水平軸風(fēng)力機(jī)葉片動(dòng)力失速氣彈穩(wěn)定性及響應(yīng)特性研究.pdf

1、葉片作為風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，在運(yùn)行過(guò)程由于氣動(dòng)力、慣性力和彈性力的耦合作用，容易產(chǎn)生動(dòng)力失速氣彈不穩(wěn)定性問(wèn)題。葉片動(dòng)力失速非線性顫振，將會(huì)引起很大的動(dòng)應(yīng)力，造成葉片疲勞破壞，影響風(fēng)力機(jī)運(yùn)行安全性和可靠性。因此，風(fēng)力機(jī)的氣彈穩(wěn)定性及響應(yīng)問(wèn)題的研究，具有重要的理論價(jià)值和工程實(shí)際意義。
　　本文基于典型的風(fēng)力機(jī)葉片的2維截面模型和ONERA動(dòng)力失速氣動(dòng)模型，建立了水平軸風(fēng)力機(jī)葉片的非線性氣動(dòng)彈性方程。采用四階龍格-庫(kù)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(shí)域動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線；采用諧波平衡法，建立了水平軸風(fēng)力機(jī)葉片動(dòng)力失速氣動(dòng)力的非線性氣彈響應(yīng)的頻域分析模型，通過(guò)非線性方程組的迭代計(jì)算，得到葉片擺振-揮舞穩(wěn)態(tài)振動(dòng)幅值隨無(wú)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(dòng)阻尼現(xiàn)象的基本物理機(jī)理出發(fā)，通過(guò)對(duì)葉片進(jìn)行模態(tài)分析，導(dǎo)出葉片的模態(tài)氣動(dòng)阻尼的對(duì)數(shù)衰減率δn。從模態(tài)氣彈阻尼的角度對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性進(jìn)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(duì)應(yīng)的氣動(dòng)阻尼對(duì)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(lái)流風(fēng)速對(duì)葉片的穩(wěn)定性有顯著的影響。在來(lái)流風(fēng)速較低時(shí)，即風(fēng)力機(jī)處于設(shè)計(jì)風(fēng)速內(nèi)運(yùn)行時(shí)，風(fēng)力機(jī)始終是穩(wěn)定的；當(dāng)風(fēng)速達(dá)到或者超過(guò)風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)風(fēng)速時(shí)，即達(dá)到了臨界顫振速度時(shí)，風(fēng)力機(jī)的動(dòng)穩(wěn)定性會(huì)受到破壞，甚至?xí)l(fā)生顫振導(dǎo)致事故的發(fā)生。
　　2、葉片的剛度對(duì)葉片的氣動(dòng)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(fēng)機(jī)系統(tǒng)越穩(wěn)