1.一种大攻角范围条件下垂直轴风力机翼型设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.基于类函数与B样条结合的翼型气动外形参数化表达方法构建翼型的上翼面和下翼面参数化表达式，

所述上翼面和下翼面参数化表达式为：2

其中，C(x/c)为类函数；Su(x/c)为形状函数；xyTE/c为后缘厚度项；yTEu为翼型上翼面后缘纵坐标，yTEl为翼型下翼面后缘纵坐标；c为弦长；x/c为翼型x坐标的相对长度；

S2.确定目标函数

5

在设计雷诺数为Re＝2.7×10 ，马赫数Ma＝0.15的条件下，以翼型各攻角下切向力系数之和作为优化的目标函数，切向力系数和优化目标函数的表达式如下：式中：αi为翼型攻角； 分别翼型在攻角αi的升力系数和阻力系数；

S3.设计变量

分别选取B样条曲线上下翼面控制参数P0、P1、P2、P3为优化设计变量，为了较好的控制翼型尾缘形状，设置钝尾缘优化设计变量P4，由于本发明中翼型气动外形参数表达式分别拟合初始翼型的上下翼面，因此上下翼面上对应参数横坐标相同，纵坐标不同，故设计变量个数为10,设计变量的控制范围如表1所示，X＝(Pu0,Pu1,Pu2,Pu3,Pu4,Pl0,Pl1,Pl2,Pl3,Pl4)表1设计变量控制范围

其中Pu0、Pu1、Pu2、Pu3、Pu4为上翼面对应控制参数中纵坐标；Pl0、Pl1、Pl2、Pl3、Pl4为下翼面对应控制参数中纵坐标；

S4.约束条件

为了使翼型廓线在可控制的范围内变化，将B样条曲线的控制参数进行如下约束：翼型相对厚度对翼型结构特性和气动特性有至关重要的影响，翼型相对厚度约束范围为：

0.145≤t≤0.155

翼型最大相对厚度所处的弦向位置约束条件为：

0.12≤Lmax≤0.24翼型弯度约束条件为：

0％≤cam≤6％

S5.输出结果

采用多目标粒子群优化程序进行求解，将该粒子群算法与RFOIL翼型分析软件耦合求解计算翼型气动性能，对风力机翼型进行型线优化设计；

S6.优化前后的翼型建立风力机流体模型；

S7.翼型优化前后风力机性能进行对比。

2.根据权利要求1所述的一种大攻角范围条件下垂直轴风力机翼型设计方法，其特征在于：所述步骤S1中，类函数的表达式为：式中N1、N2分别取值为0.5、0.1；形状函数采用三次B样条曲线，其矩阵形式可表示为：其中，其中，t为B样条曲线上横坐标，P0、P1、P2、P3、P4为控制点，联立类函数和形状函数表达式，通过最小二乘法拟合NACA0015翼型，确定初始翼型优化系数。

3.根据权利要求1所述的一种大攻角范围条件下垂直轴风力机翼型设计方法，其特征在于，所述步骤S5中，包括如下子步骤：S51：采用粒子群算法进行气动特性翼型优化，初始化步骤S4中的变量；

S52：将初始化的变量导入翼型参数化集成表达式中，形成初始翼型集，并采用约束条件过滤掉不符合翼型特性的几何廓线；

S53：判断初始翼型集中的元素是否为翼型；

若是，则执行下述步骤S54；

若否，则回转执行上述步骤S51；

S54：通过步骤S2中得到的目标函数，通过目标函数表达式计算翼型适应度值，该适应度值要求具有高的气动特性；

S55：根据适应度值更新初始翼型集中个体最优和全局最优解；

S56：判断是否满足终止条件；

若否，则进行粒子群算参数自适应调整，并回转执行上述步骤S52；

若是，则输出新翼型。

4.根据权利要求3所述的一种大攻角范围条件下垂直轴风力机翼型设计方法，其特征在于:所述步骤S5中，选取不同攻角范围对翼型气动外形进行优化，选取最优翼型作为本发明翼型的最终优化结果，利用RFOIL翼型气动性能预测工具计算翼型的气动特性，MATLAB软件编译翼型优化程序，并调用RFOIL计算翼型气动特性，实现优化程序的自动化运行，翼型5

优化设计雷诺数为2.7×10，马赫数为0.15，设置粒子群算法最大迭代次数为300。

5.根据权利要求1所述的一种大攻角范围条件下垂直轴风力机翼型设计方法，其特征在于，所述步骤S6中，包括如下子步骤：S61.CFD模型建立，参照McLaren风洞实验的实验模型建立H‑VAWT二维数模型；风力机计算域模型分为旋转区域和固定区域，旋转区域与固定区域之间的界面为交界面，此界面在数值模拟过程中作为旋转区域与固定区域之间数据传递的桥梁；

S62.网格划分，采用结构化网格对H‑VAWT进行网格划分，固定区域与旋转区域之间的交界面的节点网格增长率设为1.05，翼型近壁面处网格增长率为1.05，网格大小为50万，通过网格无关解研究，满足计算精度要求；

S63.湍流模型与求解器设置，选择剪切应力传输k‑ω模型选择来模拟湍流，选择压力基求解器，采用SIMPLE算法，离散格式为二阶迎风；

S64.设置计算模型边界条件，将沿固定区域和旋转区域长度方向设为速度入口,来流风速大小为10m/s，方向从左到右，湍流强度为1％，垂直于速度放入口方向的边设为压力出口，旋转区域与固定区域设置为交界面，便于数值模拟时旋转区域与固定区域之间的数据传递，翼型边界设置为移动壁面。

6.根据权利要求1所述的一种大攻角范围条件下垂直轴风力机翼型设计方法，其特征在于，所述步骤S7中，所述风力机性能对比包括不同叶尖速比下H‑VAWT平均功对比率和力矩系数对比。