2024年6月6日发(作者：融清婉)

·工程教育前沿 ·

基于UG的风力机叶片三维建模

陈容满　王　茶　蔡泽昱　罗永新　周文平

（六盘水师范学院 物理与电气工程学院，贵州　六盘水　553000）

摘　要：叶片是风力机中最基础和最关键的部件，会对风力机性能产生重要的影响。本文从叶片各个截面的翼

型出发，采用UG软件对WindPACT1.5MW风力机的叶片进行三维建模。

关键词：风力机；叶片；翼型；UG；三维建模

风力机是以自然风为动力的原动机，其外部结构主要由

叶片、轮毂、机舱和塔架组成。风力机叶片的结构对空气绕

流场及气动载荷具有较大的影响

[1]

。在风力机气动性能及结

构载荷分析过程中，叶片的三维建模是最基础的环节。但

是，叶片的截面形状复杂,特别是在翼展方向还存在扭转角和

渐变的弦长，因此三维建模比较困难。本文将借助UG软件

的实体化曲面处理能力，从叶片各个截面翼型的原始二维坐

标数据出发，构造出叶片截面翼型的样条曲线,然后建立风力

机叶片的三维实体模型。本文的三维建模方法具有高效和准

确的特点，能够为后续风力机气动性能及结构载荷分析提供

基础和指导。

一、1.5MW风力机叶片主要参数

本文对WindPACT 1.5 MW风力机进行三维建模。该风力

机为美国国家可再生能源实验室（NREL）设计的参考风力

机，转子半径为35m。该风力机不同截面高度的扭转角、弦

长、翼型等参数如表1

[2]

。

表1　叶片翼型参数表

Distributed Blade Aerodynamic Properties for the WindPACT 1.5-MW Model

NodeRNodesAeroTwstDRNodesChordAirfoil

(-)(m)(°)(m)(m)(-)

25.0750011.102.216672.269S818_

37.2916711.102.216672.589S818_

49.5083310.412.216672.743S818_

511.725008.382.216672.578S818_

613.941676.352.216672.412S818_

716.158334.332.216672.247S818_

818.375002.852.216672.082S828_

920.591672.222.216671.916S828_

1022.808331.582.216671.751S828_

1125.025000.952.216671.585S828_

1227.241670.532.216671.427S825_

1329.458330.382.216671.278S825_

1431.675000.232.216671.129S826_

1533.891670.082.216670.980S826_

翼型原始数据，右边3列为处理后的三维散点坐标。根据此

方法处理完成后将单个翼型截面数据全部复制到记事本中，

另存为dat文件。

0.2

0.1

0

-0.1

-0.2

00.51

（a）S818

0.2

0.1

0

-0.1

-0.2

00.51

（b）S825

0.2

0.1

0

-0.1

-0.2

00.51

（c）S826

图1　三种翼型图

表2　S818翼型部分处理后的散点坐标

X

1

0.99628

0.985749

0.969733

0.949331

0.925013

…

0.93052

0.961558

0.983734

0.99614

S818

Y

0

0.001172

0.005042

0.011567

0.019933

0.029036

…

0.010291

0.008111

0.004337

0.001111

Z

0

0

0

0

0

0

…

0

0

0

0

XC

2.269

2.26055932

2.236664481

2.200324177

2.154032039

2.098854497

…

2.11134988

2.181775102

2.232092446

2.26024166

2.269

YC

0

0.00265927

0.0114403

0.02624552

0.04522798

0.06588268

…

0.02335028

0.01840386

0.00984065

0.00252086

ZC

5.075

5.075

5.075

5.075

5.075

5.075

…

5.075

5.075

5.075

5.075

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

三、导入UG

二、叶片参数的处理

该风力机采用的翼型有三种，分别为S818，S825，

S826，如图1所示。首先，在EXCEL中对翼型二维数据进

行处理，将各截面高度上翼型的二维散点坐标与弦长C（对

应表1中的第5列的Chord）相乘，转化后对应的散点坐标

为(XC,YC)

[3]

。其次，将散点坐标(XC,YC)进行整理。现以

S818翼型为例，该翼型第一个截面对应的高度ZC为5.075，

见表1第2列RNodes第2行，第二个翼型截面对应的高度ZC为

7.29167。整理后的三维散点坐标如表2所示，表中左边3列为

图2　扭转前 　　　　 图3　扭转后

打开UG，利用“样条”“通过dat文件中的点”命令，将

叶片不同高度截面的三维坐标导入

[4]

，如图2。根据表1中第3

列AeroTwst数据，将S818翼型第一个截面扭转11.1，首先导

【作者简介】　陈容满（1996—），女，本科，研究方向：结冰对风力机气动性能影响。

224

发明与创新

·

工程教育前沿

·

入单个截面后选中截面，右击选择移动对象，然后以Z轴为

旋转轴，即可编辑翼型截面绕前缘点扭转对应的角度，如图

3，依次将每个翼型截面同上步骤导入并且编辑扭转角度，

得到翼型截面曲线三视图，如图4。

四、结束语

本文针对风力机叶片形状复杂、不易建模的特点,从理论

上研究了叶片建模的方法，阐述了建模过程。该建模方法具

有易操作和易实现的特点，为叶片建模提供方便

[6]

，依据坐

标变换原理将翼型的二维平面坐标转换为对应叶片各截面的

空间坐标，通过UG对叶片进行三维实体建模，较为真实地

反映风力机叶片的形状，为风力机叶片的优化、气动性能分

析和结构分析奠定了基础。以便后续利用ANSYS模拟仿真等

技术来对风力机进行分析。为之后的防结冰和除冰提供有力

的数据分析，进一步将风能开发到最优化。

参考文献

[1]　周文平，贺元成.偏航工况下风力机尾流特性分析[J].水

力发电，2018，44（9）：89-92.

[2]　Rinker， Jennifer and Dykes， Katherine. WindPACT

Reference Wind Turbines. Golden， CO： National

Renewable Energy Laboratory. 2018. NREL/TP-5000-

67667. https：///docs/fy18osti/.

[3]　王峥，顾桂梅，汪芳莉.风力机叶片设计和三维实体建模

研究[J].玻璃钢/复合材料，2014（6）：16-19.

[4]　王学永.风力发电机叶片设计及三维建模[D].北京：华北

电力大学，2008：34-36.

[5]　杨涛，李伟，张丹丹.风力机叶片气动外形设计和三位实

体建模研究[J].机械设计与制造，2010（7）：190-191.

[6]　陈严，宋聚众，李德源.风力机叶片三维模型的计算机绘

图法[J].汕头大学学报（自然科学版），2008（4）：47-

51.

图4　翼型截面曲线三视图

下面进行叶片表面三维模型的构造。首先，通过“直

纹”命令将相邻翼型截面连接起来。其次，使用“求和”命

令将其合并为一个整体，最终得到一个完整的叶片，如图

5。再次，选择整个叶片采用“移动对象”命令，将叶片沿

气动中心Y方向线条扭转一定的度数（桨距角）

[5]

。最后，

通过阵列命令得到三个片，如图6。

图5　UG直纹处理后的叶片模型

图6　UG阵列生成的完整叶片三维模型

（上接第93页）

尚，细节中出真情，服务中有温暖，实实在在的让专业课堂

触及护生的灵魂，从而塑造善关怀、强担当、有理论、硬技

术的护理专业人才。

六、结束语

为了达到 总书记提出的“其他各门课程都要守好

一段渠，种好责任田，使各类课程与思想政治理论课程同向

同行，形成协同效应”的期许

[8]

，本课题组积极开展的健康

评估“课程思政”，从单一的专业内容向思政品德、人文素

养等多维度延伸，将社会主义核心价值观渗入至护理专业理

论知识及实践技能中，在教学过程中播撒家国情怀、价值信

仰，使得课堂变得有血有肉、多姿多彩，活跃了课堂氛围，

同时激发护生们学习兴趣和求知欲，有助于护生们形成积极

的专业态度。

参考文献

[1]　中国教育报. 深入推进思政课程与课程思政同向同行

[EB/OL]. （2020-07-02）http：//theory. /2020-

07/02/content_

[2]　李惠玲，莫圆圆，李春会.高级护理实践专业课程思政建

设思考与实践[J].中国护理管理，2020，20（7）：966-

970.

[3]　任柳，沈军，简平等.护理学基础“课程思政”的设计与

实践[J].中华护理教育，2020，12（7）：621-624.

[4]　吴俊晓.协同育人理念下护理专业课程思政建设的探索与

实践[J].卫生职业教育，2020，38（1）：86-88.

[5]　刘成玉.健康评估[M].北京：人民卫生出版社，2018.

[6]　教育部. 教育部关于职业院校专业人才培养方案制订与

实施工作的指导意见[N].中华人民共和国国务院公报，

2019（28）：42-46.

[7]　张晓莉，张岚，储奕，等.“思政元素”融入老年护理课

程的教学探索[J].教育教学论坛，2020，6（24）：41-43.

[8]　韩疏影，张丽，池玉梅等.以思政主题为导向构建分析化

学实验课程体系的探索[J].大学化学，2021，36：1-5.

发明与创新

225

2024年6月6日发(作者：融清婉)

·工程教育前沿 ·

基于UG的风力机叶片三维建模

陈容满　王　茶　蔡泽昱　罗永新　周文平

（六盘水师范学院 物理与电气工程学院，贵州　六盘水　553000）

摘　要：叶片是风力机中最基础和最关键的部件，会对风力机性能产生重要的影响。本文从叶片各个截面的翼

型出发，采用UG软件对WindPACT1.5MW风力机的叶片进行三维建模。

关键词：风力机；叶片；翼型；UG；三维建模

风力机是以自然风为动力的原动机，其外部结构主要由

叶片、轮毂、机舱和塔架组成。风力机叶片的结构对空气绕

流场及气动载荷具有较大的影响

[1]

。在风力机气动性能及结

构载荷分析过程中，叶片的三维建模是最基础的环节。但

是，叶片的截面形状复杂,特别是在翼展方向还存在扭转角和

渐变的弦长，因此三维建模比较困难。本文将借助UG软件

的实体化曲面处理能力，从叶片各个截面翼型的原始二维坐

标数据出发，构造出叶片截面翼型的样条曲线,然后建立风力

机叶片的三维实体模型。本文的三维建模方法具有高效和准

确的特点，能够为后续风力机气动性能及结构载荷分析提供

基础和指导。

一、1.5MW风力机叶片主要参数

本文对WindPACT 1.5 MW风力机进行三维建模。该风力

机为美国国家可再生能源实验室（NREL）设计的参考风力

机，转子半径为35m。该风力机不同截面高度的扭转角、弦

长、翼型等参数如表1

[2]

。

表1　叶片翼型参数表

Distributed Blade Aerodynamic Properties for the WindPACT 1.5-MW Model

NodeRNodesAeroTwstDRNodesChordAirfoil

(-)(m)(°)(m)(m)(-)

25.0750011.102.216672.269S818_

37.2916711.102.216672.589S818_

49.5083310.412.216672.743S818_

511.725008.382.216672.578S818_

613.941676.352.216672.412S818_

716.158334.332.216672.247S818_

818.375002.852.216672.082S828_

920.591672.222.216671.916S828_

1022.808331.582.216671.751S828_

1125.025000.952.216671.585S828_

1227.241670.532.216671.427S825_

1329.458330.382.216671.278S825_

1431.675000.232.216671.129S826_

1533.891670.082.216670.980S826_

翼型原始数据，右边3列为处理后的三维散点坐标。根据此

方法处理完成后将单个翼型截面数据全部复制到记事本中，

另存为dat文件。

0.2

0.1

0

-0.1

-0.2

00.51

（a）S818

0.2

0.1

0

-0.1

-0.2

00.51

（b）S825

0.2

0.1

0

-0.1

-0.2

00.51

（c）S826

图1　三种翼型图

表2　S818翼型部分处理后的散点坐标

X

1

0.99628

0.985749

0.969733

0.949331

0.925013

…

0.93052

0.961558

0.983734

0.99614

S818

Y

0

0.001172

0.005042

0.011567

0.019933

0.029036

…

0.010291

0.008111

0.004337

0.001111

Z

0

0

0

0

0

0

…

0

0

0

0

XC

2.269

2.26055932

2.236664481

2.200324177

2.154032039

2.098854497

…

2.11134988

2.181775102

2.232092446

2.26024166

2.269

YC

0

0.00265927

0.0114403

0.02624552

0.04522798

0.06588268

…

0.02335028

0.01840386

0.00984065

0.00252086

ZC

5.075

5.075

5.075

5.075

5.075

5.075

…

5.075

5.075

5.075

5.075

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

三、导入UG

二、叶片参数的处理

该风力机采用的翼型有三种，分别为S818，S825，

S826，如图1所示。首先，在EXCEL中对翼型二维数据进

行处理，将各截面高度上翼型的二维散点坐标与弦长C（对

应表1中的第5列的Chord）相乘，转化后对应的散点坐标

为(XC,YC)

[3]

。其次，将散点坐标(XC,YC)进行整理。现以

S818翼型为例，该翼型第一个截面对应的高度ZC为5.075，

见表1第2列RNodes第2行，第二个翼型截面对应的高度ZC为

7.29167。整理后的三维散点坐标如表2所示，表中左边3列为

图2　扭转前 　　　　 图3　扭转后

打开UG，利用“样条”“通过dat文件中的点”命令，将

叶片不同高度截面的三维坐标导入

[4]

，如图2。根据表1中第3

列AeroTwst数据，将S818翼型第一个截面扭转11.1，首先导

【作者简介】　陈容满（1996—），女，本科，研究方向：结冰对风力机气动性能影响。

224

发明与创新

·

工程教育前沿

·

入单个截面后选中截面，右击选择移动对象，然后以Z轴为

旋转轴，即可编辑翼型截面绕前缘点扭转对应的角度，如图

3，依次将每个翼型截面同上步骤导入并且编辑扭转角度，

得到翼型截面曲线三视图，如图4。

四、结束语

本文针对风力机叶片形状复杂、不易建模的特点,从理论

上研究了叶片建模的方法，阐述了建模过程。该建模方法具

有易操作和易实现的特点，为叶片建模提供方便

[6]

，依据坐

标变换原理将翼型的二维平面坐标转换为对应叶片各截面的

空间坐标，通过UG对叶片进行三维实体建模，较为真实地

反映风力机叶片的形状，为风力机叶片的优化、气动性能分

析和结构分析奠定了基础。以便后续利用ANSYS模拟仿真等

技术来对风力机进行分析。为之后的防结冰和除冰提供有力

的数据分析，进一步将风能开发到最优化。

参考文献

[1]　周文平，贺元成.偏航工况下风力机尾流特性分析[J].水

力发电，2018，44（9）：89-92.

[2]　Rinker， Jennifer and Dykes， Katherine. WindPACT

Reference Wind Turbines. Golden， CO： National

Renewable Energy Laboratory. 2018. NREL/TP-5000-

67667. https：///docs/fy18osti/.

[3]　王峥，顾桂梅，汪芳莉.风力机叶片设计和三维实体建模

研究[J].玻璃钢/复合材料，2014（6）：16-19.

[4]　王学永.风力发电机叶片设计及三维建模[D].北京：华北

电力大学，2008：34-36.

[5]　杨涛，李伟，张丹丹.风力机叶片气动外形设计和三位实

体建模研究[J].机械设计与制造，2010（7）：190-191.

[6]　陈严，宋聚众，李德源.风力机叶片三维模型的计算机绘

图法[J].汕头大学学报（自然科学版），2008（4）：47-

51.

图4　翼型截面曲线三视图

下面进行叶片表面三维模型的构造。首先，通过“直

纹”命令将相邻翼型截面连接起来。其次，使用“求和”命

令将其合并为一个整体，最终得到一个完整的叶片，如图

5。再次，选择整个叶片采用“移动对象”命令，将叶片沿

气动中心Y方向线条扭转一定的度数（桨距角）

[5]

。最后，

通过阵列命令得到三个片，如图6。

图5　UG直纹处理后的叶片模型

图6　UG阵列生成的完整叶片三维模型

（上接第93页）

尚，细节中出真情，服务中有温暖，实实在在的让专业课堂

触及护生的灵魂，从而塑造善关怀、强担当、有理论、硬技

术的护理专业人才。

六、结束语

为了达到 总书记提出的“其他各门课程都要守好

一段渠，种好责任田，使各类课程与思想政治理论课程同向

同行，形成协同效应”的期许

[8]

，本课题组积极开展的健康

评估“课程思政”，从单一的专业内容向思政品德、人文素

养等多维度延伸，将社会主义核心价值观渗入至护理专业理

论知识及实践技能中，在教学过程中播撒家国情怀、价值信

仰，使得课堂变得有血有肉、多姿多彩，活跃了课堂氛围，

同时激发护生们学习兴趣和求知欲，有助于护生们形成积极

的专业态度。

参考文献

[1]　中国教育报. 深入推进思政课程与课程思政同向同行

[EB/OL]. （2020-07-02）http：//theory. /2020-

07/02/content_

[2]　李惠玲，莫圆圆，李春会.高级护理实践专业课程思政建

设思考与实践[J].中国护理管理，2020，20（7）：966-

970.

[3]　任柳，沈军，简平等.护理学基础“课程思政”的设计与

实践[J].中华护理教育，2020，12（7）：621-624.

[4]　吴俊晓.协同育人理念下护理专业课程思政建设的探索与

实践[J].卫生职业教育，2020，38（1）：86-88.

[5]　刘成玉.健康评估[M].北京：人民卫生出版社，2018.

[6]　教育部. 教育部关于职业院校专业人才培养方案制订与

实施工作的指导意见[N].中华人民共和国国务院公报，

2019（28）：42-46.

[7]　张晓莉，张岚，储奕，等.“思政元素”融入老年护理课

程的教学探索[J].教育教学论坛，2020，6（24）：41-43.

[8]　韩疏影，张丽，池玉梅等.以思政主题为导向构建分析化

学实验课程体系的探索[J].大学化学，2021，36：1-5.

发明与创新

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