小型木质风力发电机叶片的设计与数控加工技术研究

摘要

随着化石能源的过渡消耗以及其对环境带来的严重影响，风能凭借其清洁、可循环利用等诸多优点而越来越受到重视。叶片是风力发电机吸收风能的重要元件，本课题对小型风力发电机木质叶片的设计和数控加工制造过程进行了初步的研究探讨，目的是研究一种适合在风能资源丰富地区使用的木质小型离网型风力发电机叶片。主要研究结论如下： 1.简单实用的叶片设计拟合模型。在整理现有的叶片设计模型基础上，得出简单实用的叶片参数设计拟合模型。该模型函数简单、设计精度高、设计叶片具有流线型。 2.叶片精确实体建模。基于叶片设计数据，进行三维坐标变换，利用三维软件Rhino3D建模。该法可为扭曲实体和其他复杂实体精确建模提供新思路。 3.叶片计算机辅助制造和数控加工。试验根据绘制的三维模型以及叶片结构要求进行数控编程及加工，并对加工工艺进行优化设计。CAD/CAM和数控加工技术可高效地生产高质量的木质产品。 4.应用流体软件Fluent对叶片流场进行数值模拟计算，获得了叶片外流场的速度和压力分布。验证风力发电机在额定风速工况下的运行情况，为叶片的设计提供了有价值的信息，并为今后的进一步研究提供了可靠的依据。

目录

文摘

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声明

致谢

1前言

1.1引言

1.2风能利用的国内外现状

1.3风力发电机叶片翼型的设计及研究情况

1.4选题的研究目的和意义

1.4.1课题来源及意义

1.4.2 CAD/CAM技术及其发展

1.4.3木材数控加工技术的研究现状和发展趋势

1.4.4本课题的研究内容及目的

1.4.5本课题的研究步骤与方法

2风力发电机的基本理论

2.1翼型的相关定义

2.2贝茨理论

2.3叶素理论

2.4葛劳握旋涡理论及叶片外形的确定

2.4.1风轮的旋涡系

2.4.2叶片外形的确定

2.5本章小结

3叶片设计

3.1前言

3.2风力机特征风速的确定

3.2.1风速的数学表达式

3.2.2计算风轮直径模型

3.3叶片基本设计方法

3.3.1计算风轮直径模型

3.3.2叶片重要参数的选取

3.3.3翼型的设计升力系数和最佳攻角

3.3.4叶展形状设计模型

3.4叶片设计

3.4.1风力机特征风速的确定

3.4.2叶片重要参数选取

3.4.3控制截面的选择

4叶片模型的计算机绘制

4.1引言

4.2风力机叶片的具体设计方法

4.2.1叶片翼型的选择

4.2.2叶片的弦长和扭角计算

4.3叶片各截面空间实际坐标的求解

4.3.1原理

4.3.2软件EXCEL计算实现

4.4计算机3D绘图

4.4.1三维几何建模概述

4.4.2叶片立体图的实现

4.5本章小结

5叶片的计算机辅助制造与数控加工

5.1叶片模型的工艺性分析

5.1.1模型图稿的分析

5.1.2结构分析与加工顺序

5.1.3原料的选用

5.2 Alpha CAM软件辅助制造编程

5.2.1模型的导入与坐标定位

5.2.2刀具的选择

5.2.3加工方式与刀具路径

5.2.4 NC代码输出

5.3 Pitagora反证程序软件

5.3.1刀具参数设定

5.3.2主轴转速与进给速度的确定

5.3.3加工原点坐标的设定

5.3.4程序检测与输出

5.4实物加工

5.4.1数控加工中心的操作

5.4.2加工件的固定

5.4.3切削进给速度的控制

5.4.4加工过程与结果

5.5本章小结

6空气动力学分析

6.1叶片二维

6.1.1 GAMBIT介绍

6.1.2创建流场

6.1.3划分网格

6.2 Fluent计算

6.2.1设置参数

6.2.2进入解算步骤

6.2.3收敛控制

6.2.4计算工况

6.3结果分析

6.3.1压力比较分析

6.3.2速度比较分析

7结论与展望

7.1结论

7.2待解决的问题

7.3展望

参考文献