水平轴风力机叶片弯弯耦合气弹响应分析

发布时间：2021-06-06 23:50

　　为分析风力机叶片的振动行为,采用Hermite梁单元对叶片进行离散。将叶片的振动行为嵌入到气动力的计算中,建立气动弹性耦合的分析模型。将叶片的气动阻尼系数运用到虚功原理推导其气动阻尼矩阵,再与结构阻尼矩阵叠加生成总阻尼矩阵。根据叶片的几何和结构特征,深入分析叶片弯弯耦合产生的原因。得到弹性耦合项和阻尼耦合项,然后建立弯弯耦合动力学方程,采用常加速度假设法求解方程。以NREL 5 MW风力机为例,对其在额定风况下的剪切流进行仿真。结果表明,考虑弯弯耦合计算的叶片振动位移和速率比不考虑弯弯耦合时更大;叶片振动速率相比诱导速度（叶素动量理论）不能被忽略。 

【文章来源】：太阳能学报. 2020,41(05)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

翼型速度示意图

由于叶片具有很大的展弦比，可将叶片视作悬臂梁。采用2节点梁单元对叶片进行有限元离散，并采用Hermite形函数表征单元内部变形。叶片离散简图如图2所示，图中rhub为轮毂半径，Ω为风轮转速，Li,i+1为梁单元长度，其中i代表第i个节点。Hermite形函数通过梁单元2个节点的位移和转角表征单元内部形状，Hermite形函数可表示为：

对于空间梁单元，若梁截面不规则或坐标轴未通过截面对称轴，截面惯性积非零将导致弯弯耦合。对于截面为翼型的风力机叶片，其不规则的几何外形和较大的气动扭角更容易导致叶片的弯弯耦合。本文取任一截面（如图3所示）分析叶片的弹性弯弯耦合。本文取风轮平面内（y方向）和风轮平面外（x方向）2个方向对叶片进行气弹耦合分析。

【参考文献】：
期刊论文
[1]水平轴风力机叶片稳态失速气动阻尼分析[J]. 陈严,王小虎,刘雄,叶枝全,吴涛.  太阳能学报. 2011(09)
[2]水平轴风力机叶片的弯扭耦合气弹稳定性研究[J]. 任勇生,张明辉.  振动与冲击. 2010(07)
[3]水平轴风力机叶片动态响应分析[J]. 刘雄,李钢强,陈严,叶枝全.  机械工程学报. 2010(12)
[4]风力机叶片气动弹性实验研究[J]. 卞于中,周　玉,李学士,崔尔杰,虞心田.  气动实验与测量控制. 1994(03)



本文编号：3215399