基于尾缘襟翼的大展弦比风力机桨叶的主动流动控制

发布时间：2020-06-06 13:47

【摘要】：近年来,随着风力机机组日趋大型化,桨叶的尺寸也随之增大。大展弦比风力机桨叶是一个细长的柔性体,在气动弹性耦合下其受力和变形十分复杂。如何通过主动流动控制技术实现风力机桨叶在复杂作用下的减振降载和增加风能捕获量成为了一个关键问题。针对此问题,本论文所做的工作有以下几点:首先,以现行2.5hMW风力机的具体参数为依据,采用Pro/E软件,建立了桨叶的三维实体模型。采用ANSYS Workbench软件对所建立的桨叶模型进行了桨叶的前六阶振动模态分析,得到了桨叶的主要振动形式和相应的振动的固有频率。其次,根据Rayleigh-Ritz法建立了风力机桨叶弹性模型,耦合Theodorsen非定常片条理论建立了桨叶的气动弹性模型。通过拉格朗日方程得到桨叶控制系统的运动微分方程,然后将运动微分方程变换得到其状态空间方程,并间接证明了控制方程的正确性。再次,明确控制系统的控制目标,选择模型预测控制算法作为控制策略。通过MATLAB软件编程,对被控对象仿真分析。分析结果得出:在模型预测控制算法的控制下,分布式尾缘襟翼控制面能有效减小桨叶挥舞和扭转振动,并且在突发扰动情况下能快速回到稳定值;控制桨叶攻角跟踪阶跃和正弦信号,由仿真结果可以看出攻角能够快速精确地跟踪期望输出信号,实现大型风力机桨叶的局部调节,这可以配合变桨距系统提高风能捕获功率。最后,分布式尾缘襟翼控制面具有冗余特性,对单尾缘襟翼控制面出现故障的情况下系统控制目标的故障容忍能力进行了仿真。仿真结果表明:当尾缘襟翼控制面出现故障时,控制系统对减振效果故障容忍能力良好,但会在一定范围内影响控制攻角跟踪;控制面改变的是安装位置处气动特性,减小控制面的安装范围、增多控制面的数量能够提高桨叶的控制精度。
【图文】：

风力机,桨叶,发展趋势

绪论.1 本文研究背景与意义近年来，随着全球气候和传统石化能源的问题日益凸显，风能作为一种无污染的清源，渐渐引起了全球各地的青睐。作为未来能源互联网技术中的重要组成部分，风力必将会有长足发展[1]。风力发电发展十分迅猛，按照能源局发布的可再生能源发展“五”规划，2020 年，风力机装机将达到 2.1 亿千瓦以上。随着风力发电的发展，风力发电机组呈由陆地向海上的发展趋势[2]。这就对风力机功率的要求日益增大，桨叶尺寸也随着增大。图 1-1 为来自欧洲风能协会公布的风力叶尺寸规模发展趋势。风轮直径高达 140m 的 6MW 风力机已于 2010 年研制成功，直径高达 160m 的大型风力机已投入试运行[3]。日趋大型化的桨叶在整个风力机系统本中占据很大的比例。为了减少大展弦比桨叶的重量，风力机桨叶使用轻型复合材料此桨叶一般设计成大展弦比高柔性的特点。大展弦比的桨叶柔性高，在以往直径较小力机桨叶研究中气动弹性效应没有受到重视[4]。

襟翼,控制面,尾缘

同时，许多设计上的限制使装置来结构、增加可维护性等都应该尽桨叶进行有限次数的维护。附加的能力等性能指标之间进行权衡。叶控制技术的启发下，可以移动控乎是可行的。尾缘襟翼通过增加或最大升力、升力曲线斜率和零升力式：连续柔性变形和刚性变形。尾。基于以往的计算和实验结果，，当别为 0.65lC 和 0.14mC[16]。翼，通过实验计算说明襟翼的安装力、失速特性）都有影响。赵万里行数值模拟，同时探讨了襟翼对风
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK83

【参考文献】