基于分段贝塞尔曲线与遗传算法的翼型优化研究

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叶轴流风机叶片的外形由若干翼型积叠而成,优化翼型可以有效提高风机性能。本文将NACA4412翼型作为研究对象,研究了基于分段贝塞尔曲线的翼型参数化方式,在此基础上采用CFD方法结合遗传算法对翼型的厚度分布与弯度分布实施了优化,分析了优化前后翼型的气动特性及其与攻角、型线特征等因素之间的关系,旨在为翼型型线优化方法提供新的思路与参考依据。
  研究了基于分段贝塞尔曲线的翼型参数化方法,结果表明该方法能够准确地描述与控制翼型型线,具有控制变量少、变化范围广、型线特征表征明确等优点。在固定最大相对厚度条件下于不同攻角对基础翼型厚度分布进行了优化研究,结果表明随攻角增大优化后翼型最大厚度位置逐渐前移,并呈现前钝尾薄的特征,该特征在大攻角下有利于减缓流动分离,提高升阻比。在此厚度分布基础上,在固定最大相对弯度条件下于不同攻角对翼型弯度分布进行了优化研究,结果表明随攻角增大优化后翼型最大弯度位置逐渐前移,其中小攻角优化后翼型最大弯度位置靠近尾缘,该特征有利于增大翼型后半部分的上下表面间压差,并显著提高升阻比。在给定翼型最大相对厚度及弯度条件下于不同攻角对翼型的厚度分布与弯度分布同时进行了优化研究,结果表明相比于分步优化结果该系列优化翼型最大厚度位置更加靠近尾缘,相比于其他攻角,在14°攻角下优化后翼型流动失速明显延缓,分离涡减弱,失速区升阻比提升明显。
  研究了翼型最大相对厚度和雷诺数对翼型厚度分布与弯度分布优化的影响。结果表明,当基础翼型最大相对厚度减小后,优化厚度分布后翼型尾缘附近厚度随攻角增加呈变大趋势,在此基础上优化弯度分布后翼型的最大弯度位置随攻角增大的前移范围扩大。当计算雷诺数降低后,优化厚度分布后翼型的升力系数增幅更大,降阻幅度减小,在此基础上优化弯度分布后翼型最大弯度位置呈更靠近尾缘形态,各攻角下升阻比增幅较为均匀。
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