權(quán)利要求書： 1.一種考慮雷諾數(shù)變化的車用軸流散熱風(fēng)機(jī)葉片的扭角預(yù)估方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1：獲取風(fēng)機(jī)電機(jī)軸的輸出功率Pw、風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速Ω、葉頂弦長ct、葉根弦長c0和葉型、輪轂半徑r0和扇葉半徑rt、葉片數(shù)Nb；

步驟2：根據(jù)葉片長度，將葉片分為N段，并利用式(1)計算N段葉片的雷諾數(shù)R0~RN： (1)

式(1)中，R0為葉根雷諾數(shù)；Ri為第i段葉片的雷諾數(shù)；RN為葉頂雷諾數(shù)，ρ為空氣密度；ri，ci分別為第i段葉片的半徑和葉片弦長；μ為空氣動力粘度，并有：(2)

(3)

式(2)和式(3)中，N表示葉片總段數(shù)；

步驟3：利用式(4)計算第i段葉片的功率Pi；

(4)

式(4)中，為風(fēng)機(jī)入口流速，CLi和CDi分別為第i段葉片的翼型升力系數(shù)和阻力系數(shù)，r表示葉片任意截面到葉根的距離；

步驟4：利用式(4)計算電機(jī)軸的輸出功率Pw：(5)

步驟5：利用式(5)構(gòu)建關(guān)于入口流速，升力系數(shù)和阻力系數(shù)的方程f：f(,CL1,CD1,CL2,CD2,…,CLN,CDN)?Pw=0(6)步驟6：根據(jù)葉型的升力特性曲線和極線圖形成不同雷諾數(shù)的參數(shù)域；

以ΔR為間隔將R0~2RN范圍的雷諾數(shù)離散為[R1,R2,…,Rq,…,RQ]；在升力特性圖上獲取第q段葉片的雷諾數(shù)Rq所對應(yīng)的升力曲線，并在雷諾數(shù)Rq所對應(yīng)的升力曲線上，以Δα為q q間隔，獲取J個攻角下的升力系數(shù){C Lj|j=1,2,…,J}，C Lj表示第j個攻角αj下的升力系數(shù)；

q

再根據(jù)極線圖找到第j個攻角αj下的阻力系數(shù)CDj，從而構(gòu)成雷諾數(shù)Rq對應(yīng)的參數(shù)組bq=q q q q q q q q[(α1,CL1,C D1),(α2,C L2,CD2),…,(αj,CLj,CDj),…,(αJ,CLJ,C DJ)]，其中，α1,α2,…,αJ表示參數(shù)組中第1，第2到J個攻角；進(jìn)而得到Q個離散雷諾數(shù)對應(yīng)的參數(shù)組所T組成的參數(shù)域B=[b1,b2,…,bq,…,bQ]；

T

步驟7：定義一個包含M個個體的種群集合A=[a1,a2,…,am,…,aM] ，其中，am表示第m個m m m m m m m m m m個體，且am=[(C L1,CD1),(C L2,C D2),…,(C Li,C Di),…,(CLN,C DN)]；(CLi,C Di)分別表示第m個個體am中第i段葉片的雷諾數(shù)Ri在對應(yīng)的參數(shù)域中的升力系數(shù)和阻力系數(shù)；

定義當(dāng)前種群的迭代次數(shù)為k，并初始化k=1，總的迭代次數(shù)為K；

(k?1) (k?1) (k?1) (k?1)將雷諾數(shù)R0~RN作為第k?1次迭代的雷諾數(shù)，記為R1 ,R2 ,…,Ri ,…,RN ，(k?1)其中，Ri 表示第k?1次迭代的第i段葉片的雷諾數(shù)；

(k?1) (k?1) (k?1) (k?1)根據(jù)第k?1代雷諾數(shù)R1 ,R2 ,…,Ri ,…,RN ，從參數(shù)域B中選取M個個體(k?1) (k?1) (k?1)

并構(gòu)成第k?1代種群A ，其中，第k?1代種群A 中第m個個體記為am ；

(k?1) (k?1)

步驟8：將第k?1代種群A 代入方程f中計算出每個個體的平均入口流速，記為 =(k?1) (k?1) (k?1) (k?1) (k?1)[1 ,2 ,…,m ,…,M ]，并從第k?1次循環(huán)平均入口流速集合 中選取最大(k?1) (k)入口流速max 后，利用式(7)計算第k次迭代中第i段葉片的雷諾數(shù)Ri ；

(7)

(k) (k) (k) (k)

步驟9：根據(jù)第k次迭代的雷諾數(shù)R1 ,R2 ,…,Ri ,…,RN ，從參數(shù)域B中選取第(k) (k)m個個體為am ，從而得到第k代種群A ；

(k) (k?1)

步驟10：若|Ri ?Ri |>ΔR，則將k+1賦值k后，返回步驟8順序執(zhí)行，否則，執(zhí)行步驟

11；

(k) (k)

步驟11、將第k代種群A 代入方程f中計算出每個個體的入口流速 ，將入口速度做(k) (k)為個體的適應(yīng)度，其中，第m個個體的入口流速即適應(yīng)度為m ，對第k代種群A 進(jìn)行交叉(k)和變異，得到更新后的第k代種群 ；并從中選取最大入口流速即最大適應(yīng)度max 對應(yīng)(k)的個體做為第k代最優(yōu)個體abest ；

(k) (k?1)

步驟12：若|max ?max |>ε且k

* *

步驟13：根據(jù)最優(yōu)雷諾數(shù)Ri 和最優(yōu)個體a best中的升/阻力系數(shù)，從參數(shù)域B中獲取第i段翼型對應(yīng)的攻角αi，并根據(jù)速度幾何關(guān)系，計算第i段葉型對應(yīng)的扭角為：*

θi=αi+arctan(max/(Ωri))；

步驟14：利用式(8)所示的線性插值得到安裝角度隨葉片展向長變化的規(guī)律關(guān)系式：(8)

式(8)中，ri?1為第i?1段葉片的半徑；θi?1為第i?1段葉型對應(yīng)的扭角，θ(r,i)表示第i段葉片在任意截面處的扭角，i=1,2,…,N。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮雷諾數(shù)變化的車用軸流散熱風(fēng)機(jī)葉片的扭角預(yù)估方法，其特征在于，所述步驟11中交叉和變異包括：(k)

步驟11.1：將第k代種群A 中所有個體按照平均入口流速的降序方式進(jìn)行排列，得到(k)排序后的第k代種群記為A' ；

(k)

步驟11.2：將第k代種群A' 中前M/3個的個體保留，其中M為種群的總個體數(shù)，將剩下M/3 2M/3個的個體進(jìn)行交叉操作，得到M/3 2M/3個交叉后的個體；

~ ~

(k)

步驟11.3：將第k代種群A' 中2M/3 M個的個體進(jìn)行變異操作，得到2M/3 M個變異后的~ ~個體；

(k) (k)

步驟11.4：由第k代種群A' 中前M/3個個體、第k代種群A' 中前M/3個的個體和第k代(k)種群A' 中前M/3個的個體構(gòu)成更新后的第k代種群 。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的考慮雷諾數(shù)變化的車用軸流散熱風(fēng)機(jī)葉片的扭角預(yù)估方法，其特征在于，所述步驟11.3包括：(k)

步驟11.3.1：將第k代種群A' 中2M/3 M個個體替換為前M/3個個體；

~

步驟11.3.2：隨機(jī)生成N/2個1到N的正整數(shù)，記為[p1,p2,…,pl,…,pN/2]，其中，pl表示第l個隨機(jī)數(shù)；

(k)

步驟11.3.3：根據(jù)第pl段的雷諾數(shù)R pl，在參數(shù)域B中隨機(jī)選取一對升力與阻力系數(shù)(k) m'(k) m(CL,CD)，并替換當(dāng)前第k代種群A' 中第m'個個體所對應(yīng)的第pl段參數(shù)(C L(pl),C'(k)D(pl))，m'為2M/3~M之間的正整數(shù)，從而完成N/2個隨機(jī)數(shù)對應(yīng)位置的參數(shù)的更新。

說明書： 考慮雷諾數(shù)變化的車用軸流散熱風(fēng)機(jī)葉片的扭角預(yù)估方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明屬于散熱風(fēng)機(jī)設(shè)計領(lǐng)域，尤其涉及的是一種軸流散熱風(fēng)機(jī)風(fēng)葉安裝角度的預(yù)估方法。背景技術(shù)[0002] 軸流式散熱風(fēng)機(jī)因其耗電量相對較低及結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)被廣泛用于汽車、電腦等各種產(chǎn)品，尤其是燃料電池車。單位時間內(nèi)的流量即質(zhì)流率或體積流率是衡量風(fēng)機(jī)散熱性能的主要參數(shù)。當(dāng)風(fēng)機(jī)的大小尺寸確定的情況下，其流率主要受到平均入口氣流速度的影響，即平均入口氣流速度越大，則風(fēng)機(jī)的體積流率越大。葉片扭角是對平均入口氣流速度的主要影響因素之一，而確定葉片扭角對工程師經(jīng)驗提出了較高的要求，增加了實(shí)驗周期的長度。對于車用軸流散熱風(fēng)扇，其轉(zhuǎn)速要求較高，葉片沿徑向雷諾數(shù)有一定差異。風(fēng)扇入口氣流速度也相對較高，也是計算雷諾數(shù)時不能忽略的因素。發(fā)明內(nèi)容[0003] 本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提出了一種考慮雷諾數(shù)變化的車用軸流散熱風(fēng)機(jī)葉片扭角的預(yù)估方法，以期能夠在考慮雷諾數(shù)分布的情況下對葉片扭角進(jìn)行優(yōu)化，得到車用軸流散熱風(fēng)機(jī)流量的葉片扭角沿葉片展向的變化規(guī)律，以準(zhǔn)確獲取以提高車用軸流風(fēng)機(jī)流量為目標(biāo)的葉片扭角布置方案。[0004] 本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：本發(fā)明一種考慮雷諾數(shù)變化的車用軸流散熱風(fēng)機(jī)葉片的扭角預(yù)估方法的特點(diǎn)在

于，包括如下步驟：

步驟1：獲取風(fēng)機(jī)電機(jī)軸的輸出功率Pw、風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速Ω、葉頂弦長ct、葉根弦長c0和葉型、輪轂半徑r0和扇葉半徑rt、葉片數(shù)Nb；

步驟2：根據(jù)葉片長度，將葉片分為N段，并利用式(1)計算N段葉片的雷諾數(shù)R0~RN：

(1)

式(1)中，R0為葉根雷諾數(shù)；Ri為第i段葉片的雷諾數(shù)；RN為葉頂雷諾數(shù)，ρ為空氣密度；ri，ci分別為第i段葉片的半徑和葉片弦長；μ為空氣動力粘度，并有：

(2)

(3)

式(2)和式(3)中，N表示葉片總段數(shù)；

步驟3：利用式(4)計算第i段葉片的功率Pi；

(4)

式(4)中，為風(fēng)機(jī)入口流速，CLi和CDi分別為第i段葉片的翼型升力系數(shù)和阻力系數(shù)，r表示葉片任意截面到葉根的距離；

步驟4：利用式(4)計算電機(jī)軸的輸出功率Pw：

(5)

步驟5：利用式(5)構(gòu)建關(guān)于入口流速，升力系數(shù)和阻力系數(shù)的方程f：

f(,CL1,CD1,CL2,CD2,…,CLN,CDN)?Pw=0(6)

步驟6：根據(jù)葉型的升力特性曲線和極線圖形成不同雷諾數(shù)的參數(shù)域；

以ΔR為間隔將R0~2RN范圍的雷諾數(shù)離散為[R1,R2,…,Rq,…,RQ]；在升力特性圖上獲取第q段葉片的雷諾數(shù)Rq所對應(yīng)的升力曲線，并在雷諾數(shù)Rq所對應(yīng)的升力曲線上，以Δαq q

為間隔，獲取J個攻角下的升力系數(shù){C Lj|j=1,2,…,J}，C Lj表示第j個攻角αj下的升力系數(shù)；

q

再根據(jù)極線圖找到第j個攻角αj下的阻力系數(shù)C Dj，從而構(gòu)成雷諾數(shù)Rq對應(yīng)的參數(shù)q q q q q q q q

組bq=[(α1,C L1,CD1),(α2,C L2,CD2),…,(αj,CLj,C Dj),…,(αJ,CLJ,CDJ)]；其中，α1,α2,…,αJ表示參數(shù)組中第1，第2到J個攻角；進(jìn)而得到Q個離散雷諾數(shù)對應(yīng)的參數(shù)組所組成的參T

數(shù)域B=[b1,b2,…,bq,…,bQ]；

T

步驟7：定義一個包含M個個體的種群集合A=[a1,a2,…,am,…,aM] ，其中，am表示第m m m m m m m m m m

m個個體，且am=[(C L1,C D1),(C L2,CD2),…,(C Li,C Di),…,(C LN,C DN)]；(C Li,CDi)分別表示第m個個體am中第i段葉片的雷諾數(shù)Ri在對應(yīng)的參數(shù)域中的升力系數(shù)和阻力系數(shù)；

定義當(dāng)前種群的迭代次數(shù)為k，并初始化k=1，總的迭代次數(shù)為K；

(k?1) (k?1) (k?1) (k

?1) 將(雷k?1諾) 數(shù)R0~RN作為第k?1次迭代的雷諾數(shù)，記為R1 ,R2 ,…,Ri ,…,RN，其中，Ri 表示第k?1次迭代的第i段葉片的雷諾數(shù)；

(k?1) (k?1) (k?1) (k?1)

根據(jù)第k?1代雷諾數(shù)R1 ,R2 ,…,Ri ,…,RN ，從參數(shù)域B中選取M個個體

(k?1) (k?1) (k?1)

并構(gòu)成第k?1代種群A ，其中，第k?1代種群A 中第m個個體記為am ；

(k?1)

步驟8：將第k?1代種群A 代入方程f中計算出每個個體的平均入口流速，記為

(k?1) (k?1) (k?1) (k?1) (k?1) (k?1)

=[1 ,2 ,…,m ,…,M ]，并從第k?1次循環(huán)平均入口流速集合 中選

(k?1) (k)

取最大入口流速max 后，利用式(7)計算第k次迭代中第i段葉片的雷諾數(shù)Ri ；

(7)

(k) (k) (k) (k)

步驟9：根據(jù)第k次迭代的雷諾數(shù)R1 ,R2 ,…,Ri ,…,RN ，從參數(shù)域B中選取第

(k) (k)

m個個體為am ，從而得到第k代種群A ；

(k) (k?1)

步驟10：若|Ri ?Ri |>ΔR，則將k+1賦值k后，返回步驟8順序執(zhí)行，否則，執(zhí)行步驟11；

(k) (k)

步驟11、將第k代種群A 代入方程f中計算出每個個體的入口流速 ，將入口速

(k) (k)

度做為個體的適應(yīng)度，其中第m個個體的入口流速即適應(yīng)度為m 。對第k代種群A 進(jìn)行交(k)

叉和變異，得到更新后的第k代種群 ；并從中選取最大入口流速即最大適應(yīng)度max 對(k)

應(yīng)的個體做為第k代最優(yōu)個體abest ；

(k) (k?1)

步驟12：若|max ?max |>ε且k停止迭代，并輸出第k次迭代的最大入口流速max 及其對應(yīng)的R1 ,R2 ,…,Ri ,…,RN(k) (k) * * * * *

、第k代最優(yōu)abest 相應(yīng)作為最優(yōu)入口流速max，最優(yōu)雷諾數(shù)R1 ,R2 ,…,Ri ,…,RN ，最優(yōu)* *

個體abest，其中，Ri 表示第i段葉片的最終雷諾數(shù)，ε表示所設(shè)定的誤差；

* *

步驟13：根據(jù)最優(yōu)雷諾數(shù)Ri 和最優(yōu)個體abest中的升/阻力系數(shù)，從參數(shù)域B中獲取第i段翼型對應(yīng)的攻角αi，并根據(jù)速度幾何關(guān)系，計算第i段葉型對應(yīng)的扭角為：

*

θi=αi+arctan(max/(Ωri))；

步驟14：利用式(8)所示的線性插值得到安裝角度隨葉片展向長變化的規(guī)律關(guān)系

式：

(8)

式(8)中，ri?1為第i?1段葉片的半徑；θi?1為第i?1段葉型對應(yīng)的扭角，θ(r,i)表示第i段葉片在任意截面處的扭角，i=1,2,…,N。

[0005] 本發(fā)明所述的考慮雷諾數(shù)變化的車用軸流散熱風(fēng)機(jī)葉片的扭角預(yù)估方法的特點(diǎn)也在于，所述步驟11中交叉和變異包括：(k)

步驟11.1：將第k代種群A 中所有個體按照平均入口流速的降序方式進(jìn)行排列，

(k)

得到排序后的第k代種群記為A' ；

(k)

步驟11.2：將第k代種群A' 中前M/3個的個體保留，其中，M為種群的總個體數(shù)，將剩下M/3 2M/3個的個體進(jìn)行交叉操作，得到M/3 2M/3個交叉后的個體；

~ (k) ~

步驟11.3：將第k代種群A' 中2M/3 M個的個體進(jìn)行變異操作，得到2M/3 M個變異

~ ~

后的個體；

(k)

步驟11.3.1：將第k代種群A' 中2M/3 M個個體替換為前M/3個個體；

~

步驟11.3.2：隨機(jī)生成N/2個1到N的正整數(shù)，記為[p1,p2,…,pl,…,pN/2]，其中，pl表示第l個隨機(jī)數(shù)；

(k)

步驟11.3.3：根據(jù)第pl段的雷諾數(shù)R pl，在參數(shù)域B中隨機(jī)選取一對升力與阻力系(k) m'(k) m

數(shù)(CL,CD)，并替換當(dāng)前第k代種群A' 中第m'個個體所對應(yīng)的第pl段參數(shù)(C L(pl),C'(k)

D(pl))，其中，m'為2M/3~M之間的正(整k)數(shù)，從而完成N/2個隨機(jī)數(shù)對應(yīng)(k位) 置的參數(shù)的更新；

步驟11.4：由第k代種群A' 中前M/3個個體、第k代種群A' 中前M/3個的個體和

(k)

第k代種群A' 中前M/3個的個體構(gòu)成更新后的第k代種群 。

[0006] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：1、本發(fā)明將葉型的升力特性曲線和極線圖轉(zhuǎn)換為不同雷諾數(shù)的參數(shù)域，將問題轉(zhuǎn)變?yōu)閷ふ易顑?yōu)參數(shù)組合問題，從而無需擬合即可直接利用葉型的氣動數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化計算，從而提高了計算效率。

[0007] 2、本發(fā)明考慮了雷諾數(shù)隨葉片展向的變化和平均入口流速的變化，在迭代過程中更新雷諾數(shù)，以便于選擇更符合實(shí)際情況的參數(shù)組合，為風(fēng)機(jī)葉片提供了更加準(zhǔn)確的扭角預(yù)估規(guī)律。[0008] 3、本發(fā)明以最大平均入口流速為目標(biāo)，有利于提風(fēng)機(jī)高流量這一重要性能指標(biāo)，為風(fēng)機(jī)葉片提供了有利于提升流量的初始扭角方案，從而提高了風(fēng)機(jī)散熱性能。[0009] 4、本發(fā)明只利用電機(jī)軸輸出功率、風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速、葉片弦長和葉型、輪轂半徑和扇葉半徑、葉片數(shù)等一些基本參數(shù)就可以計算出葉片扭角的變化規(guī)律，減少了對工程技術(shù)人員的經(jīng)驗的依賴和實(shí)驗的次數(shù)與周期，提高了風(fēng)機(jī)葉片的研發(fā)工作的效率。附圖說明[0010] 圖1是本發(fā)明軸流散熱風(fēng)扇扇葉示意圖；圖2是本發(fā)明葉片速度幾何關(guān)系示意圖；

圖3a是本發(fā)明葉型升力特性圖和極線圖的示意圖；

圖3b是本發(fā)明葉型升力特性圖和極線圖的示意圖；

圖4是本發(fā)明遺傳算法迭代誤差的示意圖；

圖5是本發(fā)明輸出結(jié)果的示意圖；

圖6是本發(fā)明方法的流程圖。

具體實(shí)施方式[0011] 下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。[0012] 本實(shí)施例中，如圖6所示，一種考慮雷諾數(shù)變化的車用軸流散熱風(fēng)機(jī)葉片的扭角預(yù)估方法包括如下步驟：步驟1：獲取風(fēng)機(jī)電機(jī)軸的輸出功率Pw、風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速Ω、葉頂弦長ct、葉根弦長c0和葉型、輪轂半徑r0和扇葉半徑rt、葉片數(shù)Nb；

給定散熱風(fēng)機(jī)的初始設(shè)計參數(shù)如表1所示，風(fēng)機(jī)扇葉示意圖如圖1；

表1散熱風(fēng)機(jī)的初始設(shè)計參數(shù)

步驟2：根據(jù)葉片長度，將葉片分為N段，并利用式(1)計算N段葉片的雷諾數(shù)R0~RN：

(1)

式(1)中，R0為葉根雷諾數(shù)；Ri為第i段葉片的雷諾數(shù)；ρ為空氣密度；RN為葉頂雷諾數(shù)；ri，ci分別為第i段葉片的半徑和葉片弦長；μ為空氣動力粘度，并有：

(2)

(3)

式(2)和式(3)中，N表示葉片總段數(shù)；

5 5

本實(shí)施例中，N=10，代入數(shù)據(jù)后得到初始雷諾數(shù)范圍為1.193×10 3.272×10 ；

~

第i段半徑為ri=0.048+0.0105i，弦長為ci=0.086?0.0012i；

7

第i段雷諾數(shù)為Ri=2.89X10×(0.048+0.0105i)(0.086?0.0012i)；

步驟3：利用式(4)計算第i段葉片的功率Pi；

(4)

式(4)中，為風(fēng)機(jī)入口流速，CLi和CDi分別為第i段葉片的翼型升力系數(shù)和阻力系數(shù)，r表示葉片任意截面到葉根的距離；

公式(4)根據(jù)葉片受力得到，葉片的受力示意圖如圖2，代入數(shù)據(jù)后可由數(shù)值分析

軟件輔助計算。

[0013] 步驟4：利用式(4)計算電機(jī)軸的輸出功率Pw：(5)

步驟5：利用式(5)構(gòu)建關(guān)于入口流速，升力系數(shù)和阻力系數(shù)的方程f：

f(,CL1,CD1,CL2,CD2,…,CLN,CDN)?Pw=0(6)

代入數(shù)據(jù)后可由數(shù)值分析軟件輔助計算。

[0014] 步驟6：根據(jù)葉型的升力特性曲線和極線圖形成不同雷諾數(shù)的參數(shù)域；以ΔR為間隔將R0~2RN范圍的雷諾數(shù)離散為[R1,R2,…,Rq,…,RQ]；在升力特性圖上獲取第q段葉片的雷諾數(shù)Rq所對應(yīng)的升力曲線，并在雷諾數(shù)Rq所對應(yīng)的升力曲線上，以Δαq q

為間隔，獲取J個攻角下的升力系數(shù){C Lj|j=1,2,…,J}，C Lj表示第j個攻角αj下的升力系數(shù)；

q

再根據(jù)極線圖找到第j個攻角αj下的阻力系數(shù)C Dj，從而構(gòu)成雷諾數(shù)Rq對應(yīng)的參數(shù)q q q q q q q q

組bq=[(α1,C L1,CD1),(α2,C L2,CD2),…,(αj,CLj,C Dj),…,(αJ,CLJ,CDJ)]；其中，α1,α2,…,αJ表示參數(shù)組中第1，第2到J個攻角；進(jìn)而得到Q個離散雷諾數(shù)對應(yīng)的參數(shù)組所組成的參T

數(shù)域B=[b1,b2,…,bq,…,bQ]；

4

在本例中，ΔR=1×10 ,Δα=0.1?,Q=40,J=200，得到的參數(shù)域為40×200個數(shù)據(jù)的參數(shù)組合，其中升力曲線圖和極線圖如圖3a和圖3b所示。

[0015] 步驟7：定義一個包含M個個體的種群集合A=[a1,a2,…,am,…,aM]T，其中，am表示第m m m m m m m m m mm個個體，且am=[(C L1,C D1),(C L2,CD2),…,(C Li,C Di),…,(C LN,C DN)]；(C Li,CDi)分別表示第m個個體am中第i段葉片的雷諾數(shù)Ri在對應(yīng)的參數(shù)域中的升力系數(shù)和阻力系數(shù)；

定義當(dāng)前種群的迭代次數(shù)為k，并初始化k=1，總的迭代次數(shù)為K；

(k?1) (k?1) (k?1) (k

將雷諾數(shù)R0~RN作為第k?1次迭代的雷諾數(shù)，記為R1 ,R2 ,…,Ri ,…,RN

?1) (k?1)

，其中，Ri 表示第k?1次迭代的第i段葉片的雷諾數(shù)；

(k?1) (k?1) (k?1) (k?1)

根據(jù)第k?1代雷諾數(shù)R1 ,R2 ,…,Ri ,…,RN ，從參數(shù)域B中選取M個個體

(k?1) (k?1) (k?1)

并構(gòu)成第k?1代種群A ，其中，第k?1代種群A 中第m個個體記為am ；

在本實(shí)施例中，令M=20,K=300。收斂誤差設(shè)置為ε=0.2。

[0016] 步驟8：將第k?1代種群A(k?1)代入方程f中計算出每個個體的平均入口流速，記為(k?1) (k?1) (k?1) (k?1) (k?1) (k?1)=[1 ,2 ,…,m ,…,M ]，并從第k?1次循環(huán)平均入口流速集合 中選

(k?1) (k)

取最大入口流速max 后，利用式(7)計算第k次迭代中第i段葉片的雷諾數(shù)Ri ；

(7)

(k) (k) (k) (k)

步驟9：根據(jù)第k次迭代的雷諾數(shù)R1 ,R2 ,…,Ri ,…,RN ，從參數(shù)域B中選取第

(k) (k)

m個個體為am ，從而得到第k代種群A ；

(k) (k?1)

步驟10：若|Ri ?Ri |>ΔR，則將k+1賦值k后，返回步驟8順序執(zhí)行，否則，執(zhí)行步驟11；

(k) (k)

步驟11、將第k代種群A 代入方程f中計算出每個個體的入口流速 ，將入口速

(k) (k)

度做為個體的適應(yīng)度，其中第m個個體的入口流速即適應(yīng)度為m 。對第k代種群A 進(jìn)行交(k)

叉和變異，得到更新后的第k代種群 ；并從中選取最大入口流速即最大適應(yīng)度max 對(k)

應(yīng)的個體做為第k代最優(yōu)個體abest ；

(k)

步驟11.1：將第k代種群A 中所有個體按照平均入口流速的降序方式進(jìn)行排列，

(k)

得到排序后的第k代種群記為A' ；

(k)

步驟11.2：將第k代種群A' 中前M/3個的個體保留，將剩下M/3 2M/3個的個體進(jìn)

~

行交叉操作，得到M/3 2M/3個交叉后的個體；

~

適應(yīng)度最大的前三分之一個數(shù)據(jù)保留是為了防止優(yōu)秀個體被淘汰。

[0017] 步驟11.3：將第k代種群A'(k)中2M/3 M個的個體進(jìn)行變異操作，得到2M/3 M個變異~ ~后的個體；

(k)

步驟11.3.1：將第k代種群A' 中2M/3 M個個體替換為前M/3個個體；

~

此步是為了將適應(yīng)度最差的一批淘汰，并將適應(yīng)度較大的個體進(jìn)行接下來的變異

操作，盡量讓突變方向向好的方向進(jìn)行。

[0018] 步驟11.3.2：隨機(jī)生成N/2個1到N的正整數(shù)，記為[p1,p2,…,pl,…,pN/2]，其中，pl表示第l個隨機(jī)數(shù)；(k)

步驟11.3.3：根據(jù)第pl段的雷諾數(shù)R pl，在參數(shù)域B中隨機(jī)選取一對升力與阻力系(k) m'(k) m

數(shù)(CL,CD)，并替換當(dāng)前第k代種群A' 中第m'個個體所對應(yīng)的第pl段參數(shù)(C L(pl),C'(k)

D(pl))，m'為2M/3~M之間的正整數(shù)，從而完成N/2個隨機(jī)數(shù)對應(yīng)位置的參數(shù)的更新；

(k) (k)

步驟11.4：由第k代種群A' 中前M/3個個體、第k代種群A' 中前M/3個的個體和

(k)

第k代種群A' 中前M/3個的個體構(gòu)成更新后的第k代種群 。

[0019] 步驟12：若|max(k)?max(k?1)|>ε且k、第k代最優(yōu)abest 相應(yīng)作為最優(yōu)入口流速max，最優(yōu)雷諾數(shù)R1 ,R2 ,…,Ri ,…,RN ，最優(yōu)* *

個體abest，其中，Ri 表示第i段葉片的最終雷諾數(shù)，ε表示所設(shè)定的誤差；

收斂誤差小于規(guī)定的誤差或迭代次數(shù)達(dá)到最大迭代次，視為種群優(yōu)化已經(jīng)達(dá)到極

限，無法繼續(xù)向上優(yōu)化，防止限入死循環(huán)。此時的適應(yīng)度最大的個體即為使入口氣流速度達(dá)到最大的個體。遺傳算法迭代過程中的收斂誤差如圖4所示。

[0020] 步驟13：根據(jù)最優(yōu)雷諾數(shù)Ri*和最優(yōu)個體a*best中的升/阻力系數(shù)，從參數(shù)域B中獲取第i段翼型對應(yīng)的攻角αi，并根據(jù)速度幾何關(guān)系，計算第i段葉型對應(yīng)的扭角為：*

θi=αi+arctan(max/(Ωri))；

扭角與攻角的關(guān)系由葉片的速度矢量三角得到，如圖2所示。本例的運(yùn)算結(jié)果見表

2。

[0021] 表2各段參數(shù)計算的最終結(jié)果步驟14：利用式(8)所示的線性插值得到安裝角度隨葉片展向長變化的規(guī)律關(guān)系

式：

(8)

式(8)中，ri?1為第i?1段葉片的半徑；θi?1為第i?1段葉型對應(yīng)的扭角，θ(r,i)表示第i段葉片在任意截面處的扭角，i=1,2,…,N。

[0022] 將步驟13的數(shù)據(jù)代入，可以得到變化規(guī)律的分段函數(shù)，其效果如圖5所示。