文档介绍：玻璃钢 2007 年第 2 期

研究报告

风力机叶片外形参数化建模

孙永泰
(上海玻璃钢研究院,上海 201404)

摘要
本文通过离散再组装的过程,实现了叶片外形曲面几何模型的参数化建立,方便了产品的设
计开发。在离散和组装的过程中使用到 AutoCAD 和 UG 的强大绘图功能,在坐标变换的过程中
使用到 Matlab 的强大数值处理功能。
关键词:风力机叶片坐标变换翼型 Matlab
1 引言
风力机依靠叶片捕获风能,为达到最佳气动性能,叶片具有复杂的气动外形。在叶片的
设计和制造过程中,进行 CAE 仿真和制作模具都需要叶片外形的几何模型。
叶片外形曲面复杂,但是有律可循,是由翼型族、弦长、扭角、相对厚度、参考轴位置
等参数来确定的。本文通过坐标变换实现叶片外形几何的参数化建模。
2 数据准备
坐标系
本文采用的坐标系,如图 1 所示,X 轴由前缘指向后缘,Y 轴由工作面指向气动面。在
上风向顺时针风力机中,原点位于根端法兰圆心,X 轴为旋转平面与根端法兰平面的交线,
指向后缘,Y 轴在根端法兰平面内指向塔架,X、Y 与 Z 轴组成笛卡尔右手坐标系。
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图 1 本文采用的坐标系
翼型
不同站位的翼型选择是风力及叶片气动外形设计时首先要解决的关键问题。设计叶片
时,要根据风力机叶片空气动力特性、结构特性和空间利用等方面的综合因素来选择翼型,
并沿站位方向(展向)进行合理配置。所以在不同站位处的翼型不一样[2]。一般需要为每种
叶片准备约 10 个不同相对厚度的翼型。
一个翼型族具有数个(一般为三五个)不同厚度的翼型。但是对于这里的准备工作可能
不够多,要对已有的翼型修型得到足够多的(10 个)翼型。修型一般采用厚度修型和弯度
修型方法。另外需要对部分翼型进行后缘加厚处理[2]。
本文要通过翼型的坐标变换来获得叶片曲面,首先的准备工作是将前述 10 个翼型都离
散成若干个坐标点。
以 S821 翼型为例[1],在 AutoCAD 中以样条曲线绘出翼型后,使用菜单->绘图->点->
定数等分,将上面(气动面)分为 499 份,下面(工作面)分为 500 份。

图 2 将样条曲线离散成坐标点
如图 2,得到 1000 个点,再使用 AutoCAD 插件将各点的坐标值导出后整理备用,如表
1 格式。点的顺序为从后缘沿气动面到达前缘再经工作面回到后缘。

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表 1 插值得到 1000 个坐标点
气动面工作面
序号 X 坐标 Y 坐标序号 X 坐标 Y 坐标
1 1 0 501 -
2 502 -
3 503 -
4 504 -
5 505 -
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