大型水平軸風(fēng)力機(jī)葉片動(dòng)力響應(yīng)研究.pdf

1、風(fēng)力機(jī)葉片是風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)的主要受載部件,隨著葉片的大型化及柔性化,其非定常氣動(dòng)特性逐漸突顯出來(lái),葉片的變形也更為復(fù)雜,同時(shí)較大的葉片變形甚至?xí)绊懙饺~片的氣動(dòng)特性。如何精確計(jì)算風(fēng)力機(jī)葉片的動(dòng)力響應(yīng),對(duì)葉片后續(xù)設(shè)計(jì)和分析具有重要的工程實(shí)際意義。本文依托廣東省自然科學(xué)基金“大型風(fēng)力機(jī)柔性葉片的氣動(dòng)彈性問(wèn)題研究”,以5MW水平風(fēng)力機(jī)為對(duì)象,結(jié)合非定常氣動(dòng)理論及Timoshenko梁理論,計(jì)算了大型風(fēng)力機(jī)葉片的動(dòng)力響應(yīng)。
　　在氣動(dòng)載荷方面

2、的計(jì)算首先采用了較為精確的片條理論,考慮了風(fēng)輪主軸仰角、葉片揮舞方向的傾角和風(fēng)剪切作用。并進(jìn)行了葉柵效應(yīng)修正、葉尖損失修正、Glauert修正,隨后,在平衡尾流的基礎(chǔ)上分別考慮了動(dòng)態(tài)入流和動(dòng)態(tài)失速模型,計(jì)算得到了非定常氣動(dòng)誘導(dǎo)因子。
　　將風(fēng)力機(jī)葉片視為懸臂梁,分別引入了三種Timoshenko梁模型來(lái)描述風(fēng)力機(jī)葉片的變形特征,并對(duì)Timoshenko梁退化為Euler-Bernoulli梁的情況作了詳細(xì)的闡述,推導(dǎo)出了各種梁模型

3、下的風(fēng)力機(jī)葉片單元的等效剛度矩陣、等效質(zhì)量矩陣以及等效節(jié)點(diǎn)載荷的具體形式或表達(dá)式。
　　在風(fēng)力機(jī)葉片截面坐標(biāo)系中,分別計(jì)算了平衡尾流、動(dòng)態(tài)入流、動(dòng)態(tài)失速三種氣動(dòng)模型下的氣動(dòng)載荷。并對(duì)三種模型情況下計(jì)算的載荷進(jìn)行了對(duì)比,分析了三種氣動(dòng)模型對(duì)氣動(dòng)載荷計(jì)算的影響。
　　對(duì)所得單元等效剛度矩陣、單元等效質(zhì)量矩陣以及單元載荷向量進(jìn)行組集,得到最后的風(fēng)力機(jī)葉片總體剛度矩陣、總體質(zhì)量矩陣、總體等效載荷向量。隨后,采用Rayleigh阻尼計(jì)

4、算方法得到總體阻尼矩陣,并組建結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程,運(yùn)用Newmark法對(duì)在不同的氣動(dòng)模型、結(jié)模型下所得到的動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行求解。運(yùn)用計(jì)算所得的動(dòng)態(tài)響應(yīng)結(jié)果,分析了風(fēng)力機(jī)葉片橫向剪切變形和展向位移對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)結(jié)果的影響?？紤]了葉片變形對(duì)風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)特性的影響,并作了簡(jiǎn)單的氣動(dòng)彈性分析。
　　為了計(jì)算采用非線(xiàn)性結(jié)構(gòu)模型所得到的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)方程,介紹了Newmark法,Newmark法結(jié)合各時(shí)間步內(nèi)的位移迭代法,Newton-Raphson法,得