水平軸風力發電機葉片的雀鷹翼型仿生方法
【專利摘要】一種水平軸風力發電機葉片的雀鷹翼型仿生方法具體步驟為：建立雀鷹翅膀三維模型；截取雀鷹翅膀三維模型的橫截面，提取雀鷹翅膀的一處距翅根處的翼型作為仿生翼型，采用軟件將雀鷹仿生翼型的坐標導出，再利用Matlab軟件進行上下翼面的坐標的擬合，得出上翼面的坐標方程為：P1:y＝0.0006×x3?0.0367×x2+1.1094×x+1.1985，下翼面的坐標方程為：P2:y＝?0.011×x3+0.045×x2?0.3793×x?1.3623。本發明以雀鷹為研究對象,將雀鷹翅翼翼型應用逆向工程，得到翼型坐標值與方程，采用本發明實現了雀鷹翼型的仿生，將仿雀鷹翼型應用到小型風力發電機上能解決小型風力發電機效率低下等問題。
【專利說明】
水平軸風力發電機葉片的雀鷹翼型仿生方法
技術領域：
[0001] 本發明涉及小型風力發電機葉片的翼型技術領域，特別涉及一種水平軸風力發電 機葉片的雀鷹翼型仿生方法。
【背景技術】：
[0002] 在當代，仿生學已作為一門獨立的學科被越來越多的人所認同。在大自然中，鳥類 可以與空氣直接接觸，且鳥類的翅膀也是由一系列翼型橫向排布而成，與風力發電機葉片 最為相似。雀鷹的飛行能力很強，速度極快，每小時可達數百公里，是世界上飛行最快的鳥 類之一，它的翅翼可以適應于快速飛行，而且具有很強的靈活性。風力機葉片是風力發電機 捕捉風能的核心部位，而構成葉片空氣動力學外形的翼型決定著葉片的性能，是葉片設計 的關鍵，它直接決定著風能轉化的效率，因此研究高性能的翼型有其必然性。
【發明內容】
：
[0003] 有鑒于此，有必要提供一種水平軸風力發電機葉片的雀鷹翼型仿生方法。
[0004] -種水平軸風力發電機葉片的雀鷹翼型仿生方法，具體步驟為:建立雀鷹翅膀三 維模型;截取雀鷹翅膀三維模型的橫截面，提取雀鷹翅膀的一處距翅根處的翼型作為仿生 翼型，采用軟件將雀鷹仿生翼型的坐標導出，再利用Matlab軟件進行上下翼面的坐標的擬 合，得出上翼面的坐標方程為：
[0005] P1: y = 0 · 0006 X X3-O · 0367 X x2+l · 1094 X x+1 · 1985，
[0006] 下翼面的坐標方程為：
[0007] P2: y = -0 · 011 X χ3+〇 · 045 X X2-O · 3793 X x-1 · 3623。
[0008]優選的，利用便攜式三維掃描儀，掃描雀鷹翅膀并獲取掃描點云圖，經image-ware 處理后，通過Geomagic Studio建模，得到雀鷹翅膀三維模型。
[0009]優選的，截取雀鷹翅膀三維模型的橫截面，提取雀鷹翅膀距翅根73.05mm處的翼型 作為仿生翼型，利用軟件Geomagic Studio將雀鷹仿生翼型的坐標導出，再利用軟件Matlab 進行上下翼面坐標的擬合。
[0010] 優選的，軟件Geomagic Studio將雀鷹仿生翼型的坐標導到Profili軟件，通過軟 件profili得出〃仿雀鷹翼型最大厚度為10.92%，所在位置為翼型弦長的46.8%處;最大彎 度為10.14%，所在位置為翼型弦長的10.1 %處;該翼型前緣半徑為2.3101 %，后緣厚度為 0.0020%〇
[0011]優選的，利用軟件Geomagic Studio將雀鷹仿生翼型的坐標具體導出方法為:將雀 鷹翅膀三維模型導出，創建截面一，以截面一為基準面，設置參數，等分雀鷹翅膀模型截取 各種翼型；對比截取出的各個翼型，取舍合適的翼型;再次創建雀鷹翅膀模型的截面二，并 取舍合適的翼型，然后再創建雀鷹翅膀模型的截面三，并取舍合適的翼型，將截面一與截面 二與截面三取舍的翼型進行比較，選取最合適的翼型，然后將最終選取的翼型的截面導出， 然后進行坐標米集和點的米集、擬合。
[0012] 本發明以雀鷹為研究對象，將雀鷹翅翼翼型應用逆向工程，得到翼型坐標值與方 程，采用本發明實現了雀鷹翼型的仿生，將仿雀鷹翼型應用到小型風力發電機上能解決小 型風力發電機效率低下等問題，而且能起到節約能源開支，保護環境等作用。本發明應用于 風力機葉片的研究，對于風力機葉片性能的提高有很大的創新性。
【附圖說明】：
[0013] 圖1為仿生翼型示意圖。
[0014] 圖中：彎度線a、弦長C、上翼面P1、下翼面P2、前緣q、后緣h。
【具體實施方式】：
[0015] 水平軸風力發電機葉片的雀鷹翼型仿生方法包括以下步驟：
[0016] 采用3D掃描儀將雀鷹進行掃描處理，并保存為雀鷹翼型模型；采用電腦軟件 Geomagic Studio 2012將雀鷹翼型模型導出；并創建截面一，以截面一為基準面，設置參 數，等分雀鷹翅膀模型截取各種翼型，設置截面一開始的位置度為0.0 Omm，截面個數為60， 間距為4.0mm，布局圖為單向；通過比較得出在距截面一 72mm處的翼型較為合適；
[0017]再次創建雀鷹翅膀模型的截面二，設置各參數，設置位置度為-72. Omm，截面為20， 間距0.5mm，布局圖為居中；截取出20個翼型之后進行比較，通過比較，選取出在距截面一-73.25mm處為比較合適的翼型；
[0018]然后再創建雀鷹翅膀模型的截面三，設置各參數，設置位置度為-73.25mm，截面為 20,間距0.1mm，布局圖為居中；
[0019]經過比較，選取距截面一-73.05mm處的翼型最為合適;將所截
[0020] 取出的最合適翼面進行擬合、應用、確定；
[0021] 然后對選取的翼型進行坐標采集，以及點的采集，
[0022] 獲取雀鷹翅翼翼型的上表面的坐標值為：
LUUM」 犾取隹鷹翅異異型的卜衣囬的坐稱但艿：
[0026] 將采集的數據進行保存；
[0027] 利用軟件Geomagic Studio將雀鷹仿生翼型的坐標導出，再利用軟件Matlab進行 上下翼面坐標的擬合得出雀鷹翼型上翼面的坐標滿足方程為：
[0028] P1: y = 0 · 0006 X X3-O · 0367 X x2+l · 1094 X x+1 · 1985，
[0029] 下翼面的坐標方程為：
[0030] P2: y = -0 · 011 X χ3+〇 · 045 X X2-O · 3793 X x-1 · 3623。
[0031] 如圖1所示，根據彎度線a、弦長C、上翼面PU下翼面Ρ2、前緣q和后緣h在圖1中的描 述，通過軟件profili得出〃仿雀鷹翼型最大厚度為10.92%，所在位置為翼型弦長的46.8% 處;最大彎度為10.14%，所在位置為翼型弦長的10.1 %處;該翼型前緣半徑為2.3101 %，后 緣厚度為0.0020%;仿雀鷹翼型在較大雷諾數下還能保持大的升力系數，具有較好的氣動 性能。
[0032] 本發明以雀鷹為研究對象，將雀鷹翅翼翼型應用逆向工程，得到翼型坐標值與方 程，采用本發明實現了雀鷹翼型的仿生，將仿雀鷹翼型應用到小型風力發電機上能解決小 型風力發電機效率低下等問題，而且能起到節約能源開支，保護環境等作用。本發明應用于 風力機葉片的研究，對于風力機葉片性能的提高有很大的創新性。
【主權項】
1. 一種水平軸風力發電機葉片的雀鷹翼型仿生方法，其特征在于：水平軸風力發電機 葉片的雀鷹翼型仿生方法，具體步驟為:建立雀鷹翅膀三維模型;截取雀鷹翅膀三維模型的 橫截面，提取雀鷹翅膀的一處距翅根處的翼型作為仿生翼型，采用軟件將雀鷹仿生翼型的 坐標導出，再利用Matlab軟件進行上下翼面的坐標的擬合，得出上翼面的坐標方程為： Pi: y = 0.0006 X x3-〇. 0367 X x2+l. 1094 X x+1.1985, 下翼面的坐標方程為： P2:y = -0·Oil Xx3+0·045 Xx2-〇 ·3793 Χχ-1 ·3623。2. 如權利要求1所述的水平軸風力發電機葉片的雀鷹翼型仿生方法，其特征在于:利用 便攜式三維掃描儀，掃描雀鷹翅膀并獲取掃描點云圖，經image-ware處理后，通過Geomagic Studio建模，得到雀鷹翅膀三維模型。3. 如權利要求1所述的水平軸風力發電機葉片的雀鷹翼型仿生方法，其特征在于:截取 雀鷹翅膀三維模型的橫截面，提取雀鷹翅膀距翅根73.05mm處的翼型作為仿生翼型，利用軟 件Geomagic Studio將雀鷹仿生翼型的坐標導出，再利用軟件Matlab進行上下翼面坐標的 擬合。4. 如權利要求1或2或3所述的水平軸風力發電機葉片的雀鷹翼型仿生方法，其特征在 于：軟件Geomagic Studio將雀鷹仿生翼型的坐標導到Profi 1 i軟件，通過軟件profi 1 i得 出"仿雀鷹翼型最大厚度為10.92%，所在位置為翼型弦長的46.8%處；最大彎度為 10.14%，所在位置為翼型弦長的10.1 %處；該翼型前緣半徑為2.3101 %，后緣厚度為 0.0020%〇5. 如權利要求4所述的水平軸風力發電機葉片的雀鷹翼型仿生方法，其特征在于:利用 軟件Geomagic Studio將雀鷹仿生翼型的坐標具體導出方法為:將雀鷹翅膀三維模型導出， 創建截面一，以截面一為基準面，設置參數，等分雀鷹翅膀模型截取各種翼型;對比截取出 的各個翼型，取舍合適的翼型;再次創建雀鷹翅膀模型的截面二，并取舍合適的翼型，然后 再創建雀鷹翅膀模型的截面三，并取舍合適的翼型，將截面一與截面二與截面三取舍的翼 型進行比較，選取最合適的翼型，然后將最終選取的翼型的截面導出，然后進行坐標采集和 點的采集、擬合。
【文檔編號】G06F17/50GK105844034SQ201610190572
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月30日
【發明人】劉雄飛, 汪建文, 趙娟, 陳喆, 張正偉
【申請人】劉雄飛