基于立軸風(fēng)力機(jī)葉片的氣動(dòng)彈性分析.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和科技的進(jìn)步，能源危機(jī)的陰影正日益困擾著人類的生產(chǎn)和生活，并已在全球范圍內(nèi)造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)環(huán)境惡化等問(wèn)題。作為一種重要的可再生能源，風(fēng)能的開(kāi)發(fā)和利用在新能源研究中一直被廣泛關(guān)注。經(jīng)過(guò)多年的不懈努力，我國(guó)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研制有了很大的進(jìn)步，但仍將需較長(zhǎng)時(shí)間的不斷探索。
　　作為風(fēng)力機(jī)重要的組成部分，葉片是受力最為復(fù)雜、最為難以設(shè)計(jì)的風(fēng)力機(jī)構(gòu)件。作為彈性體，葉片在氣流作用下可能產(chǎn)生變形或運(yùn)動(dòng)，而葉片的變形

2、或運(yùn)動(dòng)反過(guò)來(lái)又影響氣動(dòng)力的大小，從而改變氣流對(duì)葉片表面的載荷大小和分布。這樣結(jié)構(gòu)在氣動(dòng)力、慣性力和彈性力耦合作用下可能變成不穩(wěn)定，以致于影響風(fēng)力機(jī)的正常工作，甚至?xí)斐刹考罢麢C(jī)損壞的嚴(yán)重后果。因此，風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)彈性問(wèn)題是關(guān)系到風(fēng)力機(jī)正常運(yùn)行安全性和可靠性的重要問(wèn)題。
　　本文運(yùn)用空間梁?jiǎn)卧碚摻⑵鹆⑤S風(fēng)力機(jī)的有限元模型，考慮葉片所受到的非定常氣動(dòng)力和力矩，從而建立起整個(gè)風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)彈性方程。利用振動(dòng)力學(xué)的基本理論，得到 Theo

3、dorsen非定常氣動(dòng)力計(jì)算模型基于 ANSYS軟件中的單元Matrix27的一種實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)參數(shù)化語(yǔ)言 APDL實(shí)現(xiàn)對(duì)不可壓縮流中簡(jiǎn)單懸臂梁模型的氣動(dòng)彈性分析，并與該模型在MSC.FlightLoads軟件中的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證該方法的合理性。最后，以1MW立軸風(fēng)力機(jī)為例來(lái)進(jìn)行氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性分析，分析得到該結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，然后跟蹤該結(jié)構(gòu)的參與模態(tài)隨著轉(zhuǎn)速增加的變化情況，并作出結(jié)構(gòu)參與模態(tài)的復(fù)特征值隨轉(zhuǎn)速變化的曲線圖。依據(jù)氣