CN111914359B - 一种风电叶片后缘间隙模拟方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents

一种风电叶片后缘间隙模拟方法、系统、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种风电叶片后缘间隙模拟方法、系统、设备及存储介质，其中，方法包括：接收风电叶片的三维外形，基于三维外形，截取多个间距相同的平行于叶根端面的截面；基于多个截面，从预知的后缘分模线开始分别沿着PS面和SS面方向各自截取多个均匀分布的点，并获取多个点的二维坐标；根据预设的铺层信息以及布层厚度信息，对多个点的二维坐标按法向偏移变换公式进行变换，得到多个点变换后的目标二维坐标，并根据目标二维坐标得到目标后缘截面铺层图；对目标后缘截面铺层图进行测量，得到目标后缘间隙。该方案实现了叶片后缘间隙的快速模拟，大幅缩短了叶片的详细设计周期。

Description

一种风电叶片后缘间隙模拟方法、系统、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风电叶片后缘间隙模拟方法、系统、设备及存储介质。
背景技术
风电叶片制造时，叶片后缘粘接区域的粘接胶厚度必须满足设计要求，如果粘接胶胶厚超出设计上限要求，胶层内部可能会出现大量气泡，叶片后缘粘接区域会出现潜在风险，如果叶片后缘间隙低于粘接胶厚的设计下限要求，叶片可能会出现抗模，导致叶片无法正常合模。因此，准确的模拟后缘粘接区域的间隙是产品设计中的关键环节。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种风电叶片后缘间隙模拟方法。
一种风电叶片后缘间隙模拟方法，所述方法包括：接收风电叶片的三维外形，基于所述三维外形，截取多个间距相同的平行于叶根端面的截面；基于多个所述截面，从预知的后缘分模线开始分别沿着PS面和SS面方向各自截取多个均匀分布的点，并获取所述多个点的二维坐标；根据预设的铺层信息以及布层厚度信息，对所述多个点的二维坐标按法向偏移变换公式进行变换，得到所述多个点变换后的目标二维坐标，并根据所述目标二维坐标得到目标后缘截面铺层图；对所述目标后缘截面铺层图进行测量，得到目标后缘间隙。
在其中一个实施例中，所述根据预设的铺层信息以及布层厚度信息，对所述多个点的二维坐标按法向偏移变换公式进行变换，得到所述多个点变换过后的目标二维坐标，并根据所述目标二维坐标得到目标后缘截面铺层图，具体为：根据预设的铺层信息以及布层厚度信息，对所述多个点的二维坐标按法向偏移变换公式进行变换，得到所述多个点变换后的目标二维坐标；根据所述多个点变换后的目标二维坐标得到多个目标截面；根据所述多个目标截面得到目标后缘截面铺层图。
在其中一个实施例中，所述对所述目标后缘截面铺层图进行测量，得到目标后缘间隙之后，还包括：判断所述目标后缘间隙是否符合预设值；若不符合所述预设值时，则对所述预设的铺层信息进行优化，直至对应得到的优化后的目标后缘间隙符合预设值为止；若符合所述预设值时，根据预设的所述铺层信息以及所述布层厚度信息，对所述风电叶片进行加工制造，得到目标风电叶片。
在其中一个实施例中，所述若不符合所述预设值时，则对所述预设的铺层信息以进行优化，直至对应得到的优化后的目标后缘间隙符合预设值为止之后，还包括：获取优化后的目标铺层信息；根据所述目标铺层信息，对所述风电叶片进行加工制造，得到目标风电叶片。
一种风电叶片后缘间隙模拟系统，包括截面获取模块、坐标获取模块、截面铺层模块和间隙测量模块，其中：所述截面获取模块用于，接收风电叶片的三维外形，基于所述三维外形，截取多个间距相同的平行于叶根端面的截面；所述坐标获取模块用于，基于多个所述截面，从后缘分模线开始分别沿着PS面和SS面方向各自截取多个均匀分布的点，并获取所述多个点的二维坐标；所述截面铺层模块用于，根据预设的铺层信息以及布层厚度信息，对所述多个点的二维坐标按法向偏移变换公式进行变换，得到所述多个点变换后的目标二维坐标，并根据所述目标二维坐标得到目标后缘截面铺层图；所述间隙测量模块用于，对所述目标后缘截面铺层图进行测量，得到目标后缘间隙。
在其中一个实施例中，所述截面铺层模块还用于：根据预设的铺层信息以及布层厚度信息，对所述多个点的二维坐标按法向偏移变换公式进行变换，得到所述多个点变换后的目标二维坐标；根据所述多个点变换后的目标二维坐标得到多个目标截面；根据所述多个目标截面得到目标后缘截面铺层图。
在其中一个实施例中，所述系统还包括间隙判断模块，所述间隙判断模块包括判断单元、优化单元和制造单元，其中：所述判断单元用于，判断所述目标后缘间隙是否符合预设值；所述优化单元用于，若不符合所述预设值时，则对所述预设的铺层信息进行优化，直至对应得到的优化后的目标后缘间隙符合预设值为止；所述制造单元用于，若符合所述预设值时，根据预设的所述铺层信息，对所述风电叶片进行加工制造，得到目标风电叶片。
在其中一个实施例中，所述制造单元还用于：获取优化后的目标铺层信息；根据所述目标铺层信息，对所述风电叶片进行加工制造，得到目标风电叶片。
一种风电叶片后缘间隙模拟设备，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程序时实现上述各个实施例中所述的一种风电叶片后缘间隙模拟方法的步骤。
一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述各个实施例中所述的一种风电叶片后缘间隙模拟方法的步骤。
上述一种风电叶片后缘间隙模拟方法、系统、设备及存储介质，通过对风电叶片三维外形截取多个间距相同的平行于叶根端面的截面，并在截面上进行均匀取点，再根据预设的铺层和布层设计信息对点的按法向偏移变换公式进行变换，得到目标后缘截面铺层图，再通过对目标后缘截面铺层图测量得到目标后缘间隙，从而实现了利用自动化程序方法解决叶片后缘间隙快速模拟问题，大幅缩短了叶片的详细设计周期。
附图说明
图1为一个实施例中一种风电叶片后缘间隙模拟方法的流程示意图；
图2为一个实施例中截面中SS面和PS面模拟图；
图3为一个实施例中沿着PS面和SS面截取点的模拟图；
图4为一个实施例中后缘铺层模拟数学模型图；
图5为一个实施例中芯材倒角模拟示意图；
图6为一个实施例中一种风电叶片后缘间隙模拟系统的结构框图；
图7为另一个实施例中一种风电叶片后缘间隙模拟系统的结构框图；
图8为一个实施例中间隙判断模块的结构框图；
图9是一个实施例中设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种风电叶片后缘间隙模拟方法，包括以下步骤：
S110接收风电叶片的三维外形，基于三维外形，截取多个间距相同的平行于叶根端面的截面。
具体地，接收用户输入的风电叶片的三维外形，通过自动化二次开发程序在三维外形中每间隔相同距离，截取多个平行于风电叶片叶根端面的截面。
S120基于多个截面，从预知的后缘分模线开始分别沿着PS面和SS面方向各自截取多个均匀分布的点，并获取多个点的二维坐标。
具体地，基于步骤S110中获取的多个截面，从已知的后缘分模线开始，分别沿着PS面和SS面的方向截取N个点，相邻两点之间的弧长距离设为Y毫米，输出所有点的二维坐标。
S130根据预设的铺层信息以及布层厚度信息，对多个点的二维坐标按法向偏移变换公式进行变换，得到多个点变换后的目标二维坐标，并根据目标二维坐标得到目标后缘截面铺层图。
具体地，根据叶片后缘粘接区域所有铺层、定位信息以及各类型布层设计单层厚度，基于自动化程序，采用既定的数学模型计算方法(法向偏移变换公式)在截面轮廓上将相应点按法向偏移变换公式进行变换，得到变换后的多个点的目标二维坐标，根据目标二维坐标得到最终的可视化的目标后缘截面铺层图。
在一个实施例中，步骤S130具体为：根据预设的铺层信息以及布层厚度信息，对多个点的二维坐标按法向偏移变换公式进行变换，得到多个点变换后的目标二维坐标；根据多个点变换后的目标二维坐标得到多个目标截面；根据多个目标截面得到目标后缘截面铺层图。具体地，根据叶片后缘位置所有铺层、定位信息以及各类型布层设计单层厚度，基于自动化程序，采用既定的数学模型计算方法(法向偏移变换公式)在截面轮廓上将相应点按法向偏移变换公式进行变换，得到变换后的多个点的目标二维坐标，然后再根据这些目标二维坐标得到每一个目标截面，然后再根据目标截面得到可视化的目标后缘截面铺层图。
S140对目标后缘截面铺层图进行测量，得到目标后缘间隙。
具体地，基于可视化的目标后缘截面铺层图，可以对后缘的间隙进行自动测量，这里的后缘间隙需要满足预设值。
在一个实施例中，步骤S140之后，还包括：判断目标后缘间隙是否符合预设值；若不符合预设值时，则对预设的铺层信息进行优化，直至对应得到的优化后的目标后缘间隙符合预设值为止；若符合预设值时，根据预设的铺层信息，对风电叶片进行加工制造，得到目标风电叶片。具体地，根据预设的后缘间隙范围值，对目标后缘间隙进行判断，看其是否为预设范围之内，如果不是，则需要通过优化铺层来改变目标后缘间隙，优化铺层以及布层设计后，重复步骤S130-S140，将得到的新的目标后缘间隙再次进行判断，直到修改后的目标后缘间隙符合预设值范围为止。如果目标后缘间隙的值在预设值范围内，那么这个铺层及布层设计都是符合要求的，直接根据该铺层及布层设计，对风电叶片进行加工即可，从而得到目标风电叶片。这里的优化铺层及布层设计优选的主要有三种方式：一是，将布层弦向起始位置优化；二是，将铺层错层进行优化；三是芯材倒角优化(即图5中的
Figure GDA0003760477610000055
)。
在一个实施例中，步骤若不符合预设值时，则对预设的铺层信息进行优化，直至对应得到的优化后的目标后缘间隙符合预设值为止之后，还包括：获取优化后的目标铺层信息；根据目标铺层信息，对风电叶片进行加工制造，得到目标风电叶片。具体地，当目标后缘间隙符合预设值后，获取当前优化后的目标铺层信息，然后根据该目标铺层信息，对风电叶片进行加工，从而得到目标风电叶片。
在一个实施例中，如图2、图3、图4和图5所示，以一款风电叶片后缘区域某个截面为例，分别从SS、PS面后缘分模线为起点，等距离(如间距1mm)在截面轮廓上截取N个点，然后分别选取SS面上两点：Ai-1(SSxi-1,SSyi-1)、Ai(SSxi,SSyi)，PS面上两点：Bi-1(PSxi-1,PSyi-1)、Bi(PSxi,PSyi)为例，建立如图4的后缘铺层模拟数学模型，其中T为风电叶片铺层单层设计厚度，θ为两点之间连线和水平轴之间的夹角，根据
Figure GDA0003760477610000051
和Ai(SSxi,SSyi)、
Figure GDA0003760477610000052
和Bi(PSxi,PSyi)两点之间的关系可以得到法向偏移变换公式(1)、(2)：
Figure GDA0003760477610000053
Figure GDA0003760477610000054
其中：
Figure GDA0003760477610000061
Figure GDA0003760477610000062
Figure GDA0003760477610000063
其中：
如图5所示，si为距后缘分模线的距离，取值范围为芯材倒角后缘起始点(s0)至倒角结束点，
Figure GDA0003760477610000064
表示芯材倒角，T表示芯材厚度，t表示点i对应的芯材厚度。
铺层模拟程序实现过程：1、读入轮廓点坐标；2、已知轮廓点坐标、布层设计厚度、布层后缘起始位置及退层，通过法向偏移变换公式(1)、(2)可以得到铺层后新的轮廓点坐标，当模拟芯材铺层时，需考虑弦向倒角，需求出倒角起始点至结束点那段芯材的厚度，详见芯材倒角厚度计算公式(3)及图5，然后通过法向偏移变换公式(1)、(2)计算铺层后新的轮廓点坐标；3、以新的轮廓点坐标、布层设计厚度等，通过法向偏移变换公式(1)、(2)又可以得到铺层后新的轮廓点坐标，以此类推，可以得到最终的轮廓图。
上述实施例中，通过对风电叶片三维外形截取多个间距相同的平行于叶根端面的截面，并在截面上进行均匀取点，再根据预设的铺层和布层设计信息对点坐标按法向偏移变换公式进行变换，得到目标后缘截面铺层图，再通过对目标后缘截面铺层图测量得到目标后缘间隙，并判断后缘间隙是否符合预设值，如若不符合，则对铺层和布层设计进行优化，直至对应的后缘间隙符合预设值；从而实现了利用自动化程序方法解决叶片后缘间隙快速模拟问题，大幅缩短了叶片的详细设计周期。
在一个实施例中，如图6所示，提供了一种风电叶片后缘间隙模拟系统200，该系统包括截面获取模块210、坐标获取模块220、截面铺层模块230和间隙测量模块240，其中：
截面获取模块210用于，接收风电叶片的三维外形，基于三维外形，截取多个间距相同的平行于叶根端面的截面；
坐标获取模块220用于，基于多个截面，从预知的后缘分模线开始分别沿着PS面和SS面方向各自截取多个均匀分布的点，并获取多个点的二维坐标；
截面铺层模块230用于，根据预设的铺层信息以及布层厚度信息，对多个点的二维坐标按法向偏移变换公式进行变换，得到多个点变换后的目标二维坐标，并根据目标二维坐标得到目标后缘截面铺层图；
间隙测量模块240用于，对目标后缘截面铺层图进行测量，得到目标后缘间隙。
在一个实施例中，截面铺层模块230还用于，根据预设的铺层信息以及布层厚度信息，对多个点的二维坐标按法向偏移变换公式进行变换，得到多个点偏移后的目标二维坐标；根据多个点变换后的目标二维坐标得到多个目标截面；根据多个目标截面得到目标后缘截面铺层图。
在一个实施例中，如图7、图8所示，系统200还包括间隙判断模块250，该间隙判断模块250包括判断单元251、优化单元252和制造单元253，其中：
判断单元251用于，判断目标后缘间隙是否符合预设值；
优化单元252用于，若不符合预设值时，则对预设的铺层信息进行优化，直至对应得到的优化后的目标后缘间隙符合预设值为止；
制造单元253用于，若符合预设值时，根据预设的铺层信息，对风电叶片进行加工制造，得到目标风电叶片。
在一个实施例中，制造单元253还用于，获取优化后的目标铺层信息；根据目标铺层信息，对风电叶片进行加工制造，得到目标风电叶片。
在一个实施例中，提供了一种风电叶片后缘间隙模拟设备，该设备可以是服务器，其内部结构图可以如图9所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该设备的处理器用于提供计算和控制能力。该设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该设备的数据库用于存储配置模板，还可用于存储目标网页数据。该设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该程序被处理器执行时以实现一种风电叶片后缘间隙模拟方法。
本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的设备的限定，具体的设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，还提供一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被计算机执行时使所述计算机执行如前述实施例所述的方法，所述计算机可以为上述提到的一种风电叶片后缘间隙模拟系统的一部分。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在计算机存储介质(ROM/RAM、磁碟、光盘)中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。所以，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种风电叶片后缘间隙模拟方法，其特征在于，包括：接收风电叶片的三维外形，基于所述三维外形，截取多个间距相同的平行于叶根端面的截面；
基于多个所述截面，从预知的后缘分模线开始分别沿着PS面和SS面方向各自截取多个均匀分布的点，并获取所述多个点的二维坐标；
根据预设的铺层信息以及布层厚度信息，对所述多个点的二维坐标按法向偏移变换公式进行变换，得到所述多个点变换过后的目标二维坐标，并根据所述目标二维坐标得到目标后缘截面铺层图；
其中，在以SS面和PS面后缘分模线为起点，等距离在两个截面轮廓上截取N个点时，分别选取SS面上两点Ai-1(SSxi-1,SSyi-1)和Ai(SSxi,SSyi)，PS面上两点Bi-1(PSxi-1,PSyi-1)和Bi(PSxi,PSyi)，则法向偏移变换公式为：
Figure FDA0003766592840000011
Figure FDA0003766592840000012
式中，
Figure FDA0003766592840000013
Figure FDA0003766592840000014
Figure FDA0003766592840000015
Figure FDA0003766592840000016
其中，T为风电叶片铺层单层设计厚度，θ为两点之间连线和水平轴之间的夹角；
对所述目标后缘截面铺层图进行测量，得到目标后缘间隙。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设的铺层信息以及布层厚度信息，对所述多个点的二维坐标按法向偏移变换公式进行变换，得到所述多个点变换过后的目标二维坐标，并根据所述目标二维坐标得到目标后缘截面铺层图，具体为：根据预设的铺层信息以及布层厚度信息，对所述多个点的二维坐标按法向偏移变换公式进行变换，得到所述多个点变换后的目标二维坐标；
根据所述多个点变换后的目标二维坐标得到多个目标截面；
根据所述多个目标截面得到目标后缘截面铺层图。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述目标后缘截面铺层图进行测量，得到目标后缘间隙之后，还包括：判断所述目标后缘间隙是否符合预设值；
若不符合所述预设值时，则对所述预设的铺层信息进行优化，直至对应得到的优化后的目标后缘间隙符合预设值为止；
若符合所述预设值时，根据预设的所述铺层信息，对所述风电叶片进行加工制造，得到目标风电叶片。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述若不符合所述预设值时，则对所述预设的铺层信息进行优化，直至对应得到的优化后的目标后缘间隙符合预设值为止之后，还包括：获取优化后的目标铺层信息；
根据所述目标铺层信息，对所述风电叶片进行加工制造，得到目标风电叶片。
5.一种风电叶片后缘间隙模拟系统，其特征在于，包括截面获取模块、坐标获取模块、截面铺层模块和间隙测量模块，其中：所述截面获取模块用于，接收风电叶片的三维外形，基于所述三维外形，截取多个间距相同的平行于叶根端面的截面；
所述坐标获取模块用于，基于多个所述截面，从后缘分模线开始分别沿着PS面和SS面方向各自截取多个均匀分布的点，并获取所述多个点的二维坐标；
所述截面铺层模块用于，根据预设的铺层信息以及布层厚度信息，对所述多个点的二维坐标按法向偏移变换公式进行变换，得到所述多个点变换后的目标二维坐标，并根据所述目标二维坐标得到目标后缘截面铺层图；
其中，在以SS面和PS面后缘分模线为起点，等距离在两个截面轮廓上截取N个点时，分别选取SS面上两点Ai-1(SSxi-1,SSyi-1)和Ai(SSxi,SSyi)，PS面上两点Bi-1(PSxi-1,PSyi-1)和Bi(PSxi,PSyi)，则法向偏移变换公式为：
Figure FDA0003766592840000021
Figure FDA0003766592840000031
式中，
Figure FDA0003766592840000032
Figure FDA0003766592840000033
Figure FDA0003766592840000034
Figure FDA0003766592840000035
其中，T为风电叶片铺层单层设计厚度，θ为两点之间连线和水平轴之间的夹角；
所述间隙测量模块用于，对所述目标后缘截面铺层图进行测量，得到目标后缘间隙。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述截面铺层模块还用于：根据预设的铺层信息以及布层厚度信息，对所述多个点的二维坐标按法向偏移变换公式进行变换，得到所述多个点变换后的目标二维坐标；
根据所述多个点变换后的目标二维坐标得到多个目标截面；
根据所述多个目标截面得到目标后缘截面铺层图。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括间隙判断模块，所述间隙判断模块包括判断单元、优化单元和制造单元，其中：所述判断单元用于，判断所述目标后缘间隙是否符合预设值；
所述优化单元用于，若不符合所述预设值时，则对所述预设的铺层信息进行优化，直至对应得到的优化后的目标后缘间隙符合预设值为止；
所述制造单元用于，若符合所述预设值时，根据预设的所述铺层信息，对所述风电叶片进行加工制造，得到目标风电叶片。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述制造单元还用于：获取优化后的目标铺层信息；
根据所述目标铺层信息，对所述风电叶片进行加工制造，得到目标风电叶片。
9.一种风电叶片后缘间隙模拟设备，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4中任一项所述方法的步骤。
10.一种存储介质，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4中任一项所述的方法的步骤。
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