一种海上风机叶片的空气动力载荷等效构建方法及装置

技术领域

本申请属于海上风机叶片气动载荷建模技术领域，特别的涉及一种海上风机叶片的空气动力载荷等效构建方法及装置。

背景技术

海上风机叶片是风载荷的主要承受载体，叶片建模的准确性将直接影响空气动力载荷的计算、海上风机功率评估、叶片应力分析以及整机的结构动力响应分析等。为了保障风机叶片具有最优的气动力学性能，风机叶片往往设计成多翼型曲面与扭转角相结合的形式，但正是由于叶片设计的多样性，导致关键气动参数差异性大，这也导致目前获得真实风机叶片的详细几何、材料、升力系数等参数存在困难。

目前海上风机叶片的空气动力载荷计算，多基于对完备理论翼型截面参数及结构特征进行分析以获取不同风速下载荷的演变规律，然而在这种计算方式下，空气动力载荷的获取受到两方面的制约：一是风机叶片实际的翼型参数复杂多样，其叶片详细气动参数不完备，且难以直接获取；二是叶片升阻力系数受表面粗糙度以及涡流发生器等影响，与理论模型存在差异性，进而影响到结果的准确性。

发明内容

本申请为解决上述提到的风机叶片实际的翼型参数复杂多样，其叶片详细气动参数不完备，且难以直接获取；叶片升阻力系数受表面粗糙度以及涡流发生器等影响，与理论模型存在差异性，进而影响到结果的准确性等技术缺陷，提出一种海上风机叶片的空气动力载荷等效构建方法及装置，其技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种海上风机叶片的空气动力载荷等效构建方法，包括：

按照叶片弯曲的延伸方向，对预设的海上风机叶片模型进行切分处理，得到叶片的结构参数；

对与预设攻角范围对应的标准升阻力系数进行扩展处理，得到与全攻角范围对应的初始升阻力系数；

根据叶片的结构参数以及初始诱导因子，构建叶片的载荷参数表达式；

基于叶片的结构参数以及初始诱导因子计算出叶片的损失系数，并根据叶片的损失系数对初始诱导因子进行更新处理，得到目标诱导因子；

根据目标诱导因子、与全攻角范围对应的初始升阻力系数以及叶片的载荷参数表达式，得到叶片的目标载荷参数，并当检测到叶片的目标载荷参数与预设的标准载荷参数之间的相似性超过预设阈值时，根据叶片的载荷参数表达式以及预设的标定载荷参数构建多目标适应度函数；

基于多目标遗传算法对多目标适应度函数进行优化处理，得到目标升阻力系数。

在第一方面的一种可选方案中，叶片的结构参数包括叶素单元的半径长度以及叶片扭角；

根据叶片的结构参数以及初始诱导因子，构建叶片的载荷参数表达式，包括：

根据初始诱导因子、叶素单元的半径长度、预设的来流风速以及预设的旋转角速度，构建风速入流角表达式；

根据风速入流角表达式、叶片扭角以及预设的桨距角，构建叶片攻角表达式；

根据风速入流角表达式、叶片的来流风速以及初始诱导因子，计算出叶片的相对速度表达式；

根据风速入流角表达式、叶片攻角表达式、叶片的相对速度表达式以及叶素单元的半径长度，构建叶片的载荷参数表达式。

在第一方面的又一种可选方案中，基于叶片的结构参数以及初始诱导因子计算出叶片的损失系数，包括：

根据风速入流角表达式、叶素单元的半径长度、预设的叶轮半径以及预设的叶片个数，计算出叶尖损失函数；

根据风速入流角表达式、叶素单元的半径长度、预设的叶片个数以及预设的轮毂半径，计算出轮毂损失系数；

对叶尖损失函数以及轮毂损失系数进行乘积计算，得到叶片的损失系数。

在第一方面的又一种可选方案中，根据叶片的损失系数对初始诱导因子进行更新处理，得到目标诱导因子，包括：

对叶片的载荷参数表达式进行转换处理，得到与初始诱导因子对应的表达式；

对叶片的损失系数以及与初始诱导因子对应的表达式进行合并处理，得到与目标诱导因子对应的表达式，并基于与目标诱导因子对应的表达式确定出目标诱导因子。

在第一方面的又一种可选方案中，根据目标诱导因子、与全攻角范围对应的初始升阻力系数以及叶片的载荷参数表达式，得到叶片的目标载荷参数，包括：

将目标诱导因子、叶素单元的半径长度、预设的来流风速以及预设的旋转角速度代入至风速入流角表达式，计算出风速入流角；

将风速入流角、叶片扭角以及预设的桨距角代入至叶片攻角表达式，计算出叶片攻角；

在与全攻角范围对应的初始升阻力系数中，查找出与叶片攻角对应的初始升阻力系数；

将风速入流角、叶片的来流风速以及目标诱导因子代入至叶片的相对速度表达式，计算出叶片的相对速度；

将风速入流角、与叶片攻角对应的初始升阻力系数以及叶片的相对速度代入至叶片的载荷参数表达式，计算出叶片的目标载荷参数。

在第一方面的又一种可选方案中，在基于多目标遗传算法对多目标适应度函数进行优化处理，得到目标升阻力系数之后，还包括：

将风速入流角、目标升阻力系数以及叶片的相对速度代入至叶片的载荷参数表达式，计算出叶片的等效载荷参数；

当检测到叶片的等效载荷参数与预设的标准载荷参数之间的相似性超过预设阈值时，输出验证成功的提示信息。

第二方面，本申请实施例提供了一种海上风机叶片的空气动力载荷等效构建装置，包括：

参数获取模块，用于按照叶片弯曲的延伸方向，对预设的海上风机叶片模型进行切分处理，得到叶片的结构参数；

系数扩展模块，用于对与预设攻角范围对应的标准升阻力系数进行扩展处理，得到与全攻角范围对应的初始升阻力系数；

参数构建模块，用于根据叶片的结构参数以及初始诱导因子，构建叶片的载荷参数表达式；

目标获取模块，用于基于叶片的结构参数以及初始诱导因子计算出叶片的损失系数，并根据叶片的损失系数对初始诱导因子进行更新处理，得到目标诱导因子；

函数构建模块，用于根据目标诱导因子、与全攻角范围对应的初始升阻力系数以及叶片的载荷参数表达式，得到叶片的目标载荷参数，并当检测到叶片的目标载荷参数与预设的标准载荷参数之间的相似性超过预设阈值时，根据叶片的载荷参数表达式以及预设的标定载荷参数构建多目标适应度函数；

函数优化模块，用于基于多目标遗传算法对多目标适应度函数进行优化处理，得到目标升阻力系数。

在第二方面的一种可选方案中，叶片的结构参数包括叶素单元的半径长度以及叶片扭角；

参数构建模块用于：

根据初始诱导因子、叶素单元的半径长度、预设的来流风速以及预设的旋转角速度，构建风速入流角表达式；

根据风速入流角表达式、叶片扭角以及预设的桨距角，构建叶片攻角表达式；

根据风速入流角表达式、叶片的来流风速以及初始诱导因子，计算出叶片的相对速度表达式；

根据风速入流角表达式、叶片攻角表达式、叶片的相对速度表达式以及叶素单元的半径长度，构建叶片的载荷参数表达式。

在第二方面的又一种可选方案中，目标获取模块用于：

根据风速入流角表达式、叶素单元的半径长度、预设的叶轮半径以及预设的叶片个数，计算出叶尖损失函数；

根据风速入流角表达式、叶素单元的半径长度、预设的叶片个数以及预设的轮毂半径，计算出轮毂损失系数；

对叶尖损失函数以及轮毂损失系数进行乘积计算，得到叶片的损失系数。

在第二方面的又一种可选方案中，目标获取模块还用于：

对叶片的载荷参数表达式进行转换处理，得到与初始诱导因子对应的表达式；

对叶片的损失系数以及与初始诱导因子对应的表达式进行合并处理，得到与目标诱导因子对应的表达式，并基于与目标诱导因子对应的表达式确定出目标诱导因子。

在第二方面的又一种可选方案中，函数构建模块用于：

将目标诱导因子、叶素单元的半径长度、预设的来流风速以及预设的旋转角速度代入至风速入流角表达式，计算出风速入流角；

将风速入流角、叶片扭角以及预设的桨距角代入至叶片攻角表达式，计算出叶片攻角；

在与全攻角范围对应的初始升阻力系数中，查找出与叶片攻角对应的初始升阻力系数；

将风速入流角、叶片的来流风速以及目标诱导因子代入至叶片的相对速度表达式，计算出叶片的相对速度；

将风速入流角、与叶片攻角对应的初始升阻力系数以及叶片的相对速度代入至叶片的载荷参数表达式，计算出叶片的目标载荷参数。

在第二方面的又一种可选方案中，装置还包括：

在基于多目标遗传算法对多目标适应度函数进行优化处理，得到目标升阻力系数之后，将风速入流角、目标升阻力系数以及叶片的相对速度代入至叶片的载荷参数表达式，计算出叶片的等效载荷参数；

当检测到叶片的等效载荷参数与预设的标准载荷参数之间的相似性超过预设阈值时，输出验证成功的提示信息。

第三方面，本申请实施例还提供了一种海上风机叶片的空气动力载荷等效构建装置，包括处理器以及存储器；

处理器与存储器连接；

存储器，用于存储可执行程序代码；

处理器通过读取存储器中存储的可执行程序代码来运行与可执行程序代码对应的程序，以用于实现本申请实施例第一方面或第一方面的任意一种实现方式提供的海上风机叶片的空气动力载荷等效构建方法。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机程序，计算机程序包括程序指令，程序指令当被处理器执行时，可实现本申请实施例第一方面或第一方面的任意一种实现方式提供的海上风机叶片的空气动力载荷等效构建方法。

在本申请实施例中，可在对参数不完备的海上风机叶片进行载荷参数等效时，按照叶片弯曲的延伸方向，对预设的海上风机叶片模型进行切分处理，得到叶片的结构参数；对与预设攻角范围对应的标准升阻力系数进行扩展处理，得到与全攻角范围对应的初始升阻力系数；根据叶片的结构参数以及初始诱导因子，构建叶片的载荷参数表达式；基于叶片的结构参数以及初始诱导因子计算出叶片的损失系数，并根据叶片的损失系数对初始诱导因子进行更新处理，得到目标诱导因子；根据目标诱导因子、与全攻角范围对应的初始升阻力系数以及叶片的载荷参数表达式，得到叶片的目标载荷参数，并当检测到叶片的目标载荷参数与预设的标准载荷参数之间的相似性超过预设阈值时，根据叶片的载荷参数表达式以及预设的标定载荷参数构建多目标适应度函数；基于多目标遗传算法对多目标适应度函数进行优化处理，得到目标升阻力系数。通过获取参数不完备叶片模型的结构参数以及扩展后的初始升阻力系数，为参数不完备叶片模型气动力等效计算提供数据源；并结合多目标遗传算法对构建的多目标适应度函数进行优化处理，保证了参数不完备叶片气动力载荷计算的有效性和准确性，且得到的目标升阻力系数可等效于不同翼型风机叶片的截面气动参数，进而有效简化空气动力载荷计算的复杂度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种海上风机叶片的空气动力载荷等效构建方法的整体流程图；

图2为本申请实施例提供的一种全攻角尺度升力系数的示意图；

图3为本申请实施例提供的一种目标功率与标准功率的对比示意图；

图4为本申请实施例提供的一种目标升力系数与标准升力系数的对比示意图；

图5为本申请实施例提供的一种等效功率与标准功率的对比示意图；

图6为本申请实施例提供的一种等效推力与标准推力的对比示意图；

图7为本申请实施例提供的一种海上风机叶片的空气动力载荷等效构建装置的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的又一种海上风机叶片的空气动力载荷等效构建装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本申请的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本申请也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征A、B、C，另一个实施例包含特征B、D，那么本申请也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。

下面的描述提供了示例，并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或示例进行限制。可以在不脱离本申请内容的范围的情况下，对描述的元素的功能和布置做出改变。各个示例可以适当省略、替代或添加各种过程或组件。例如所描述的方法可以以所描述的顺序不同的顺序来执行，并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外，可以将关于一些示例描述的特征组合到其他示例中。

请参阅图1，图1示出了本申请实施例提供的一种海上风机叶片的空气动力载荷等效构建方法的整体流程图。

如图1所示，该海上风机叶片的空气动力载荷等效构建方法至少可以包括以下步骤：

步骤102、按照叶片弯曲的延伸方向，对预设的海上风机叶片模型进行切分处理，得到叶片的结构参数。

具体地，在对参数不完备的海上风机叶片进行载荷参数等效时，可获取预设的信息参数有限的海上风机叶片三维模型，将该海上风机叶片三维模型作为参数不完备的海上风机叶片，并结合叶片弯曲变形的延伸方向对该海上风机叶片三维模型的叶片进行切分处理，以获取叶片不同叶素单元的分段长度以及叶片不同剖面的截面形状参数，接着可通过对该叶片不同剖面的截面形状参数进行分析，得到不同叶素单元所对应的弦长以及扭角。其中，本申请实施例中所提到的叶片的结构参数可以但不局限于为叶素单元的半径长度、叶片扭角以及叶素单元所对应的弦长，且预设的海上风机叶片模型的类型可以但不局限于为NREL-OC3-5MW，通过按照叶片弯曲变形的延伸方向将NREL-OC3-5MW海上风机叶片模型的叶片平均切分为18段，以获取叶片不同叶素单元的分段长度以及叶片不同剖面的截面形状参数，接着可通过对该叶片不同剖面的截面形状参数进行分析，得到该NREL-OC3-5MW海上风机叶片模型中不同叶素单元所对应的弦长以及扭角。

可以理解的是，对海上风机叶片三维模型进行切分处理为本领域常见的技术手段，再次不过多赘述。

步骤104、对与预设攻角范围对应的标准升阻力系数进行扩展处理，得到与全攻角范围对应的初始升阻力系数。

由于本领域试验阶段风机模型的升阻力系数通常只给定在小攻角（20°）尺度范围内，而在实际过程中海上风机叶片的运行的攻角范围可以达到±180°，基于此，为了得到准确且完备的翼型升阻力系数，可以但不局限于采用AirfoilPrep翼型扩展方法，对与预设攻角范围对应的标准升阻力系数进行扩展处理，以得到全攻角尺度范围内的初始升阻力系数。

具体地，在得到叶片的结构参数之后，可以但不局限于以单一翼型族DU97-W-300海上风机叶片为例，通过试验或是查阅资料的方式获取该单一翼型族DU97-W-300海上风机叶片在预设攻角范围内（可设定为0至20度）所对应的升阻力系数，并采用AirfoilPrep翼型扩展方法，假定翼型全攻角尺度内的气动系数连续，并结合Viterna模型公式对不同攻角范围内的升阻力系数进行缩比、镜像以及线性插值处理，以将0至20度攻角范围内的升阻力系数扩展至-180度至180度的全攻角尺度范围内的升阻力系数，进而保障气动力载荷评估的可行性及有效性，有助于为等效气动力载荷计算提供完备的升阻力系数。

其中，初始升阻力系数具体可以包括与每个攻角所对应的初始升力系数，以及与每个攻角对应的初始阻力系数，且每个攻角的取值范围可为-180度至180度内任意一个度数。换句话说，当确定出处于全攻角尺度范围内的任意一个攻角时，进一步可在与全攻角范围对应的初始升阻力系数中，查找到与攻角所对应的初始升力系数以及初始阻力系数。

此处可参阅图2示出的本申请实施例提供的一种全攻角尺度升力系数的示意图。如图2所示，该全攻角尺度升力系数的示意图中横坐标对应为攻角，纵坐标对应为升力系数，图中所有的圆点可理解为AirfoilPrep中的标准升力系数，图中被所有圆点所覆盖的线段以及显示出的线段可理解为经过AirfoilPrep翼型扩展方法所得到升力系数曲线。可以明显的看出，标准升力系数中的所有圆点基本均坐落在经过AirfoilPrep翼型扩展方法所得到的升力系数曲线上，进而保障了气动力载荷评估的可行性及有效性。

步骤106、根据叶片的结构参数以及初始诱导因子，构建叶片的载荷参数表达式。

需要注意的是，在进行参数不完备叶片等效气动力载荷计算前，要先验证气动力参数完备时空气动力载荷计算的准确性。

具体地，在得到叶片的结构参数之后，可结合入流风与风机叶片的对准角度分析情况，通过叶片的结构参数以及预设的初始诱导因子，构建出叶片的载荷参数表达式，其中，叶片的载荷参数表达式可用于计算出气动力参数完备时所对应的叶片的载荷参数，且该叶片的载荷参数表达式可以但不局限于包括叶片的推力表达式、叶片的扭矩表达式以及叶片的功率表达式。

作为本申请实施例的一种可选，根据叶片的结构参数以及初始诱导因子，构建叶片的载荷参数表达式，包括：

根据初始诱导因子、叶素单元的半径长度、预设的来流风速以及预设的旋转角速度，构建风速入流角表达式；

根据风速入流角表达式、叶片扭角以及预设的桨距角，构建叶片攻角表达式；

根据风速入流角表达式、叶片的来流风速以及初始诱导因子，计算出叶片的相对速度表达式；

根据风速入流角表达式、叶片攻角表达式、叶片的相对速度表达式以及叶素单元的半径长度，构建叶片的载荷参数表达式。

具体地，在得到叶片的结构参数之后，可根据初始诱导因子、叶素单元的半径长度、预设的来流风速以及预设的旋转角速度，构建风速入流角表达式，该风速入流角表达式可以但不局限于表示如下：

上式中，

进一步的，在构建出风速入流角表达式之后，可结合该风速入流角表达式、叶片扭角以及预设的桨距角，构建叶片攻角表达式，该叶片攻角表达式可以但不局限于表示如下：

上式中，

可以理解的是，通过叶片攻角表达式所计算出的叶片攻角，可在上述提到的与全攻角范围对应的初始升阻力系数中，查找到与该叶片攻角所对应的初始升力系数以及初始阻力系数。

进一步的，在构建出风速入流角表达式之后，还可结合风速入流角表达式、叶片的来流风速以及初始诱导因子（包括初始轴向诱导因子

上式中，W可对应为叶片的相对速度，

进一步的，在分别构建出风速入流角表达式、叶片攻角表达式以及叶片的相对速度表达式之后，可根据该风速入流角表达式、叶片攻角表达式、叶片的相对速度表达式、叶素单元的半径长度，以及预设的其他参数，构建出叶片的载荷参数表达式。

具体的，可先根据预设的空气密度、叶片的相对速度表达式以及叶素单元所对应的弦长，构建出如下所示的叶素单元的升阻力表达式：

上式中，L可对应为叶素单元受到的升力，D可对应为叶素单元受到的阻力，

接着，可将上述提到的叶素单元的升力阻力分别沿着叶片轴向以及叶片切向进行分解，以得到如下所示的法向力以及切向力：

上式中，

接着，可结合上述提到的法向力、切向力、叶素单元的升阻力、预设的空气密度、叶片的相对速度表达式、叶素单元所对应的弦长以及风速入流角，构建出如下所示的叶片的载荷参数表达式：

上式中，T可对应为叶片的推力，M可对应为叶片的扭矩，P可对应为叶片的功率表达式；B可理解为对于在半径为

可以理解的是，在本申请实施例中，叶片的载荷参数表达式至少可以包括叶片的推力表达式以及叶片的功率表达式，此处不限定于此。

步骤108、基于叶片的结构参数以及初始诱导因子计算出叶片的损失系数，并根据叶片的损失系数对初始诱导因子进行更新处理，得到目标诱导因子。

由于实际运行中还需要考虑到叶尖与轮毂的损失修正，该叶尖与轮毂的损失会影响到初始诱导因子的准确性，基于此，可结合计算出的叶片的损失系数对初始诱导因子进行更新处理，以得到准确性更高的目标诱导因子。

具体地，在构建出叶片的载荷参数表达式之后，可根据上述提到的风速入流角表达式、叶素单元的半径长度、预设的叶轮半径以及叶轮的叶片个数，构建出叶尖损失系数的表达式，并根据该叶尖损失系数的表达式确定出相应的叶尖损失函数。其中，叶尖损失系数的表达式可以但不局限于表示如下：

进一步的，还可根据上述提到的风速入流角表达式、叶素单元的半径长度、预设的叶片个数以及轮毂半径，构建出轮毂损失系数的表达式，并根据该轮毂损失系数的表达式确定出相应的轮毂损失系数。其中，轮毂损失系数的表达式可以但不局限于表示如下：

进一步的，在分别得到叶尖损失系数以及轮毂损失系数之后，可对该叶尖损失系数以及轮毂损失系数进行乘积计算，以得到叶片的损失系数，该叶片的损失系数可以但不局限于表示如下：

进一步的，在计算出叶片的损失系数之后，考虑风速流经叶尖与轮毂时会有一定的损失，需要结合该叶片的损失系数对初始诱导因子进行合并修正处理，以保障计算的准确性。

具体地，在计算出叶片的损失系数之后，可先基于动量理论和叶素理论，对上述提到的叶片的载荷参数表达式（以叶片的推力表达式以及叶片的扭矩表达式为例）进行联立处理，得到：

经过转换处理得到：

进而可推导出如下的初始诱导因子的表达式（包括初始轴向诱导因子的表达式以及初始切向诱导因子的表达式）：

接着，可结合叶片的损失系数，对上述提到的初始诱导因子的表达式进行合并修正处理，以得到如下所示的与目标诱导因子对应的表达式（包括目标轴向诱导因子的表达式以及目标切向诱导因子的表达式）：

可以理解的是，目标轴向诱导因子的表达式以及目标切向诱导因子的表达式中各个参数在上述提到的多个表达式中已提出，进而可计算出目标轴向诱导因子以及目标切向诱导因子。

步骤110、根据目标诱导因子、与全攻角范围对应的初始升阻力系数以及叶片的载荷参数表达式，得到叶片的目标载荷参数，并当检测到叶片的目标载荷参数与预设的标准载荷参数之间的相似性超过预设阈值时，根据叶片的载荷参数表达式以及预设的标定载荷参数构建多目标适应度函数。

具体地，在计算出准确性更高的目标诱导因子之后，可将该目标诱导因子、叶素单元的半径长度、预设的来流风速以及预设的旋转角速度代入至上述提到的风速入流角表达式中，以计算出准确性更高的风速入流角。

进一步的，在得到风速入流角之后，可将该风速入流角、叶片扭角以及预设的桨距角代入至上述提到的叶片攻角表达式中，以计算出准确性更高的叶片攻角。

可以理解的是，在得到准确性更高的叶片攻角之后，可根据扩展处理后的与全攻角范围对应的初始升阻力系数，查找出与该准确性更高的叶片攻角所对应的初始升阻力系数。

进一步的，在得到叶片攻角之后，可将风速入流角、叶片的来流风速以及目标诱导因子代入至上述提到的叶片的相对速度表达式中，以计算出精确性更高的叶片的相对速度。

进一步的，在分别得到精确性更高的风速入流角、叶片攻角以及叶片的相对速度之后，可将该风速入流角、叶片攻角、叶片的相对速度、叶片的结构参数以及其他预设的参数代入至上述提到的叶片的载荷参数表达式中，以计算出精确性更高的叶片的目标载荷参数。

可以理解的是，不同的预设的来流风速，可对应有不同的叶片的目标载荷参数，基于此，此处叶片的目标载荷参数还可以但不局限于表示为与每个预设的来流风速所分别对应的叶片的目标载荷参数。

进一步的，在得到叶片的目标载荷参数之后，为验证气动力参数完备时空气动力载荷计算的准确性，可计算出该叶片的目标载荷参数与预设的标准载荷参数之间的相似性，并当检测到该叶片的目标载荷参数与预设的标准载荷参数之间的相似性超过预设阈值时，表明该叶片的目标载荷参数的准确性验证成功，进而可根据上述提到的叶片的载荷参数表达式以及预设的标定载荷参数，构建多目标适应度函数。

具体的，可先基于上述提到的叶片的载荷参数表达式：

推导出当来流风速为

接着，根据预设的标定载荷参数（此处以标定功率以及标定推力为例），构建出如下所示的多目标适应度函数的表达式：

可以理解的是，上式中设定来流风速的范围为3至25米每秒。

在计算出该叶片的目标载荷参数与预设的标准载荷参数之间的相似性的过程中，还可参阅图3示出的本申请实施例提供的一种目标功率与标准功率的对比示意图。如图3所示，该目标功率与标准功率的对比示意图中横坐标对应为设定的不同入流风速，纵坐标对应为与每个入流风速所对应的功率；图中实心圆点所构成的曲线为计算出的目标功率，图中空心圆点所构成的曲线为标准功率，可以但不局限于通过计算该与目标功率对应的曲线以及与标准功率对应的曲线之间的相似性，来判断叶片的目标载荷参数与预设的标准载荷参数之间的相似性。

还可以理解的是，当检测到叶片的目标载荷参数与预设的标准载荷参数之间的相似性未超过预设阈值时，表明该叶片的目标载荷参数的准确性验证失败，则可返回至上述步骤102中，获取其他类型的海上风机叶片模型进行切分处理，得到叶片的结构参数，并依次重复执行上述提到的步骤104至步骤110，直至叶片的目标载荷参数与预设的标准载荷参数之间的相似性超过预设阈值。

步骤112、基于多目标遗传算法对多目标适应度函数进行优化处理，得到目标升阻力系数。

具体地，在构建出多目标适应度函数之后，可先采用多目标遗传算法对该多目标适应度函数进行寻优处理，将初始种群

上式中，

接着，可对该经过选择操作处理后的多目标适应度函数进行交叉操作处理，其可以但不局限于表示为：

接着，可对该经过交叉操作处理后的多目标适应度函数进行变异操作处理，其可以但不局限于表示为：

接着，可对该经过变异操作处理后的多目标适应度函数进行进化迭代100次，以获取最终的目标升阻力系数。其中，该目标升阻力系数可包括目标升力系数

此处可参阅图4示出的本申请实施例提供的一种目标升力系数与标准升力系数的对比示意图。如图4所示，该目标升力系数与标准升力系数的对比示意图的横坐标为全攻角范围，纵坐标为与全攻角范围内每个攻角对应的升力系数，其中，所有三角形对应的曲线对应为单一翼型的目标升力系数在全攻角范围内的曲线，所有圆形对应曲线对应为标准DU97-W-300翼型的标准升力系数在全攻角范围内的曲线，可以明显的看出，优化得到的可等效整个叶片翼型族气动参数的单一翼型升力系数保持着与标准DU97-W-300翼型同样的演化趋势，同时存在局部攻角的升力系数的增强趋势。

作为本申请实施例的又一种可选，在基于多目标遗传算法对多目标适应度函数进行优化处理，得到目标升阻力系数之后，还包括：

将风速入流角、目标升阻力系数以及叶片的相对速度代入至叶片的载荷参数表达式，计算出叶片的等效载荷参数；

当检测到叶片的等效载荷参数与预设的标准载荷参数之间的相似性超过预设阈值时，输出验证成功的提示信息。

为了验证本申请所提出的海上风机叶片的空气动力载荷等效构建方法的准确性，可将得到的目标升阻力系数、风速入流角以及叶片的相对速度代入至上述提到的叶片的载荷参数表达式，结合目标诱导因子计算出叶片的等效载荷参数，并可判断该叶片的等效载荷参数与上述提到的预设的标准载荷参数之间的相似性是否超过预设阈值。可以理解的是，当检测到叶片的等效载荷参数与预设的标准载荷参数之间的相似性超过预设阈值时，表明本申请所提出的海上风机叶片的空气动力载荷等效构建方法是准确的，进而可输出验证成功的提示信息，并对相应的目标升阻力系数以及目标诱导因子进行保存处理。

此处还可参阅图5示出的本申请实施例提供的一种等效功率与标准功率的对比示意图以及图6示出的本申请实施例提供的一种等效推力与标准推力的对比示意图。其中，图5中所有星形所构成的曲线为等效功率对应的曲线，所有三角形所构成的曲线为标准功率对应的曲线；图6中所有星形所构成的曲线为等效推力对应的曲线，所有三角形所构成的曲线为标准推力对应的曲线。结合图5以及图6可以看出，在风机运行额定风速范围内计算得到的等效载荷（功率、推力）与标准功率、推力具有良好的吻合性，验证了参数不完备海上风机叶片气动载荷等效构建方法的准确性和有效性。

在本申请实施例中，提出单一翼型升阻力系数等效整个翼型族不同翼型截面气动参数的最优置换方法，避免了空气动力载荷计算时翼型族参数复杂带来的参数获取困难和冗杂性问题，有效简化了空气动力载荷计算的复杂度。

请参阅图7，图7示出了本申请实施例提供的一种海上风机叶片的空气动力载荷等效构建装置的结构示意图。

如图7所示，该海上风机叶片的空气动力载荷等效构建装置至少可以包括参数获取模块701、系数扩展模块702、参数构建模块703、目标获取模块704、函数构建模块705以及函数优化模块706，其中：

参数获取模块701，用于按照叶片弯曲的延伸方向，对预设的海上风机叶片模型进行切分处理，得到叶片的结构参数；

系数扩展模块702，用于对与预设攻角范围对应的标准升阻力系数进行扩展处理，得到与全攻角范围对应的初始升阻力系数；

参数构建模块703，用于根据叶片的结构参数以及初始诱导因子，构建叶片的载荷参数表达式；

目标获取模块704，用于基于叶片的结构参数以及初始诱导因子计算出叶片的损失系数，并根据叶片的损失系数对初始诱导因子进行更新处理，得到目标诱导因子；

函数构建模块705，用于根据目标诱导因子、与全攻角范围对应的初始升阻力系数以及叶片的载荷参数表达式，得到叶片的目标载荷参数，并当检测到叶片的目标载荷参数与预设的标准载荷参数之间的相似性超过预设阈值时，根据叶片的载荷参数表达式以及预设的标定载荷参数构建多目标适应度函数；

函数优化模块706，用于基于多目标遗传算法对多目标适应度函数进行优化处理，得到目标升阻力系数。

在一些可能的实施例中，叶片的结构参数包括叶素单元的半径长度以及叶片扭角；

参数构建模块用于：

根据初始诱导因子、叶素单元的半径长度、预设的来流风速以及预设的旋转角速度，构建风速入流角表达式；

根据风速入流角表达式、叶片扭角以及预设的桨距角，构建叶片攻角表达式；

根据风速入流角表达式、叶片的来流风速以及初始诱导因子，计算出叶片的相对速度表达式；

根据风速入流角表达式、叶片攻角表达式、叶片的相对速度表达式以及叶素单元的半径长度，构建叶片的载荷参数表达式。

在一些可能的实施例中，目标获取模块用于：

根据风速入流角表达式、叶素单元的半径长度、预设的叶轮半径以及预设的叶片个数，计算出叶尖损失函数；

根据风速入流角表达式、叶素单元的半径长度、预设的叶片个数以及预设的轮毂半径，计算出轮毂损失系数；

对叶尖损失函数以及轮毂损失系数进行乘积计算，得到叶片的损失系数。

在一些可能的实施例中，目标获取模块还用于：

对叶片的载荷参数表达式进行转换处理，得到与初始诱导因子对应的表达式；

对叶片的损失系数以及与初始诱导因子对应的表达式进行合并处理，得到与目标诱导因子对应的表达式，并基于与目标诱导因子对应的表达式确定出目标诱导因子。

在一些可能的实施例中，函数构建模块用于：

将目标诱导因子、叶素单元的半径长度、预设的来流风速以及预设的旋转角速度代入至风速入流角表达式，计算出风速入流角；

将风速入流角、叶片扭角以及预设的桨距角代入至叶片攻角表达式，计算出叶片攻角；

在与全攻角范围对应的初始升阻力系数中，查找出与叶片攻角对应的初始升阻力系数；

将风速入流角、叶片的来流风速以及目标诱导因子代入至叶片的相对速度表达式，计算出叶片的相对速度；

将风速入流角、与叶片攻角对应的初始升阻力系数以及叶片的相对速度代入至叶片的载荷参数表达式，计算出叶片的目标载荷参数。

在一些可能的实施例中，装置还包括：

在基于多目标遗传算法对多目标适应度函数进行优化处理，得到目标升阻力系数之后，将风速入流角、目标升阻力系数以及叶片的相对速度代入至叶片的载荷参数表达式，计算出叶片的等效载荷参数；

当检测到叶片的等效载荷参数与预设的标准载荷参数之间的相似性超过预设阈值时，输出验证成功的提示信息。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请实施例的技术方案可借助软件和/或硬件来实现。本说明书中的“单元”和“模块”是指能够独立完成或与其他部件配合完成特定功能的软件和/或硬件，其中硬件例如可以是现场可编程门阵列（Field－ProgrammableGate Array，FPGA）、集成电路（Integrated Circuit，IC）等。

请参阅图8，图8示出了本申请实施例提供的又一种海上风机叶片的空气动力载荷等效构建装置的结构示意图。

如图8所示，该海上风机叶片的空气动力载荷等效构建装置800可以包括至少一个处理器801、至少一个网络接口804、用户接口803、存储器805以及至少一个通信总线802。

其中，通信总线802可用于实现上述各个组件的连接通信。

其中，用户接口803可以包括按键，可选用户接口还可以包括标准的有线接口、无线接口。

其中，网络接口804可以但不局限于包括蓝牙模块、NFC模块、Wi-Fi模块等。

其中，处理器801可以包括一个或者多个处理核心。处理器801利用各种接口和线路连接海上风机叶片的空气动力载荷等效构建装置800内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器805内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器805内的数据，执行路由海上风机叶片的空气动力载荷等效构建装置800的各种功能和处理数据。可选的，处理器801可以采用DSP、FPGA、PLA中的至少一种硬件形式来实现。处理器801可集成CPU、GPU和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，CPU主要处理操作系统、用户界面和应用程序等；GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制；调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到处理器801中，单独通过一块芯片进行实现。

其中，存储器805可以包括RAM，也可以包括ROM。可选的，该存储器805包括非瞬时性计算机可读介质。存储器805可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器805可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于至少一个功能的指令（比如触控功能、声音播放功能、图像播放功能等）、用于实现上述各个方法实施例的指令等；存储数据区可存储上面各个方法实施例中涉及到的数据等。存储器805可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器801的存储装置。如图8所示，作为一种计算机存储介质的存储器805中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及海上风机叶片的空气动力载荷等效构建应用程序。

具体地，处理器801可以用于调用存储器805中存储的海上风机叶片的空气动力载荷等效构建应用程序，并具体执行以下操作：

按照叶片弯曲的延伸方向，对预设的海上风机叶片模型进行切分处理，得到叶片的结构参数；

对与预设攻角范围对应的标准升阻力系数进行扩展处理，得到与全攻角范围对应的初始升阻力系数；

根据叶片的结构参数以及初始诱导因子，构建叶片的载荷参数表达式；

基于叶片的结构参数以及初始诱导因子计算出叶片的损失系数，并根据叶片的损失系数对初始诱导因子进行更新处理，得到目标诱导因子；

根据目标诱导因子、与全攻角范围对应的初始升阻力系数以及叶片的载荷参数表达式，得到叶片的目标载荷参数，并当检测到叶片的目标载荷参数与预设的标准载荷参数之间的相似性超过预设阈值时，根据叶片的载荷参数表达式以及预设的标定载荷参数构建多目标适应度函数；

基于多目标遗传算法对多目标适应度函数进行优化处理，得到目标升阻力系数。

在一些可能的实施例中，叶片的结构参数包括叶素单元的半径长度以及叶片扭角；

根据叶片的结构参数以及初始诱导因子，构建叶片的载荷参数表达式，包括：

根据初始诱导因子、叶素单元的半径长度、预设的来流风速以及预设的旋转角速度，构建风速入流角表达式；

根据风速入流角表达式、叶片扭角以及预设的桨距角，构建叶片攻角表达式；

根据风速入流角表达式、叶片的来流风速以及初始诱导因子，计算出叶片的相对速度表达式；

根据风速入流角表达式、叶片攻角表达式、叶片的相对速度表达式以及叶素单元的半径长度，构建叶片的载荷参数表达式。

在一些可能的实施例中，基于叶片的结构参数以及初始诱导因子计算出叶片的损失系数，包括：

根据风速入流角表达式、叶素单元的半径长度、预设的叶轮半径以及预设的叶片个数，计算出叶尖损失函数；

根据风速入流角表达式、叶素单元的半径长度、预设的叶片个数以及预设的轮毂半径，计算出轮毂损失系数；

对叶尖损失函数以及轮毂损失系数进行乘积计算，得到叶片的损失系数。

在一些可能的实施例中，根据叶片的损失系数对初始诱导因子进行更新处理，得到目标诱导因子，包括：

对叶片的载荷参数表达式进行转换处理，得到与初始诱导因子对应的表达式；

对叶片的损失系数以及与初始诱导因子对应的表达式进行合并处理，得到与目标诱导因子对应的表达式，并基于与目标诱导因子对应的表达式确定出目标诱导因子。

在一些可能的实施例中，根据目标诱导因子、与全攻角范围对应的初始升阻力系数以及叶片的载荷参数表达式，得到叶片的目标载荷参数，包括：

将目标诱导因子、叶素单元的半径长度、预设的来流风速以及预设的旋转角速度代入至风速入流角表达式，计算出风速入流角；

将风速入流角、叶片扭角以及预设的桨距角代入至叶片攻角表达式，计算出叶片攻角；

在与全攻角范围对应的初始升阻力系数中，查找出与叶片攻角对应的初始升阻力系数；

将风速入流角、叶片的来流风速以及目标诱导因子代入至叶片的相对速度表达式，计算出叶片的相对速度；

将风速入流角、与叶片攻角对应的初始升阻力系数以及叶片的相对速度代入至叶片的载荷参数表达式，计算出叶片的目标载荷参数。

在一些可能的实施例中，在基于多目标遗传算法对多目标适应度函数进行优化处理，得到目标升阻力系数之后，还包括：

将风速入流角、目标升阻力系数以及叶片的相对速度代入至叶片的载荷参数表达式，计算出叶片的等效载荷参数；

当检测到叶片的等效载荷参数与预设的标准载荷参数之间的相似性超过预设阈值时，输出验证成功的提示信息。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。其中，计算机可读存储介质可以包括但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、DVD、CD-ROM、微型驱动器以及磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、闪速存储器设备、磁卡或光卡、纳米系统（包括分子存储器IC），或适合于存储指令和/或数据的任何类型的媒介或设备。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可为个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器（Read-Only Memory， ROM）、随机存取存储器（RandomAccess Memory，RAM）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通进程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器（Read-Only Memory， ROM）、随机存取器（Random AccessMemory，RAM）、磁盘或光盘等。

以上者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。