)采用公式(10)进行曲线拟合，循环n＝1,2,3…
12)计算每个n循环的拟合曲线和被拟合曲线的相关性Rcoeff
13)当Rcoeff≥R1时，R1＝0.95～0.99，对应的n作为粒子群寻优弦长粒子循环迭代的下边界弦长曲线多项式阶数
14)当Rcoeff≤R2时，R1＝0.99～1，对应的n作为粒子群寻优弦长粒子循环迭代的下边界弦长曲线多项式阶数
15)若6)多项式曲线计算出的延长后叶片各弦长采用步骤1方法计算出的最佳Cpext-max小于未延长前的叶片Cpmax，增加cend值，重新进行循环，直至满足为止。
16)循环结束。
针对不同翼型型号，通过粒子群自寻优PSO算法，对叶片延长节的弦长、扭角、翼型相对厚度进行自寻优计算，迭代计算出的叶片延长节各截面弦长、扭角、相对厚度、翼型型号作为叶片延长设计的气动外形参数。
vi＝ωvi+ω1rand()(pbesti-xi)+ω2rand()(gbesti-xi) (11)
xi＝xi+vi (12)
式中：vi表示粒子速度；ω1和ω2表示学习因子，ω1＝ω2＝1～2；rand()表示0～1的随机数；i表示粒子群总数；xi表示粒子当前位置；pbesti和gbesti表示粒子迭代过程中的两个极值；ω表示惯性因子，ω＝0.4～0.9
翼型型号选择风力机常用翼型，DU系列、RISO系列、NACA系列、FFA系列、S系列及其变形体，相对厚度范围16％～18％。
粒子群规模particle_num＝30～100，迭代次数iteration_num＝10～50，寻优目标为最佳AEP。
粒子群自寻优PSO算法中，各粒子边界条件设置：
4)弦长上下边界见2-6
5)扭角上边界为θtheory±Twist_Error，Twist_Error＝1～2deg
6)翼型相对厚度上边界为Xstart对应厚度，下边界为翼型型号中最小的相对厚度。
若叶片延长后的整机载荷超出设计载荷或者延长后的发电量提升量不满足要求，调整Xend，重新执行后续的计算。
从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种叶片延长装置的设计装置，该装置应用于电子设备，该叶片延长装置包括叶片延长节，本设计方法具体为采用修正BEM理论计算叶片延长节的CP～λ对应关系曲线；以年发电量提升量为目标函数，采用粒子群多元参数算法，并基于CP～λ对应关系曲线中的参数，对叶片延长节的每个截面位置的多个延长节参数进行自寻优计算，从而得到叶片延长节各截面弦长、扭角、相对厚度、翼型型号等气动外形参数。通过上述方案可以实现对叶片延长装置的设计。
鉴于该叶片延长装置还包括叶片延长小翼，因此，在本申请的一个具体实施方式中，还包括位置选定模块30和第三计算模块40，以实现对叶片延长小翼的设计，如图2所示。
位置选定模块用于选定叶片延长小翼的起始位置。
在上面计算出的叶片延长节的基础上，确定叶尖小翼的沿叶片展向的起始位置rstart，rstart的选择依据为：
3)通过专业商业软件如GH Bladed、Simpack、Ansys CFX/Fluent或开源软件如Fast，或基于修正的BEM理论、升力线理论、促动线模型等空气动力学模型，自编迭代程序计算叶片气动性能计算△AEP满足设计目标要求；
4)按照2-3给出的半径长度bin减少步骤2中叶片半径，即反向减小设计，按照上面所描述的方式计算对应的△AEPi，当
时，以此时的截面位置rstart为小翼的起始位置。
叶片延长小翼的气动外形的关键参数包括前缘后掠角γ1，后缘后掠角γ2，翼梢弦长c2，翼根弦长c1，梢根比
翼根弦向起始位置x，前缘修型贝塞尔曲线参数s1、s2、小翼翼展长度Ltip，外倾角τ，折弯半径Rt1、Rt2、以及安装角Aset。分别如图3a、3b和3c所示。
第三计算模块用于基于起始位置计算叶片延长小翼的气动外形参数。
选定叶尖延长小翼的翼型，选择原则1：小翼翼型取上表面平坦，后缘有一定弯度的系列翼型，翼型厚度小于16％，系列翼型包括不限于NACA 4系列、5系列、6系列，WortmannFX系列、FFA系列及其变形体，如后缘修型等。
小翼翼展长度Ltip≥Xend-rstart、梢根比y≥0.2、外倾角τ∈(0°,90°)、安装角Aset∈(-2°,5°)、前缘后掠角
后缘后掠角γ2∈(0°,γ1)
确定翼根弦向起始位置x∈(x1,x2)，x1和x2。
方法一：x1＝0，x2＝rstart所用翼型的最大厚度处；方法二：通过CFD仿真确定x1和x2的值，x1为切入风速Vin、并网转速
为边界条件时，rstart位置气流下洗起始位置，x2为额定风速Vrate、额定转速
为边界条件时，rstart位置气流下洗起始位置。此时rstart为叶尖。
由于小翼的气动外形参数中，Ltip、y、τ、x是决定影响小翼诱导阻力的重要参数，因此优先确定上述4个参数，确定后，再优化前缘后掠角、后缘后掠角、安装角、翼根折弯半径、前缘修型贝塞尔参数。
采用涡格法VLM对叶片小翼的气动力进行计算，步骤包括：
1)对Ltip、y、τ、x不同组合，给出小翼的气动外形
2)进行网格划分，对叶片小翼和叶片主体或叶片延长节各截面组成部分进行表面划分；
3)对攻角范围属于(-2°,10°)内的攻角下，叶片小翼和叶片主体或叶片延长节组成的整体，进行气动性能计算；
4)以仿真结果中，最佳升阻比作为判定条件，确定最优的Ltip、y、τ、x组合；
5)基于上面的Ltip、y、τ、x组合，迭代计算前缘后掠角、后缘后掠角、安装角、前缘修型贝塞尔参数90°<s1<180°、90°<s2<180°。
通过上面的方案还可以实现小翼弯向压力面和吸力面的设计。
通过后续的方案，可以实现对叶片延长装置全部部件的设计。
实施例三
本实施例提供了一种电子设备，该电子设备可以理解为据有数据计算和信息处理能力的计算机或服务器，该电子设备包括至少一个处理器101和存储器102，两者通过数据总线103实现连接，该存储器用于存储计算机程序或指令，该处理器用于执行相应计算机程序或指令，以使该电子设备实现实施例一种所提供的叶片延长装置的设计方法。
该叶片延长装置包括叶片延长节，本设计方法具体为采用修正BEM理论计算叶片延长节的CP～λ对应关系曲线；以年发电量提升量为目标函数，采用粒子群多元参数算法，并基于CP～λ对应关系曲线中的参数，对叶片延长节的每个截面位置的多个延长节参数进行自寻优计算，从而得到叶片延长节各截面弦长、扭角、相对厚度、翼型型号等气动外形参数。通过上述方案可以实现对叶片延长装置的设计。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (12)
1.一种叶片延长装置的设计方法，应用于电子设备，其特征在于，所述叶片延长装置包括叶片延长节，所述设计方法包括步骤：
采用修正BEM理论计算出增加叶片延长节后的CP～λ对应关系曲线；
以年发电量提升量为目标函数，采用粒子群多元参数算法，并基于所述CP～λ对应关系曲线中的参数，对所述叶片延长节的每个截面位置的多个延长节参数进行自寻优计算。
2.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述多个延长节参数包括半径、弦长、扭角和相对厚度。
3.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述采用修正BEM理论方法计算叶片延长节的CP～λ对应关系曲线，包括步骤：
选定与特定叶片模型相同的气动外形参数；
对所述叶片延长节的每个截面采用修正BEM理论，迭代计算每个所述截面在每个叶尖速比下的入流角、叶尖损失、叶根损失、轴向诱导因子和切向诱导因子，对应的函数关系式分别为：
式中：R表示叶片半径；f_loss表示含误差系数的Prandtl叶尖修正系数；△r为误差系数；rhub表示轮毂半径；H表示轴向诱导因子修正系数；F＝F_loss·H_loss；
对每个所述截面在每个所述叶尖速比下的入流角、叶尖损失、叶根损失、轴向诱导因子和切向诱导因子进行积分计算，根据计算结果构建所述CP～λ对应关系曲线。
4.如权利要求3所述的设计方法，其特征在于，所述误差系数△r的范围为0.01～0.2。
5.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述以年发电量提升量为目标函数，采用粒子群多元参数算法，并基于所述CP～λ对应关系曲线中的参数，对所述叶片延长节的每个截面位置的多个延长节参数进行自寻优计算，包括步骤：
选定所述叶片延长和叶片延长节的起始位置、设计目标长度、设计截面步长；
计算所述叶片延长节延长后的近似最佳λext-opt
计算所述叶片延长节对应各截面位置的理论最佳扭角θtheory
αstart表示原叶片长度下Xstart在稳态风速Vin(切入风速)～Vrate(达到额定转速时对应风速)下的气动攻角平均值αstart
采用多项式拟合方法迭代拟合计算所述叶片延长节各弦长的曲线
y＝k1xn+k2xn-1+...knx+k0
在不同翼型型号下，通过粒子群自寻优PSO算法，对所述叶片延长节的弦长、扭角、翼型相对厚度进行自寻优计算
vi＝ωvi+ω1rand()(pbesti-xi)+ω2rand()(gbesti-xi)
xi＝xi+vi
式中：vi表示粒子速度，ω1和ω2表示学习因子，ω1＝ω2＝1～2，rand()表示0～1的随机数，i表示粒子群总数，xi表示粒子当前位置，pbesti和gbesti表示粒子迭代过程中的两个极值，ω表示惯性因子，ω＝0.4～0.9。
6.如权利要求1～5任一项所述的设计方法，其特征在于，所述叶片延长装置还包括叶片延长小翼，所述设计方法还包括步骤：
选定所述叶片延长小翼的起始位置；
以所述起始位置为基础，计算所述叶片延长小翼的气动外形参数。
7.如权利要求6所述的设计方法，其特征在于，所述气动外形参数包括前缘后掠角、后缘后掠角、翼梢弦长、翼根弦长、梢根比、翼根弦向起始位置、前缘修型贝塞尔曲线参数、小翼翼展长度，外倾角，折弯半径和安装角。
8.一种叶片延长装置的设计装置，应用于电子设备，其特征在于，所述叶片延长装置包括叶片延长节，所述设计装置包括：
第一计算模块，用于采用修正BEM理论计算出增加叶片延长节后的CP～λ对应关系曲线；
第二计算模块，用于以年发电量提升量为目标函数，采用粒子群多元参数算法，并基于所述CP～λ对应关系曲线中的参数，对所述叶片延长节的每个截面位置的多个延长节参数进行自寻优计算。
9.如权利要求8所述的设计装置，其特征在于，所述多个延长节参数包括半径、弦长、扭角和相对厚度。
10.如权利要求8或9所述的设计装置，其特征在于，所述叶片延长装置还包括叶片延长小翼，所述设计装置还包括：
位置选定模块，用于选定所述叶片延长小翼的起始位置；
第三计算模块，用于以所述起始位置为基础，计算所述叶片延长小翼的气动外形参数。
11.如权利要求10所述的设计装置，其特征在于，所述气动外形参数包括前缘后掠角、后缘后掠角、翼梢弦长、翼根弦长、梢根比、翼根弦向起始位置、前缘修型贝塞尔曲线参数、小翼翼展长度，外倾角，折弯半径和安装角。
12.一种电子设备，其特征在于，包括至少一个处理器和与所述处理器连接的存储器，其中：
所述存储器用于存储计算机程序或指令；
所述处理器用于执行所述计算机程序或指令，以使所述电子设备实现如权利要求1～7任一项所述的叶片延长装置的设计方法。
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2022
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