一种叶片模具面积估算方法及计算机设备、可读存储介质与流程

本发明属于风力机叶片设计制造领域，具体涉及一种叶片模具面积估算方法及计算机设备、可读存储介质。

背景技术：

1、随着双碳目标的提出，风能等诸多可再生能源愈发蓬勃发展。风力机叶片在制造生产过程中，模具的成本是叶片生产成本的一个主要部分，且模具的成本与模具面积呈正相关关系，因此在风力机叶片设计过程中获得叶片模具面积的信息至关重要。

2、风力机叶片模具面积大致等于风力机叶片表面积。目前，在风力机叶片的前期设计过程中，业内人士往往通过经验估算某一段模具的大致面积；在风力机叶片的气动外形确定后，可通过机械制图软件如catia、solidworks、ug等画出详细的3d图，并在软件中测量叶片的表面积。

3、经验估算的结果往往偏差较大，不够准确可靠；而通过3d图测量的方法虽然比较精确，但绘画过程较为繁琐，在前期迭代设计中难以反复应用。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种叶片模具面积估算方法及计算机设备、可读存储介质，可在风力机叶片的前期迭代设计过程中，通过气动外形数据快速地估算叶片的各段模具面积，为业内人员提供相对准确的信息，进而反映大致的所需成本。

2、本发明的目的是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种风力机叶片模具面积估算方法，包括以下步骤：

3、读取风力机叶片的几何参数，包括各截面与叶根的间距、弦长、相对厚度、选用翼型的代码；

4、对于对应翼型族中不同相对厚度的标准翼型，用倍加散点数量的方法，求出相应的标准翼型弧长-相对厚度关系表；

5、针对叶片每一个截面，可以通过相应的标准翼型弧长-相对厚度关系表插值计算其标准翼型的ss面、ps面的弧长；

6、由标准翼型的ss面、ps面的弧长乘一个放缩系数k得到实际每个截面的ss面、ps面的弧长，由此得到叶片各截面ss面、ps面的弧长-截面与叶根间距关系表；

7、对各个截面的ss面、ps面的弧长进行积分，求得叶片的表面积，即求得模具的表面积。

8、进一步的，标准翼型的弧长计算公式如下：

9、

10、式中，l为ss面或ps面的翼型段弧长，(xi，yi)为翼型上点的坐标，i为翼型上点的编号。

11、进一步的，在标准翼型弧长计算过程中，首先用一定数量的散点来描述ss面或ps面的翼型曲线段，计算其弧长，然后不断倍加散点数量，再次计算其弧长，如果两次弧长之差小于允许的误差，则停止计算，得到该相对厚度下标准翼型的ss面或ps面的弧长；否则重复以上过程，由此得到该族标准翼型弧长-相对厚度关系表。

12、进一步的，在倍加散点数量时，取：

13、

14、若已知翼型具体公式，则可代入xi+1/2求得yi+1/2；否则可以通过样条插值的方法求得yi+1/2。

15、进一步的，采用梯形积分法对各截面的ss面、ps面弧长进行积分，风力机叶片各截面与叶根的间距x1，x2，x3，...，xn-1，xn，对应的翼型ss面或ps面弧长y1，y2，y3，...，yn-1，yn，则叶片ss面或ps面的表面积为：

16、

17、进一步的，采用辛浦生法对各截面的ss面、ps面弧长进行积分，以求得叶片表面积，等间距的风力机叶片各截面的翼型ss面或ps面弧长为y1，y2，y3，...，yn-2，yn-1，yn，相邻截面间距为l，则叶片ss面或ps面的表面积可表示为：

18、

19、进一步的，为了将风力机叶片相邻截面间距的数值精确到0.1m，可取l＝0.1m，并根据已计算出的截面的弧长尺寸插值计算，得到各截面的翼型ss面或ps面弧长，而后计算叶片ss面或ps面表面积。

20、一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的方法。

21、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的方法。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

23、本发明可在风力机叶片的前期迭代设计过程中，通过少量气动外形数据快速地(计算时间的数量级为1s)估算叶片ss面或ps面各段模具的面积，进而反映大致的所需成本，比经验估计更可靠(误差约在4％之内)，且避免了反复画3d外形的大量工作。

24、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

技术特征：

1.一种叶片模具面积估算方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种叶片模具面积估算方法，其特征在于：标准翼型的弧长计算公式如下：

3.根据权利要求1所述的一种叶片模具面积估算方法，其特征在于：在标准翼型弧长计算过程中，首先用一定数量的散点来描述ss面或ps面的翼型曲线段，计算其弧长，然后不断倍加散点数量，再次计算其弧长，如果两次弧长之差小于允许的误差，则停止计算，得到该相对厚度下标准翼型的ss面或ps面的弧长；否则重复以上过程，由此得到该族标准翼型弧长-相对厚度关系表。

4.根据权利要求3所述的一种叶片模具面积估算方法，其特征在于：在倍加散点数量时，取：

5.根据权利要求1所述的一种叶片模具面积估算方法，其特征在于：采用梯形积分法对各截面的ss面、ps面弧长进行积分，风力机叶片各截面与叶根的间距x1，x2，x3，...，xn-1，xn，对应的翼型ss面或ps面弧长y1，y2，y3，...，yn-1，yn，则叶片ss面或ps面的表面积为：

6.根据权利要求1所述的一种叶片模具面积估算方法，其特征在于：采用辛浦生法对各截面的ss面、ps面弧长进行积分，以求得叶片表面积，等间距的风力机叶片各截面的翼型ss面或ps面弧长为y1，y2，y3，...，yn-2，yn-1，yn，相邻截面间距为l，则叶片ss面或ps面的表面积可表示为：

7.根据权利要求1所述的一种叶片模具面积估算方法，其特征在于：为了将风力机叶片相邻截面间距的数值精确到0.1m，可取l＝0.1m，并根据已计算出的截面的弧长尺寸插值计算，得到各截面的翼型ss面或ps面弧长，而后计算叶片ss面或ps面的表面积。

8.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7任一项所述的方法。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法。

技术总结
本发明属于风力机叶片设计制造领域，具体涉及一种叶片模具面积估算方法及计算机设备、可读存储介质。计算面积时，读取风力机叶片的几何参数，对于对应翼型族中不同相对厚度的标准翼型，求出相应的标准翼型弧长‑相对厚度关系表；针对叶片每一个截面，可以通过相应的标准翼型弧长‑相对厚度关系表插值计算其标准翼型的SS面、PS面的弧长；由标准翼型的SS面、PS面的弧长乘一个放缩系数k得到实际每个截面的SS面、PS面的弧长，对各个截面的SS面、PS面的弧长进行积分，求得叶片的表面积，即求得模具的表面积。本发明可在风力机叶片的前期迭代设计过程中，快速地估算叶片SS面或PS面各段模具的面积，比经验估计更可靠，且避免了反复画3D外形的大量工作。

技术研发人员：张富康,林立辉,苏林真,苑斐琦,熊刚,冯威
受保护的技术使用者：洛阳双瑞风电叶片有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/15