风力机叶片气动弹性稳定性的工程应用研究

发布时间：2020-08-12 14:27

【摘要】：叶片的气动弹性稳定性问题是大型水平轴风力机设计的关键。如果叶片发生了不稳定的自激振动,那么对于整个风力机来说都是极其危险的问题之一。本文应用尾流涡旋系统理论设计的650KW水平轴风力机叶片,依据经典的“片条理论”分析了叶片的气动性能。接着从气动力、惯性力和弹性力耦合的角度出发,研究该风力机叶片的气动弹性性能。由于叶片在大型水平轴风力机运行中同时受到了气动力、惯性力和弹性力的作用,所以是风力机受力最为复杂的部件。为了在工程应用中快速方便地处理风力机叶片的气动弹性问题,往往需要把具体的风力机叶片进行适当的简化处理。本文由此目的出发,通过对以往经验的归纳分析,得到在地面固有频率测试时的风力机叶片模型可以简化为以相对半径0.58处截面为特征截面的等截面梁,而实际工况下的风力机叶片模型可以简化为以相对半径0.84处截面为特征截面的等截面梁,进而方便了风力机叶片气动弹性问题的快速工程建模分析。此方法与风力机工程中解决叶片气动弹性问题惯用的建模方法进行了比较,验证其是合理的。其次,应用实际工况下风力机叶片的等截面梁简化模型,利用经典的“片条理论”对650KW水平轴风力机叶片的气弹性能进行分析。由于在风力机工程应用特别是叶片设计中,设计师需要快速方便地判定风力机叶片是否气动弹性稳定。紧接着本文通过推导分析得到水平轴风力机叶片气动弹性稳定判别数S~hy,以方便今后风力机叶片气动弹性稳定问题的判别。然后,对梁截面的二维叶型建立颤振运动微分方程。通过用4阶龙格—库塔数值方法,对影响叶片颤振的结构动力参数进行了分析,得到了初步的规律,可供设计参考。最后应用气动弹性稳定判别数S~hy得到的结论与叶片气动弹性问题数值计算的结果进行了比较,以验证其合理性。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK83

【引证文献】