如何在UG中构建风电叶片三维模型

好久不见，停更40多天充分说明：家里不是一个学习工作的地方。在上海隔离结束后一个礼拜，就回老家了，几乎忘记了所有与学习和工作的事情。

今天跟大家分享一下刚上研究生时学会的一项技能：在UG中建立风电叶片三维模型。

建立叶片三维模型是开展风轮CFD或叶片结构动力学（铺层设计、模态分析等）研究必不可少的一步。通常，叶片几何外形主要通过叶片径向弦长、扭角分布和各截面对应的翼型定义。

风电叶片一般采用5种以上标准翼型，靠近叶根处采用相对厚度较大的翼型，叶中及叶尖部分为了取得较好气动性能，翼型相对厚度一般较小。

以DTU 10 MW风电叶片为例，该叶片采用5种不同厚度的FFA系列翼型。近叶根处采用相对厚度为60%的FFA-W3-600翼型，从叶片中部一直到叶尖处，均采用相对厚度为24.1%的FFA-W3-241翼型。叶根到叶尖的截面相对厚度从100%逐渐递减至24.1%。

DTU 10 MW 叶片几何外形

在UG中构建叶片几何模型分为三步：①准备好叶片每一个截面对应翼型的二维归一化坐标文件和 弦长、扭角数据；②根据叶片截面弦长和扭角，对该截面翼型的二维坐标（x,y）进行相应的放大和旋转变换，z方向坐标即为该截面当地半径；③将每个截面的曲线通过UG中的“样条（即将失效）”导入到UG中，并通过“通过曲线组”命令完成叶片实体建模。

第一步：叶片基本数据

在欧盟INNWIND项目资助下，DTU联合Vestas设计了10MW叶片，其相关气动外形和结构设计数据均已公开于DTUGitLab。叶片弦长、扭角、相对厚度和气动中心叶片径向的分布规律下载链接：https://rwt.windenergy.dtu.dk/dtu10mw/dtu-10mw-rwt/-/tree/master/excel；

FFA系列翼型的二维坐标文件下载链接：https://rwt.windenergy.dtu.dk/dtu10mw/dtu-10mw-rwt/-/tree/master/geometry/airfoils；更详实的坐标文件也可在“CFD”路径下二维CFD数据的“Grid”中的Prof.dat。

DTU 10 MW 叶片弦长、扭角和相对厚度

第二步：叶片截面缩放及扭转

叶片截面缩放及扭转分为三步：①首先，平移翼型，使得翼型气动中心为坐标原点；②根据截面扭角大小，对翼型坐标进行旋转变换；③根据弦长大小，对翼型坐标进行缩放。

这一步的坐标变换实现公式为：

叶片截面弦长、扭角示意

第三维坐标z即为该截面当地半径。下图为第二个截面三维坐标数据。UG默认长度单位为mm，因此z坐标保持不变为5443mm。可以通过编程，循环转换每一个截面的坐标，并保存到对应的文件中。

DTU10MW叶片第二个截面转换后的坐标数据

第三步：导入UG建模

 打开UG，在命令栏中搜索“样条”，找到“样条（即将失效）”命令，为便利下一次使用，可将该命令添加到工具栏。

UG中“样条（即将失效）”命令（注意：此命令非“样条”命令）

点击“样条（即将失效）”命令，①选择“通过点”；②设置“多段”、“封闭曲线”、“1次曲线”，选择“文件中的点”；③在弹出窗口中选择上一步生成的坐标文件，点击“OK”，再点击“确定”。至此，一条曲线已成功导入。

导入一条曲线步骤

在本例中，DTU10MW叶片被分为40个有效截面，需要重复步骤①~③ 40次，完成所有截面曲线导入。

导入所有截面曲线

导入曲线完成后，选择“曲面”→“通过曲线组”命令，左键单击曲线1，中键确认选择，再选择曲线2，中键确认，以此完成40条曲线的“点击”和“确认”，即可完成叶片实体建模。

“通过曲线组”命令连接各个曲线，构建三维模型