本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，具體而言，涉及一種縮比葉片設(shè)計方法和縮比葉片。

背景技術(shù)：

1、縮比葉片指的是能源工程、航空工程等領(lǐng)域在進行風(fēng)洞測試、模型實驗時使用的一種模型葉片。它按照一定的幾何縮比系數(shù)，從原尺寸葉片(通常是實際使用的大型葉片，如風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)葉、飛機的螺旋槳葉片等)的形狀、尺寸等信息，縮小制作而成的。縮比葉片的設(shè)計和制造目的是為了在實驗室內(nèi)，或在風(fēng)洞等設(shè)施中，以較小的尺度模擬和研究原尺寸葉片在實際工作環(huán)境中的流體動力學(xué)特性、結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性以及整體性能。通過縮比葉片，研究人員可以在可控的實驗條件下，獲得葉片在各種工況下的數(shù)據(jù)，如氣動特性、振動特性、疲勞特性等，進而分析和優(yōu)化葉片的性能，減少全尺寸葉片的測試成本和時間。縮比葉片設(shè)計的關(guān)鍵在于保證其與原尺寸葉片的物理屬性相似，這包括但不限于氣動外形、結(jié)構(gòu)剛度等，以確保實驗結(jié)果能夠準(zhǔn)確反映原尺寸葉片的行為。

2、目前，縮比葉片的設(shè)計中計算方法主要有以下幾種：1.根據(jù)相似準(zhǔn)則數(shù)對葉片進行縮尺，采用原葉片的幾何外形、參數(shù)、材料和加工制造方法，縮尺得到縮比葉片，該方法簡單方便，但是葉片重量和尺寸的變化較大，且葉片厚度的變化影響葉片的剛性，進而影響葉片的揮舞剛度和擺陣剛度，而葉片的揮舞剛度和擺陣剛度直接影響葉片在高過載運行過程中的穩(wěn)定性。2.通過計算機仿真，獲取縮比葉片的氣動外形和支撐梁的橫截面尺寸，但是支撐梁的橫截面尺寸的確定沒有量化方法，通常是通過模型試制、試驗、測量、調(diào)整、再試驗、再測量、再調(diào)整的反復(fù)過程實現(xiàn)的，該方法成本較高，制造周期長。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種縮比葉片設(shè)計方法和縮比葉片，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的縮比葉片的設(shè)計效率較低的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種縮比葉片設(shè)計方法，包括：獲取原葉片的揮舞剛度分布，計算需要的相似準(zhǔn)則數(shù)，根據(jù)原葉片的揮舞剛度分布和相似準(zhǔn)則數(shù)計算得到縮比葉片的揮舞剛度分布；獲取原葉片的擺陣剛度分布，計算需要的相似準(zhǔn)則數(shù)，根據(jù)原葉片的擺陣剛度分布和相似準(zhǔn)則數(shù)計算得到縮比葉片的擺陣剛度分布；基于幾何縮尺比獲得縮比葉片的氣動外形；基于縮比葉片的氣動外形、支撐梁材料的彈性模量、揮舞剛度的分布和擺陣剛度的分布，計算得到所需要的支撐梁的橫截面尺寸；利用支撐梁、支撐梁外側(cè)的蒙皮加工縮比葉片，且蒙皮的外形與縮比葉片的氣動外形相同。

3、進一步地，相似準(zhǔn)則數(shù)n為1/(nl^4)，縮比葉片的揮舞剛度eif＝原葉片的揮舞剛度*n，縮比葉片的揮舞剛度eie＝原葉片的擺陣剛度*n，其中，nl為幾何縮比系數(shù)；和/或幾何縮尺比為1/nl，縮比葉片的氣動外形為原葉片的氣動外形的1/nl，其中，nl為幾何縮比系數(shù)。

4、進一步地，計算得到所需要的支撐梁的橫截面尺寸包括：基于縮比葉片的氣動外形、支撐梁材料的彈性模量和揮舞剛度的分布，計算得到所需要的支撐梁的主梁的橫截面尺寸；基于縮比葉片的氣動外形、支撐梁材料的彈性模量和擺陣剛度的分布，計算得到所需要的支撐梁的邊梁的橫截面尺寸。

5、進一步地，計算得到所需要的支撐梁的主梁的橫截面尺寸包括：根據(jù)主梁的材料，獲取主梁的彈性模量e1；計算得到主梁的橫截面慣性矩：揮舞剛度為eif，主梁的截面慣性矩i1＝eif/e1；計算得到主梁的橫截面積s1，計算公式為s1*h12*2＝i1，其中，h1為縮比葉片的橫截面的最大厚度；根據(jù)縮比葉片的氣動外形獲得主梁的寬度l1；根據(jù)主梁的橫截面積s1和主梁的寬度l1，獲得主梁的厚度t1，主梁的厚度t1的計算公式為t1＝s1/l1。

6、進一步地，計算得到所需要的支撐梁的邊梁的橫截面尺寸包括：根據(jù)邊梁的材料，獲取邊梁的彈性模量e2；計算得到邊梁的橫截面慣性矩：擺陣剛度為eie，邊梁的截面慣性矩i2＝eie/e2；計算得到邊梁的橫截面積s2，計算公式為(m/2)2*s2*2＝i2，其中，m為縮比葉片的橫截面的弦長；根據(jù)縮比葉片的氣動外形獲得邊梁的寬度l2；根據(jù)邊梁的橫截面積s2和邊梁的寬度l2，獲得邊梁的厚度t2，邊梁的厚度t2的計算公式為t2＝s2/l2。

7、進一步地，計算得到所需要的支撐梁的橫截面尺寸還包括：沿縮比葉片的長度方向，支撐梁的橫截面有多個，且至少部分橫截面的大小不同，分別計算各橫截面尺寸。

8、進一步地，在計算縮比葉片完成之后，采用軟件模擬縮比葉片的每個截面的揮舞剛度，當(dāng)模擬得到的揮舞剛度超過計算得到的縮比葉片的揮舞剛度時，調(diào)整主梁的厚度和/或?qū)挾龋渲校日{(diào)整主梁的厚度，使得模擬得到的揮舞剛度等于計算得到的縮比葉片的揮舞剛度，若調(diào)整主梁的厚度無法滿足要求，則調(diào)整主梁的寬度。

9、進一步地，在計算縮比葉片完成之后，采用軟件模擬縮比葉片的每個截面的擺陣剛度，當(dāng)模擬得到的擺陣剛度超過計算得到的縮比葉片的擺陣剛度時，調(diào)整邊梁的厚度和/或?qū)挾龋渲校日{(diào)整邊梁的厚度，使得模擬得到的擺陣剛度等于計算得到的縮比葉片的擺陣剛度，若調(diào)整邊梁的厚度無法滿足要求，則調(diào)整邊梁的寬度。

10、進一步地，支撐梁的材料為高模纖維，支撐梁包括多層高模纖維。

11、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種縮比葉片，采用上述的縮比葉片設(shè)計方法，縮比葉片包括：支撐梁和蒙皮，蒙皮套設(shè)在支撐梁的外側(cè)，且蒙皮的外形為縮比葉片的外形。

12、應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，通過設(shè)置支撐梁作為縮比葉片的支撐，利用縮比葉片的氣動外形、支撐梁材料的彈性模量、縮比葉片的揮舞剛度分布和擺陣剛度分布，計算得到支撐梁的橫截面尺寸，從而顯著提高縮比葉片的設(shè)計效率和設(shè)計的準(zhǔn)確性，使得設(shè)計人員能夠通過原葉片的參數(shù)等信息快速獲得較為準(zhǔn)確的縮比葉片，同時能夠減少因設(shè)計問題導(dǎo)致的性能損失和成本浪費，而且能夠縮短縮比葉片后續(xù)試驗、調(diào)整等的周期，從而縮短縮比葉片的制造周期，以進一步提高縮比葉片的設(shè)計效率。

技術(shù)特征：

1.一種縮比葉片設(shè)計方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縮比葉片設(shè)計方法，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縮比葉片設(shè)計方法，其特征在于，所述計算得到所需要的支撐梁的橫截面尺寸包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的縮比葉片設(shè)計方法，其特征在于，所述計算得到所需要的支撐梁的主梁的橫截面尺寸包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的縮比葉片設(shè)計方法，其特征在于，所述計算得到所需要的支撐梁的邊梁的橫截面尺寸包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的縮比葉片設(shè)計方法，其特征在于，所述計算得到所需要的支撐梁的橫截面尺寸還包括：沿所述縮比葉片的長度方向，所述支撐梁的橫截面有多個，且至少部分所述橫截面的大小不同，分別計算各所述橫截面尺寸。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的縮比葉片設(shè)計方法，其特征在于，在計算所述縮比葉片完成之后，采用軟件模擬所述縮比葉片的每個截面的揮舞剛度，當(dāng)模擬得到的所述揮舞剛度超過計算得到的所述縮比葉片的揮舞剛度時，調(diào)整所述主梁的厚度和/或?qū)挾龋渲校日{(diào)整所述主梁的厚度，使得模擬得到的揮舞剛度等于計算得到的縮比葉片的揮舞剛度，若調(diào)整所述主梁的厚度無法滿足要求，則調(diào)整所述主梁的寬度。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的縮比葉片設(shè)計方法，其特征在于，在計算所述縮比葉片完成之后，采用軟件模擬所述縮比葉片的每個截面的擺陣剛度，當(dāng)模擬得到的所述擺陣剛度超過計算得到的所述縮比葉片的擺陣剛度時，調(diào)整所述邊梁的厚度和/或?qū)挾龋渲校日{(diào)整所述邊梁的厚度，使得模擬得到的所述擺陣剛度等于計算得到的所述縮比葉片的擺陣剛度，若調(diào)整所述邊梁的厚度無法滿足要求，則調(diào)整所述邊梁的寬度。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縮比葉片設(shè)計方法，其特征在于，所述支撐梁的材料為高模纖維，所述支撐梁包括多層高模纖維。

10.一種縮比葉片，其特征在于，采用權(quán)利要求1至9中任一項所述的縮比葉片設(shè)計方法，所述縮比葉片包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種縮比葉片設(shè)計方法和縮比葉片，其中，縮比葉片設(shè)計方法，包括：獲取原葉片的揮舞剛度分布，計算需要的相似準(zhǔn)則數(shù)，根據(jù)原葉片的揮舞剛度分布和相似準(zhǔn)則數(shù)計算得到縮比葉片的揮舞剛度分布；獲取原葉片的擺陣剛度分布，計算需要的相似準(zhǔn)則數(shù)，根據(jù)原葉片的擺陣剛度分布和相似準(zhǔn)則數(shù)計算得到縮比葉片的擺陣剛度分布；基于幾何縮尺比獲得縮比葉片的氣動外形；基于縮比葉片的氣動外形、支撐梁材料的彈性模量、揮舞剛度的分布和擺陣剛度的分布，計算得到所需要的支撐梁的橫截面尺寸；利用支撐梁、支撐梁外側(cè)的蒙皮加工縮比葉片，且蒙皮的外形與縮比葉片的氣動外形相同。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中的縮比葉片的設(shè)計效率較低的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：廖猜猜,郭小江,曾曉偉,陳建維,唐巍,葉昭良,許哲煌,陳俊榮,李新凱,余璐
受保護的技術(shù)使用者：中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24