风力机翼型参数化方法

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翼型气动力学数值模拟及其优化研究

翼型气动力学数值模拟及其优化研究翼型具有重要的航空工程应用价值，因此对其气动特性进行研究对于提高飞行器的飞行性能具有重要意义。

然而，由于气动力学特性的复杂性，为了深入研究翼型的气动特性，需要采用数值模拟的方法来进行研究。

本文将主要探讨翼型气动力学数值模拟及其优化研究。

一、数值模拟方法翼型气动力学数值模拟的方法主要包括常用的流体力学计算方法，如欧拉方程、纳维-斯托克斯方程等。

其中，基于欧拉方程的方法主要用于稳态流场数值模拟，适用于较小的马赫数；而基于纳维-斯托克斯方程的方法则适用于大马赫数情况下的数值模拟。

目前，常用的翼型气动力学数值模拟软件有 Fluent、OpenFOAM、COMSOL Multiphysics等。

在数值模拟中，通常需要考虑的因素包括翼型几何形状、气动参数、边界条件等。

其中，翼型的几何形状是数值模拟的基础，可以通过CAD软件进行建模，形成所需的三维模型。

气动参数包括大气条件、翼型运动状态等，这些参数将直接影响到数值模拟结果的准确性。

边界条件通常包括翼型的进出气流边界、翼型表面壁面条件、旋流边界等。

二、翼型数值模拟优化研究翼型数值模拟的结果可以为翼型的设计与优化提供参考。

常用的翼型优化方法包括基于遗传算法、神经网络、粒子群算法等的优化方法。

其中，遗传算法具有适应性强、精度高、快速优化的优势，可用于优化翼型的外形、气动特性等方面。

在进行翼型优化的过程中，需要考虑不同的设计变量，如翼型厚度、前缘后掠角、翼型弯曲等。

同时，也需要对不同的目标函数进行权衡，例如减少最大升阻比、增加迎角范围等，以达到最优化设计效果。

在优化过程中，需要不断调整设计变量的范围、评价函数的具体形式，以寻找最优的翼型设计方案。

除此之外，翼型气动力学数值模拟优化研究还可以应用于飞行器的控制与稳定性方面。

例如，通过优化机翼翼型设计和控制参数，可以有效提高飞行器的稳定性和机动性能，具有重要的应用价值。

总之，翼型气动力学数值模拟优化研究在航空工程领域具有重要的应用价值。

风力机专用翼型综合优化设计方法

风力机专用翼型综合优化设计方法陈亚琼;方跃法;郭盛;温如凤【摘要】The wind turbine airfoil aerodynamic and noise performace were considered as optimiza-tion design target at the same time,then a design method was established for multi operating points and targets.Parametric model of airfoil contour was constructed by using Bezier curves,and the gen-eral equtions for control points coordinate were deduced accordingto airfoil discrete data points.Based on semi empirical airfoil noise prediction model the dynamic performance of airfoil was calculated by using XFOIL,then the optimized airfoil was obtained by combining the genetic algorithm.Taking USA NREL wind turbine airfoil S834 as intital airfoil,weight assignment scheme was designed com-prehensively.The results show that comparing to initial airfoil the noise of optimized one is reduced and the lift drag ratios are increased under the main angle range,therefore better aerodynamics and acustic performance are abtained for new airfoil.%为了得到拥有优良气动特性且低噪声水平的风力机专用翼型的轮廓线，提出了翼型多工况点多目标综合优化设计方法。

基于CFD方法的风力机翼型数值模拟

［中图分类号］ＴＫ８３［文献标识码］Ａ［文章编号］１０００．３９８３－（２０１３）０４－００６１－０４
ＷｉｎｄＴｕｒｂｉｎｅＡｉｒｆｏｉｌＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎＣＦＤＬＩＪｕｎ．ＳＯＮＧＷｅｒｄｏｎｇ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００４０，Ｃｈｉｎａ）
大电机技术
６１
基于ＣＦＤ方法的风力机翼型数值模拟
李瑁，宋文龙（东北林业大学机电工程学院，哈尔滨１５００４０）
［摘要】本文基于计算流体力学对风机￥８０９翼型流体动力特性进行了数值模拟，计算了不同湍流模型下压
装机将达到４．５亿千瓦，２０２０年将达到ｌ０亿千瓦【３ｊ。我国风能资源储量丰富。中国气象局第四次全国风能资
源详查与评估显示，我国陆上距地５０ｍ高度达到３级以上风能资源的潜在开发量约２３．８亿千瓦；５－２５ｍ￣深线以内近海区域５０ｍ高度可装机容量约２亿千瓦。风能
ｂａｓｅｄｏｎＣＦＤ．Ｉｔｓｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｅｆ６ｃ－ｉｅｎｔｗｉｔｈｄｉｆｅｒｅｎｔｔｒｂｕｌｅｕｎｃｅｍｏｄｅｌｉｎｇｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃｌａｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔａｌｄａｔａ．ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｅｓｔｈｅｓｉｍｕｌａｉｔｏｎｄａｔａｏｆＣＯＳＳＴｍｏｄｅｌｉｓｍｏｒｅｓｕｉｔａｂｌｅ．Ｔｈｅｐｒｅｓｓｒｅｕｃｏｅｆｉｃｉｅｎｔｗｉｔｈｉｆｅｄｒｅｔｎｉｎｌｅｔｖｅｌｏｃｉｔｙｗａｓｃｏｍｐｒｅａｄ．ｔｈｅｒｅｓｌｔｕｓｓｈｏｗｔｈａｔｉｎｌｅｔｖｅｌｏｃｉｔｙｈａｓｎｏｏｂｖｉｏｕｓｅｆｆｅｃｔｏｎｓｕｒｆａｃｅｐｒｅｓｓｒｅｕｃｏｅｍｃｉｅｎｔ．ＴｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｐｒｏｖｉｄｅｓｎａｅｆｅｃｔｉｖｅＷａｙｔｏｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅａｅｒｏｄｎａｙｍｉｃｃｈｒａａｃｔｅｉｓｒｔｉｃｓｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：、 Ⅳ ｉｌｌｄｔｕｒｂｉｎｅ；ａｉｒｆｏｉｌ；ｎｍｅｕｉｃｒｌａｃｌｃａｕｌａｔｉｏｎ；ＣＦＤ刖吾

风力发电机叶片设计—

风力发电机叶片的设计经济、能源与环境的协调发展是实现国家现代化目标的必要条件。

随着全世界气候变暖与化石能源的不断消耗及其对环境的影响问题，其他能源的开发愈来愈受到重视，如核能、地热能、风能、水能等新能源及生物质能、氢能的二次能源的开发应用也日趋发展起来。

而在这些新兴的能源种类中，核能的核废料处置相当困难，而且其日污染相较火电厂更为严重，同时需要相当周密的监管控制能力以避免其泄露而产生不可估量的破坏，国际上这些例子也是相当多的。

而地热能的开发必将要依赖与高科技，在现今对地热开发利用还不完善的现状下，更是难以做到，而且其开发对地表的影响也相当大。

而风能则作为太阳能的转换形式之一，它是取之不尽、用之不竭的清洁可再生能源，不产生任何有害气体和废料，不污染环境。

海上，陆地可利用开发的可达2×1010kW，远远高于地球水能的利用，风能的发展潜力庞大，前景广漠。

自20世纪70年代中期以来，世界主要发达国家和一些发展中国家都在加紧对风能的开发和利用，减少二氧化碳等温室气体的排放，保护人类赖以生存的地球。

风力发电技术相对太阳能、生物质等可再生能源技术更为方便，本钱更低，对环境破环更小，作为清洁能源的主要利用方式而飞速发展，且日趋规模化。

一、叶片设计的意义在风力发电机中叶片的设计直接影响风能的转换效率，直接影响其年发电量，是风能利用的重要一环。

本文主如果设计气动性能较好的翼型与叶片并进行气动分析。

而翼型作为叶片的气动外形，直接影响叶片对风能的利用率。

此刻翼型的选择有很多种，FFA-W系列翼型的长处是在设计工况下具有较高的升力系数和升阻比，而且在非设计工况下具有良好的失速性能。

叶片的气动设计方式主要有依据贝茨理论的简化设计方式，葛老渥方式与维尔森方式。

简化的设计方式未考虑涡流损失等因素的影响，一般只用于初步的气动方案的设计进程；葛老渥方式则忽略了叶尖损失与升阻比对叶片性能的影响，同时在非设计状态下的气动性能也并未考虑；维尔森方式则较为全面是现今常常利用的叶片气动外形设计方式。

基于SolidEdge的风机叶片参数化建模

基于 Solid Edge的风机叶片参数化建模
蒋宏春华北电力大学保定 071003
文章编号 : 1001 - 0785 (2010) 04 - 0058 - 03
风能是最廉价、最清洁、最有开发价值的新能源 , 风力发电作为电力行业新的方面军 , 具有很大的潜力和很强的生命力 , 将成为未来能源结构中举足轻重的组成部分。而叶片是整个风力发电机的关键部件 , 其性能优劣、设计好坏直接影响配套的齿轮箱和发电机的设计和正常运行。目前 , 我国很多大型风力发电机组仍然依靠进口 , 或者是购买国外许可证 , 按照国外图纸加工生产。而一些大型企业也在开发和生产兆瓦级的风力机叶片 , 其在设计和制造技术上与世界先进叶片制造商的技术水平有一定差距。因此 , 对风力机叶片的设计造型进行研究具有重要的现实意义。
系
X
轴夹角
为
θ i
,
定义新坐标系作为叶素面曲线
生成的坐标系。
(4) Solid Edge 中模型的生成运用 Solid
Edge 的放样拉伸来实现。
参数化建模实现的主要过程和所用的 Solid
Edge的 AP I函数 :
(1) 在 VB1net中对 Solid Edge中相关的类型
< ———入流角 β———攻角 CL ———升力系数 h———周向速度因子 k———轴向速度因子 λ———叶尖速比
2 系统流程
采用 Solid Edge和 VB 进行参数化建模 (见图 1) :
参数计算各个叶素面对应的安装角 , 建立坐标系 ,
新坐标系原点位于 ( 0, 0, ri ) , X 轴与原始坐标
(2) 第 i段各个叶素面 Excel翼型文件编辑根据输入的参数计算各叶素面对应的弦长 , 将翼型文件的数据 X 和 Y 坐标乘以弦长 , Z 坐标赋予 0值。

基于深度学习的翼型参数化建模方法

基于深度学习的翼型参数化建模方法沈剑雄;刘迎圆;王乐勤【期刊名称】《工程设计学报》【年(卷),期】2024(31)3【摘要】为解决现有翼型几何参数化描述方法优化设计效率低、计算工作量大的问题,提出了一种基于深度学习的翼型参数化建模方法。

该方法以伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign,UIUC)翼型数据库中翼型上下表面坐标点转化的翼型二维图像作为输入,首先使用卷积运算提取大量翼型图像的几何特征,然后通过多层感知机对提取的几何特征进行分类和压缩,将翼型形状压缩成若干个简化的拟合参数,最后通过解码器恢复翼型图像并输出翼型上下表面的点坐标。

在此基础上,探讨了拟合参数数量对翼型几何精度的影响,确定了含6个拟合参数的卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)结构,并基于计算流体力学数值仿真验证了所提出方法的拟合精度。

最后,开发了可视化翼型几何设计软件,实现了拟合参数的调整与修正,并分析了各拟合参数对翼型形状的影响规律。

结果表明,6个拟合参数均会对翼型形状产生全局影响,单独或联合调整6个拟合参数可获得新的翼型设计空间。

研究结果可为翼型的优化设计提供技术支持与理论参考。

【总页数】9页(P292-300)【作者】沈剑雄;刘迎圆;王乐勤【作者单位】上海师范大学信息与机电工程学院;浙江大学能源工程学院【正文语种】中文【中图分类】TH122【相关文献】1.基于Bezier曲线的翼型参数化及前尾缘处理方法研究2.基于多项式插值函数的翼型参数化设计方法3.基于进化算法和复合参数化方法的低速翼型优化4.基于CST参数化方法的巡飞弹翼型优化设计5.基于 NACA 翼型参数化方法的气动优化设计因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

风力机翼型的多学科设计优化

第43卷第5期2011年10月南　京　航　空　航　天　大　学　学　报Journal of N anjing U niversity of Aero nautics &Astronautics V ol.43N o.5　O ct.2011风力机翼型的多学科设计优化余　莉　呼政魁　程　涵　明　晓(南京航空航天大学航空宇航学院,南京,210016)摘要:为了解决优化计算和流场分析耦合求解的难题,并实现优化流程的自动化运行,采用多学科优化设计框架软件,针对风力机专用翼型运行工况,对低雷诺数航空翼型N A CA 4412的气动性能进行优化设计。

软件集成了翼型生成、网格划分、流场分析、优化计算4个模块。

其中,流场计算采用N -S 方程求解;优化方法为多岛遗传算法。

优化结果表明,优化后翼型有较高的升力系数和相对大的升阻比,其升阻比提高了15.9%。

该方法可以实现多学科领域的精确分析和整个优化循环过程的自动化运行,也能为其他气动外形的优化设计提供参考。

关键词:翼型;多岛遗传算法;流场计算;优化设计中图分类号:V 211.3;T K 83 文献标识码:A 文章编号:1005-2615(2011)05-0697-04　基金项目:国家重点基础研究发展计划(“九七三”计划)(2007CB 714600)资助项目;江苏高校优势学科建设工程资助项目。

　收稿日期:2010-11-16;修订日期:2011-01-10　通讯作者:余莉,女,教授,1969年11月生,E-mail:y uli -happy @ 。

Multidisciplinary Design Optimization for Wind Turbine AirfoilYu L i ,H u Zhengkui ,Cheng H an ,M ing X iao(Co lleg e of A er ospa ce Eng ineering ,N anjing U niv ersit y o f Aer onautics &A str onautics ,N anjing ,210016,China )Abstract :A framewo rk for multidisciplinary optim ization design is applied to solve the coupling pr oblem of optim ization and flow field analy sis in autom atically.For the operating co nditions of wind turbine air -fo il ,the NACA 4412is chosen as an initial air foil and is o ptimized in flow field w ith low Reyno lds num -bers.There are four modules integ rated into softw are including airfoil generation,m esh div ision,flo w field analy sis and optimizatio n.In the third module,the Nav ier-Stokes(N-S)equation is used.T he opti-mization metho d is a multi -island genetic algor ithm .Results show that an optim ized airfoil has a higherlift coefficient and a 15.9%hig her lift -drag ratio .T his method can be applied in multi -disciplinary accu-rate analysis and realize the o ptimization cycle autom atically,w hich can be w idely used in airfoil opti-mization desig n.Key words :airfoil ;m ulti -island genetic algor ithm ;flow field calculatio n ;optim izatio n design 能源的开发和利用是人类赖以生存与发展的基础,随着经济的快速发展,化石燃料日益枯竭,能源和环境问题日益突出,储量丰富、无污染的可再生新能源——风能逐渐受到人们的青睐。

一种理想风机叶片翼型的设计方法

ｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｌｉｆｔａｎｄｄｒａｇｏｎｔｈｅｂｌａｄｅｂａｃｋａｎｄｂｌａｄｅｂａｓｉｎｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｎｇｌｅｏｆａｔｔａｃｋ．ＢｙｕｓｅｏｆｔｈｅａｉｒｆｏｉｌｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＰｒｏｆｉｌｉｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｉｒｆｏｉｌｉｓａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｄｅｓｉｇｎｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｌａｄｅ；ａｉｒｆｏｉｌｓ；ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
学出版社，２００９．［２］芮晓明，柳亦兵．风力发电机组设计［Ｍ］．北京：机械工业
出版社，２０１０．［３］李德顺，李仁年，杨从新．雷诺数对风力机专用翼型气动
性能影响的研究［Ｊ］．流体机械，２００９，３７（２）：２１－３４．［４］张礼达，任腊春．风力机叶片外形设计及三维实体建模研
图３翼型速度三角形关系图表１叶尖速比与叶片数的匹配关系
叶尖速比
叶片数
叶尖速比
叶片数
１
８～２４
４
３～５
２
６～１２
５～８
２～４
Байду номын сангаас３
３～８
８～１５
１～２
２．３翼型外形参数的确定叶片翼型的外形直接影响气动性能，翼型外形参
· ９３ ·
图３为翼型速度三角形关系图。其中，ｃ为来流风速，它是叶素旋转产生的旋转气流运动与风速合成的实际速度，ｕ、ｖ２分别为ｃ在切向和轴向的分量，αＡ为入流角，ｄＦＬ为升力，ｄＦＤ为阻力。有如下关系：

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ｃｎｒｌａｉｔｓｉｒｖｄｃｎｉｅｉｇｔｅｃａａｔｒｓｉｓｏｎｕｂｎｉｆｉ．ｏｔｏｌｂｌｙｉｍｐｏｅｏｓｄｒｎｈｈｒｃｅｉｔｃｆｗｉｄｔｒｉｅａｒｏｌＡｏｅａａｅｒｃｉｓｎｖｌｐｒｍｔｉｒｐｅｅｔｔｎｍｅｈｄｆｒｗｉｄｔｒｉｅａｒｏｌｓｄｖｌｐｄＦｎｌｅｒｓｎａｉｔｏｏｎｕｂｎｉｆｉｉｅｅｏｅ．ｉａｌｏｓｙ，ｗｉｈｔｅｃｍｐｒｓｎｒｓｌｓｏｈｔｈｏａｉｏｅｕｔｆｅｔｃｍｐｅｅｓｖｎｅａｌｄｒｐｅｅｔｔｎａｉｔｈｗｎｔｒｕｈｆｔｇｔｐｃｌｎｕｂｎｉｆｉ，ｈｏｒｈｎｉｅａｄｄｔｉｅｒｓｎａｉｂｌｙｓｏｈｏｇｉｉｙｉａｅｏｉｔｎｗｉｄｔｒｉｅａｒｏｌｔｅｓ
合对比，证了新方法具备全面细致的表达能力，一步以拟合Ｄ３Ｗ一１验进Ｕ９一２０为标准算例，其他方法进行气动与
特性的吻合表现对比，终验证了新方法的有效性。最
关键词：力机；型；数化；风翼参可控性；义Ｂｚｒ曲线广６ｉｅ中图分类号：Ｇ６２Ｔ６文献标识码：Ａ文章编号：０５２１（０２０ —３１０１０ —６５２１）３００ —６
２ＣｈｎｉｇａｇＷｉｄＰｗｅｏｐＣ．Ｌｔ．，Ｚｏｇｈｎ，５８３．ｉａＭｎｙｎｎｏｒＧｒｕｏｄｈｎｓａ２４７，Ｃｈｎ）ｉａ
Ａｂｔａｔｎｏｄｒｔｅｅｉｎｒｑｉｅｎｆｈｇ — ｅｆｒｎｅｔｉｒｄａｒｏｌｏｎｕｂｎｏｏｓｒｃ：Ｉｒｅｏｍｅｔｄｓｇｅｕｒｍｅｔｏｉｈｐｒｏｍａｃａｌｅｉｆｉｆｒｗｉｄｔｒｉｅｒｔｒｏ
第４４卷第３期
２１０２年６月南京 Nhomakorabea 空航
天
大
学学报
ＶｏＩ４Ｎｏ３ｌ４．Ｊｎｕ．２１０２
ｖｒｉｙｏｆＡｅｏｎｕｔｃｔｏａｔｃＪｕｎｌｆＮａｊｇＵｎｉｅｓｔｒａｉｓ＆Ａｓｒｎｕｉｓｏｒａｎｉｏｎ
ＰａａｅｒｃＲｅｅｅｔｔＯｅｈｄｆｒＷｉｒｉｒｏｌｒｍｔｉｐｒｓｎａｉｎＭｔｏｏｎｄＴｕｂｎｅＡｉｆｉｓ
Ｓｎａｃｅｇ，ｅｉｎｏｇＸｉｎｈｎＣｈｎＪａｇ，ＤｕＧａｇ，ＣａｎｎｎｏＲｅｔｇｉ
ｂａｓ，ａｐｒｍｅｒｃｒｐｅｅａｉｎｍｅｈｏｎｄｔｒｎｉｆｌｓｐｓｐｒｓｎｅ．Ｆｉｓｌｌｄｅａａｔｉｅｒｓｎｔｔｏｔｏｄｆｒｗｉｕｂｉｅａｒｏｉｈａｅｉｅｅｔｄｒｔｙ，ｂａｅｓｄｏｎｃｏｍｐｕａｉａｇｏｔｙｈｏｙ，ａｃａｓｏｆＢ６ｉｒｃｖｓｔｔｏｎｌｅｍｅｒｔｅｒｌｓｚｅｕｒｅｗｉｈｈａｅａａｔｒａｅｅｅｏｅｔｓｐｐｒｍｅｅｒｄｖｌｐｄ．Ｔｈｅｅｓｃｖｓｉｒｌｘｂｅｔｘｐｒｓｅｍｅｒｒｉｅｂｅａｅｔｙｈａｅｇｄｆａｕｅｎｒｎｔｙｐｏｓｓｅｕｒｅｓｍｏｅｆｅｉｌｏｅｅｓｇｏｔｙｐｏｆｌｃｕｓｈｅｖｏｏｅｔｒｓｉｈｅｅｌｓｅｓｄ
ｂｈ６ｉｒｃｒｅｎｈｂｌｙｏｈｐｄｕｔｂｌｙｍａｎａｎｎｈｅｔｒｏｙｏ．ＳｃｎｌｔｅｙｔｅＢｚｅｕｖｓａｄｔｅａｉｔｆａｅａｊｓａｉｔｉｔｉｉｇｔｅｆａｕｅｐｌｇｎｅｏｄｙ，ｈｉｓｉ
（．ｃｏｌｆＪｔＰｏｕｓｏ１Ｓｈｏｅｒｐｌｉｎ，ＢｉｎｉｅｓｔｆＡｅｏａｔｓ＆ＡｓｒｎｕｉｓｏｅｊｇＵｎｖｒｉｙｏｒｎｕｉｉｃｔｏａｔｃ，Ｂｅｌｇ，１０９Ｃｈｎｌｎｉ０１１，ｉａ；
风力机翼型参数化方法
宋显成陈江杜刚曹人靖
（．京航空航天大学能源与动力工程学院，京，０１１．国明阳风电集团有限公司，山，２４７１北北１０９；２中中５８３）
摘要：满足开发高性能风力机专用翼型所需，出一种风力机翼型参数化表达方法。先，于计算几何理论，为提首基开发了一类带形状可调参数的广义ｔｉｒ曲线，曲线不仅保持了Ｂｚｒ曲线良好的特性，且具有维持控制多￣ｚｅ该６ｉｅ而边形不变而实现形状可调的能力，够更灵活地表达几何外形。然后，对风力机翼型特点，此类曲线进行可能针将控性改进，展了一种风力机翼型参数化表迭方法。最后，过表达常用翼型，发通以及同其他表达方法进行外形拟