摘要：飞行器的边界特性决定了其安全性和飞行性能,是飞行器设计的难点和重点。引入迎风格式伴随方程和不同的通量限制器处理形式,提高复杂流动问题的伴随方程求解精度、效率和鲁棒性,拓展伴随优化方法在飞行器边界特性设计的应用范围。介绍了离散伴随求解梯度的基本原理,在此基础上推导了伴随方程的无黏项及其边界条件的变分形式,根据通量限制器的处理方式,形成一阶精度、二阶精度和混合精度的伴随方程。对伴随方程的边界处理措施进行了研究。通过ONERA M6机翼梯度精度和鲁棒性验证算例,对比迎风格式和中心格式的伴随方程求解性能,分析限制器和边界处理措施对伴随方程的收敛性和梯度精度的影响。通过CRM翼身组合体巡航气动优化设计和边界特性优化设计算例,验证了求解器对飞行器巡航性能设计和边界特性设计的有效性。计算和设计结果表明,建立的迎风格式伴随方程求解方法鲁棒和梯度精度高,能够适用于飞行器边界特性设计难题的求解。

摘要：翼型开缝是一种利用缝道射流改善翼型失速特性的被动流动控制技术,具有结构简单、易实现的特点。采用CFD方法对GAW-1两段翼进行开缝研究,探究缝道参数对多段翼型气动特性的影响。设计9种缝道构型,给出直线、曲线和导流片三大类缝道构型间的几何联系,并提出一种曲边梯形缝道构型,分析导流片缝道构型对翼型气动特性的影响。结果表明:缝道位置是影响抑制翼型失速发展的关键因素,曲边梯形缝道构型的最佳缝道位置是13.5%c,该缝道抑制失速的能力最强,翼型失速迎角推迟7°,最大升力系数提高19.5%,达到3.89;导流片缝道构型不仅能减弱缝道在小迎角情况下对气动特性的破环,还能减缓失速的发展,改善翼型的失速特性。

摘要：在动量-叶素理论和Betz理论的基础上,结合PROPID软件进行功率为1.5 MW水平轴风力机叶片的气动设计研究。叶片气动设计采用高升力系数法,叶片剖面采用NPU-WA系列高升力、高升阻比风力机专用翼型,在叶片性能预测中采用叶尖损失、轮毂损失和Viterna失速模型。设计结果表明采用先进风力机翼型并运用高升力系数法设计的大功率风力机叶片的弦长较小,叶片面积较小,有利于减轻叶片的重量,同时降低制造成本。

摘要：基于响应面(RSM)优化设计方法进行了水平轴风力机(HAWT)叶片的多目标优化设计研究。风力机气动性能预测使用基于动量叶素(BEM)理论的性能分析和反设计程序PROPID51。设计目标为功率系数和年发电量的最大化,设计变量为叶片径向站位上的弦长和扭转角分布。响应面模型使用不含二阶交叉项的二阶多项式,可在保证模型精度的同时大大减小计算花费;构造模型时试验点的选择满足D-优化准则;使用统一目标函数法将多个设计目标统一到一个目标函数中。以某1.5MW变距型风力机叶片为例,径向使用新设计的WA-族高性能风力机专用翼型,进行叶片多目标多约束优化设计研究;分析统一目标函数中权值分配对设计结果的影响,并分别使用CFD计算的翼型气动数据和风洞测量气动数据作为输入进行设计,分析两种数据对设计结果的影响及叶片前缘污染对风力机气动性能的影响。

摘要：应用基于代理模型的优化方法对35%相对厚度、后缘安装隔板的平底后缘风力机翼型进行优化设计。基于雷诺平均Navier-Stokes方程,采用耦合γ-_(eθ)转捩模型的SST k-ω湍流模型,对平底后缘翼型绕流进行数值模拟得到翼型的气动性能。以翼型在大迎角下的升力系数和截面惯性矩为目标,阻力系数和力矩系数等为约束,对平底后缘翼型进行优化设计;结果表明,优化后翼型在满足约束条件的同时,迎角17°时,升力系数提高8.53%,最大升力系数较基准翼型提高3.13%,截面惯性矩较基准翼型提高7.84%。

摘要：研究NPU-WA风力机专用翼型族4个厚翼型(相对厚度25%、30%、35%和40%)的粗糙敏感度,并与相同厚度的经典风力机翼型进行比较。结果表明NPU-WA厚翼型满足气动设计要求,前缘粗糙度对NPU-WA翼型的影响和DU系列相同厚度翼型的影响非常类似,但翼型总体性能要优于后者。

摘要：采用大涡模拟方法对风力机翼型全流向绕流进行数值模拟研究。以典型的风力机翼型DU 97-W-300和DU 93-W-210为例,分别开展全流向绕流大涡模拟数值求解,计算得到的全流向翼型气动力与试验值吻合较好,计算精度高于估算方法与RANS方法,表明大涡模拟方法可为叶片的精细设计提供可靠的气动数据。

摘要：结合国家高技术研究发展计划课题'风力机先进翼型族的设计与试验研究',针对动态试验设备研制、数据采集和处理方法,在西北工业大学1.6m×3.0m低速翼型风洞(NF-3风洞)开展了风力机翼型动态测压试验技术的研究。采用S809风力机翼型模型,在雷诺数0.75×106和1.4×106、迎角-2°～+18°条件下,通过改变模型3个平均迎角、3个振荡频率和2个振幅角等状态,进行了动态测压试验,并与静态测压及国外试验结果进行了对比。结果表明:NF-3风洞研制的试验设备,采用的数据采集和处理方法能够应用于风力机翼型的动态测压试验,并可推广应用于其他的翼型动态测压试验研究。

摘要：运用基于响应面方法的优化设计技术,于径向使用NPU-WA-风力机专用翼型族的某1.5MW水平轴风力机叶片的多目标、多约束优化设计研究中。风力机气动性能使用基于叶素-动量理论的风力机性能分析和设计软件PROPID51。设计变量为叶片径向外形参数,包括弦长和扭转角分布,但是相对厚度保持不变;设计目标为年发电量和功率系数的最大化;在多目标优化中,使用"统一目标函数"法将多个设计目标函数通过加权求和统一到一个目标函数中。为减小计算量,响应面模型使用不含二阶交叉项的二阶多项式模型;构建模型中试验点的选择满足D-优化准则。以某1.5MW变速变矩型风力机叶片为例,进行了优化设计研究。叶片径向使用西北工业大学翼型研究中心设计的NPU-WA-风力机专用翼型族,使用CFD计算的气动性能数据作为输入进行了设计,分析了目标函数的权值分配对设计结果的影响;使用风洞测量自由转捩的气动性能数据进行了设计并分析了表面光滑条件对气动性能的影响。

摘要：在许多工程优化设计问题中,由于需要采用费时的数值模拟方法获得目标函数和约束函数值,出现了优化时间过长、优化难度大的问题。为了提高设计效率,缩短优化设计周期,代理模型方法受到人们的欢迎。近些年来,为了进一步提高设计效率,人们在传统代理模型基础上又发展了一些更高效、预测精度更高的新型代理模型,如变可信度模型、梯度增强的代理模型等。为了研究新型代理模型在优化设计中的优化效率和优化效果,首先结合代理模型、多点加点准则及多种传统优化算法,发展了一套适用于代理模型、梯度增强的代理模型的通用优化算法框架,基于该框架,采用典型的数值算例对当前应用较为广泛的Kriging模型和近些年来发展的梯度增强的Kriging模型进行了对比研究。结果显示,在假定目标函数的梯度与目标函数计算量相同的情况下,采用梯度增强的Kriging模型得到的优化结果在绝大多数情况下都优于采用Kriging模型得到的结果。最后,应用翼型设计算例对两种代理模型进行了对比,其中目标函数的梯度采用与目标函数本身计算量基本一致的Adjoint方法获得;结果显示,梯度增强的Kriging模型表现优于Kriging模型。