大型風力機葉片動力失速氣動彈性力學問題理論建模與數(shù)值研究.pdf

1、空氣動力學特性、新材料新工藝應用及控制策略已經(jīng)成為大型風力機葉片的重要的理論研究和實際開發(fā)的課題，其理論研究的一個重要方向就是設計合理、氣動性能優(yōu)良、使用壽命較長的風機葉片，所以需要對風力機的動力學特性、結(jié)構特性和氣彈穩(wěn)定性等問題進行研究，而其中最重要的就是葉片的氣動彈性穩(wěn)定性問題。
　　本文主要研究大型風力機葉片非線性氣動力作用下的氣彈穩(wěn)定性問題。從葉片的結(jié)構模型和葉片的非線性氣彈模型入手，分別采用特征值技術、時間積分法、伽遼金

2、方法以及片條理論，研究葉片的氣彈穩(wěn)定性特性，獲得風力機葉片的氣彈穩(wěn)定性特性隨設計參數(shù)變化的規(guī)律。主要研究內(nèi)容包括：
　　1）基于Beddose-Leishman（B-L）模型、擬定常ONERA模型的動力失速狀態(tài)下以及葉片典型截面模型的葉片氣彈穩(wěn)定性分析。采用擬合系數(shù)的方法簡化了B-L模型應用中的氣動力計算問題、非線性降階問題，并大大縮減了計算量；對于大攻角下的動力失速顫振問題，主要基于擬定常ONERA模型，研究了揮舞、擺振方向的穩(wěn)

3、定性問題，并研究了影響氣彈穩(wěn)定性的不同的因素及其參數(shù)范圍。
　　2）基于非線性ONERA模型的復合材料薄壁葉片的彎-扭耦合、以及彎-彎-扭耦合氣彈穩(wěn)定性分析。采用伽遼金法建立廣義坐標表示的葉片二階非線性氣彈常微分方程組，根據(jù)片條理論計算非線性廣義氣動力；利用攝動技術在非線性靜平衡點附近對非線性氣彈系統(tǒng)進行線性化，采用特征值方法以及時域積分法估計葉片的非線性顫振邊界和氣彈響應的穩(wěn)定性；同時研究了預扭對彎-彎-扭耦合葉片的氣彈穩(wěn)定性的

4、影響，得出了一次預扭和二次預扭作用下的氣彈穩(wěn)定性規(guī)律。
　　3）基于結(jié)構阻尼的彎-彎-扭耦合葉片的氣彈穩(wěn)定性分析。計算了復合材料薄壁結(jié)構的模態(tài)阻尼因子，研究了葉片加入結(jié)構阻尼的方法，并對于不同的鋪層角度，對比了未加結(jié)構阻尼和加入結(jié)構阻尼后的穩(wěn)定性，得出了結(jié)構阻尼對穩(wěn)定性影響的相關結(jié)論，
　　特征值分析和時域計算結(jié)果表明：風力機葉片的轉(zhuǎn)速、纖維鋪層角、預扭以及結(jié)構阻尼對葉片非線性顫振邊界，有明顯的影響；所建立的分析模型與計算方