基于数论网格法与<strong>Morris</strong>法的翼型气动特性敏感性分析

doi:10.3785/j.issn.1006-754X.2022.00.055

工程设计学报

2022, Vol. 29

Issue (4): 438-445 DOI: 10.3785/j.issn.1006-754X.2022.00.055

建模、仿真、分析与决策

基于数论网格法与Morris法的翼型气动特性敏感性分析

文泽军(

),孟祥恒(

),肖钊,张帆

湖南科技大学机电工程学院，湖南湘潭 411201

Sensitivity analysis of airfoil aerodynamic characteristics based on NT-net method and Morris method

Ze-jun WEN(

),Xiang-heng MENG(

),Zhao XIAO,Fan ZHANG

School of Mechanical and Electrical Engineering, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan 411201, China

全文: PDF(1101 KB) HTML

摘要：

针对在风力机翼型气动特性敏感性分析中计算效率较低的问题，提出了一种基于数论网格（number theoretic net，NT-net）法与Morris法的翼型气动特性敏感性分析方法。首先，构建了拟合精度较高的翼型参数化模型；其次，阐述了NT-net法的计算原理，采用NT-net法对翼型参数化模型的多项式系数进行抽样；然后，以风力机翼型S832为研究对象，采用Morris法进行翼型气动特性的全局敏感性分析；最后，进一步分析在特定工况下风力机翼型参数化模型的多项式系数对翼型外形及气动特性的影响。结果表明：影响翼型气动特性的主要因素依次为翼型的最大相对厚度和最大相对弯度、前缘半径和后缘厚度；当来流攻角较小时，最大相对厚度和最大相对弯度取适当的较小值、前缘半径取适当的较大值可有效增强该工况下风力机翼型的气动特性，同时也验证了NT-net法的计算效率更高。研究结果为风力机翼型气动设计提供了理论参考。

关键词： 数论网格法; 敏感性分析; 气动特性; 风力机翼型

Abstract:

Aiming at the problem of lower computational efficiency in the sensitivity analysis of aerodynamic characteristics of wind turbine airfoil, a sensitivity analysis method of airfoil aerodynamic characteristics based on number theoretical net (NT-net) method and Morris method was proposed. Firstly, a airfoil parameterized model with higher fitting accuracy was constructed; secondly, the calculation principle of NT-net method was described and the method was used to sample polynomial coefficients of airfoil parameterized model; then, taking wind turbine airfoil S832 as research object, global sensitivity analysis of airfoil aerodynamic characteristics was carried out by Morris method; finally, the influence of polynomial coefficients of parameterized model of wind turbine airfoil on airfoil profile and aerodynamic characteristics under specific conditions was further analyzed. The results showed that main factors affecting airfoil aerodynamic characteristics were maximum relative thickness, maximum relative camber, leading edge radius and trailing edge thickness of airfoil. When the angle of attack of the incoming flow was smaller, taking the appropriate smaller value of the maximum relative thickness and the maximum relative camber, and taking the appropriate larger value of the leading edge radius could effectively improve the aerodynamic characteristics of wind turbine airfoil under that working condition, and also verified that the calculation efficiency of NT-net method was higher. The research results provide a theoretical reference for the aerodynamic design of wind turbine airfoil.

Key words: number theoretic net (NT-net) method sensitivity analysis aerodynamic characteristics wind turbine airfoil

收稿日期: 2021-10-08 出版日期: 2022-09-05

CLC:

TK 83

基金资助: 国家自然科学基金资助项目(51905165);国家重点研发计划资助项目(2016YFF0203400)

通讯作者: 孟祥恒 E-mail: zjwen732@163.com;meng372021@163.com

作者简介: 文泽军（1966—），男，湖南湘乡人，教授，博士生导师，博士，从事风电装备服役质量设计研究，E-mail：zjwen732@163.com，https：//orcid.org/0000-0003-1576-222X

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文泽军,孟祥恒,肖钊,张帆. 基于数论网格法与Morris法的翼型气动特性敏感性分析[J]. 工程设计学报, 2022, 29(4): 438-445.

Ze-jun WEN,Xiang-heng MENG,Zhao XIAO,Fan ZHANG. Sensitivity analysis of airfoil aerodynamic characteristics based on NT-net method and Morris method[J]. Chinese Journal of Engineering Design, 2022, 29(4): 438-445.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/10.3785/j.issn.1006-754X.2022.00.055 或 https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/Y2022/V29/I4/438

图1 翼型几何特征示意

图2 翼型气动特性敏感性分析流程

图3 翼型模型的参数化误差

图4 翼型参数化模型

图5 θ=5°时升阻比对各设计变量的变异系数

表1 MCS法和NT-net法的建模时长及进行全局敏感性分析的计算次数

图6 以z1max、z7min间接拟合的翼型1的几何外形

表2 翼型1与翼型S832前缘半径和升阻比的对比

图7 以z4max、z9min间接拟合的翼型2的几何外形

表3 翼型2与翼型S832最大相对厚度、最大相对弯度和升阻比的对比

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