風(fēng)力發(fā)電機(jī)復(fù)合材料葉片變槳控制研究.pdf

1、隨著人們對(duì)于環(huán)保關(guān)注度的提升，新能源技術(shù)開發(fā)已經(jīng)成為能源領(lǐng)域的重要課題。風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的媒介，也正朝著大型化和復(fù)雜化的方向發(fā)展。所謂復(fù)雜化指的是風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片外形的開發(fā)已經(jīng)作為一種符合空氣動(dòng)力學(xué)特征的翼型的開發(fā)、葉片的制造材料朝著強(qiáng)度高重量輕的方向發(fā)展、葉片的變槳距控制策略不斷延伸。這些復(fù)雜化方面的技術(shù)已經(jīng)成為風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片研究和開發(fā)的重要課題，其理論研究的其中一個(gè)重要的方向就是設(shè)計(jì)出外形合理、符合氣動(dòng)特性、使用壽命長(zhǎng)的風(fēng)

2、力機(jī)葉片，因此要求對(duì)力作用下的葉片結(jié)構(gòu)特性和氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性等問(wèn)題進(jìn)行研究。所謂大型化指的是為了使風(fēng)力發(fā)電機(jī)生產(chǎn)客觀的電能，頂級(jí)風(fēng)機(jī)制造廠商都在將風(fēng)力發(fā)電機(jī)不斷的推向更大級(jí)別，這就使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的長(zhǎng)度和重量大大增加，葉片的價(jià)格必然會(huì)水漲船高，其龐大的軀體也給安裝帶來(lái)不小的挑戰(zhàn)，在整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)朝著變速恒頻發(fā)展的大趨勢(shì)下，本文基于非線性氣彈作用下的變槳控制不是基于常規(guī)的最佳功率控制，而是基于非線性氣彈控制，旨在抑制非線性氣彈不穩(wěn)定行為，

3、在國(guó)內(nèi)風(fēng)電領(lǐng)域鮮有研究，這也是本文的創(chuàng)新之處，必然會(huì)對(duì)葉片的保護(hù)產(chǎn)生巨大的作用，研究前景廣闊。
　　本課題來(lái)源于山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目:基于壓電作動(dòng)的轉(zhuǎn)子葉片非線性氣彈穩(wěn)定性分析，針對(duì)項(xiàng)目中的變槳部分進(jìn)行研究。主要研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)力學(xué)特性、非線性空氣動(dòng)力作用下的氣彈穩(wěn)定性分析以及葉片變槳控制的問(wèn)題。
　　首先，從風(fēng)力機(jī)葉槳的結(jié)構(gòu)模型以及槳片非線性氣動(dòng)彈性模型出發(fā)，分別采用對(duì)比驗(yàn)證法、特征值分析法、龍格-庫(kù)塔時(shí)域響應(yīng)法

4、研究了葉片的復(fù)合材料力學(xué)特性和葉片的氣彈穩(wěn)定性特性，獲得了復(fù)合材料葉片受力后的結(jié)構(gòu)變化規(guī)律和葉片的氣彈穩(wěn)定性隨設(shè)計(jì)參數(shù)變化的特性。主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　基于ANSYS和MATLAB的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析，在對(duì)制造風(fēng)力機(jī)葉片的復(fù)合材料層合板建立懸臂梁力學(xué)分析模型之后，對(duì)其自由端施加一個(gè)相同的載荷，分別應(yīng)用兩款軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)分析，得出了風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片在受到垂直于葉片旋轉(zhuǎn)平面的風(fēng)載作用下的變形情況，計(jì)算得到其揮舞運(yùn)動(dòng)的最大變形量及其最大形變

5、出現(xiàn)位置，兩款軟件分析結(jié)果到小數(shù)點(diǎn)后三位都保持一致，驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性。
　　基于非線性O(shè)NERA模型(])的復(fù)合材料層合板葉片的氣彈穩(wěn)定性分析。采用簡(jiǎn)化的鉸鏈葉片等效模型建立廣義坐標(biāo)表示出葉片的二階非線性常微分方程組，通過(guò)對(duì)相關(guān)氣動(dòng)參數(shù)的線性化，得到線性常微分方程，通過(guò)矩陣變換的方法對(duì)方程組進(jìn)行降階，利用MATLAB的四階五級(jí)Runge-Kutta法分別得出特征值和時(shí)域響應(yīng)曲線。利用特征值法和時(shí)域響應(yīng)曲線來(lái)進(jìn)一步研究葉片相關(guān)