文档介绍：西北工业大学硕七学位论文中文摘要
摘要
叶片是风力机的核心部件,如果它发生不稳定的自激振动,那么叶片的颤振
将会影响风力机的正常运行。本文应用理论设计了一水平轴风
力机的叶片,同时应用叶片基元法理论分析了该风机的气动性能。又从质量、刚
度、气动力的角度出发,研究该风力机叶片振动的动态响应。
本文把风力机叶片简化为悬臂梁,对梁截面的二维叶型建模,完整推导了二
维叶型的线性运动微分方程和流构祸合条件下系统的气动刚度和气动阻尼,此
时气动载荷与结构的位移矢量以及速度矢量是相互祸合的,再利用系统的特征值
来判断叶片颤振是否发生,从而获得风机的稳定工作范围。本文采用了
》叶型书的实验数据,对上述的水平轴
风力机叶片进行了计算和讨论。其次,通过用龙格一库塔的数值方法对微分方程
进行迭代,所求出的系统各振动量变化规律和上述算例的特征值对比,结果是一
致的。这就验证了建模的合理性和方程推导的正确性。最后,又对影响叶片颤振
的结构动力参数进行了分析。
【关键词】叶尖速度比颤振气动弹性
气动刚度气动阻尼流构祸合
西北工业大学硕士学位论文英文摘要

玩
西北工业大学硕十学位论文第一章绪论
第一章绪论
研究背景及工程意义
一百年来,能量需求特别是电能需求飞速增长。今天,人们所用电能的
以上是由矿物燃料提供的,可是矿物能源是有限的。由于世界能源日益短缺以及
地球环境、生态保护的需要,促使很多国家着手研究能源结构的改革,加速新能
源的研究和开发。风能作为一种清洁、安全的再生能源,受到许多国家的重视。
人们建立了越来越多的大型风力机就是为了适应这种能源发展的趋势。风力发电
技术在经济上已经可以与煤、油、核等发电技术相竞争。与其它新能源发电方式
相比,风力发电最经济、最容易实现大规模商品化生产。
风力机是利用风能的机械装置。古埃及曾利用风磨碾磨粮食世纪的荷
兰人广泛利用风车在沼泽地区排水丹麦从世纪末开始研制风力发电机。
年,美国的建立了世界上第一个用于发电的风力机,叶片采
取平板设计,故效率较低。年,丹麦的教授首先将气体动力学
弓入风力机的研究,并且是世界上第一个利用风洞实验研究风力机的科学家,
为设计和建造良好的风力机开辟了新途径。年,教授指出,可
从风中提取能量的最大功率为利用其理论设计风力机叶片,收到
较好的效果,但与实验结果仍有较大的差距。之后,对叶片设计和叶片
上的损失进行了更深入的研究,并取得了卓越的成就。七十年代末石油危机促使
风力发电技术飞速发展,风力机的尺寸和输出功率都在迅速的增大。用于生产电
能的现代风力机与传统概念的风力机设计和建造思想都有区别。现代风力机大都
拥有水平轴转子,且叶片数目较少以片为主,旋转速度也较高。
风力机在风能利用中占有最主要的地位,而叶片则是风力机中核心的部件。
风轮在旋转过程中,当叶片由上方转到与下方时,受力改变,并且交复变化,以
及风速风况的不稳定等是引起风力机振动的主要原因。其中,影响风力机正常运
行的威胁之一就是叶片的破坏。叶片在工作中一般受有较高的离心负荷、气动负
荷以及振动的交变负荷等作用。叶片的振动是引起叶片破坏的重要原因之一。叶
片振动加速了叶片材料的疲劳,减少了它们的有效寿命,甚至于导致叶片的断裂。
由于风力机长期在野外条件下,特别是各种风速条件下工作,因此流体激振是叶
片破坏的重要原因之一。由于风速经常变动,所以风力机叶片经常在变工况状态
西北工业大学硕士学位论文第一章绪论
下运行,甚至经常处于失速工况条件。因此,对风力机叶片进行振动稳定性分析,
从经济性和安全性考虑,不论对风力机的设计还是对风力机运行都是非常重要
的。
风力机叶片由于本身结构和来流特性的影响,在空气动力作用下是否会出现
不稳定振动,以及是否会形成自激振动的现象,属于气动弹性的范畴。颤振是气
动弹性稳定性的一个重要内容。影响风力机叶片颤振的因素很多,主要包括风轮
叶片的结构动力参数、来流特性和风轮叶片所受的气动力,这些因素相互祸合。
叶片颤振是不稳定的自激振动,当弹性体在流场作用下产生变形或运动,而弹性
体的变形或运动反过来又影响流场,从而改变流体在弹性体表面上的载荷大小和
分布。两个不同形状的物理场在祸合界面上相互作用,彼此影响。这种由流体诱
发的振动问题,要从结构动力学与气体动力学两方面来开展研究。叶片颤振机理
不单纯是流体力学问题,而是气动弹性问题,就是研究弹性体与周围气流之间的
相互作用。颤振分析是涉及风力机运行安全性的重要问题,尽管到今天对颤振发
作机理己有了较多的认识,但针对具体的实际现象仍很难给出准确的预测。
风力机气