水平軸風力機葉片動力失速氣彈穩(wěn)定性及響應特性研究.pdf

1、葉片作為風力機系統(tǒng)的重要組成部分，在運行過程由于氣動力、慣性力和彈性力的耦合作用，容易產(chǎn)生動力失速氣彈不穩(wěn)定性問題。葉片動力失速非線性顫振，將會引起很大的動應力，造成葉片疲勞破壞，影響風力機運行安全性和可靠性。因此，風力機的氣彈穩(wěn)定性及響應問題的研究，具有重要的理論價值和工程實際意義。
　　本文基于典型的風力機葉片的2維截面模型和ONERA動力失速氣動模型，建立了水平軸風力機葉片的非線性氣動彈性方程。采用四階龍格-庫塔法求解非線性

2、氣彈方程，得到在不同縮減速度參數(shù)下的葉片擺振-揮舞耦合顫振的時域動態(tài)響應曲線；采用諧波平衡法，建立了水平軸風力機葉片動力失速氣動力的非線性氣彈響應的頻域分析模型，通過非線性方程組的迭代計算，得到葉片擺振-揮舞穩(wěn)態(tài)振動幅值隨無量綱縮減速度參數(shù)的變化曲線；基于經(jīng)典的葉素理論，從葉片截面氣動阻尼現(xiàn)象的基本物理機理出發(fā)，通過對葉片進行模態(tài)分析，導出葉片的模態(tài)氣動阻尼的對數(shù)衰減率δn。從模態(tài)氣彈阻尼的角度對風力機葉片氣動彈性穩(wěn)定性進行分析與判斷，

3、數(shù)值得到葉片擺振模態(tài)和揮舞模態(tài)所對應的氣動阻尼對數(shù)衰減律隨縮減速度參數(shù)的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明：
　　1、來流風速對葉片的穩(wěn)定性有顯著的影響。在來流風速較低時，即風力機處于設(shè)計風速內(nèi)運行時，風力機始終是穩(wěn)定的；當風速達到或者超過風力機的設(shè)計風速時，即達到了臨界顫振速度時，風力機的動穩(wěn)定性會受到破壞，甚至會發(fā)生顫振導致事故的發(fā)生。
　　2、葉片的剛度對葉片的氣動彈性穩(wěn)定性有明顯的影響。葉片的剛度越大，質(zhì)量密度越大，風機系統(tǒng)越穩(wěn)