文档介绍：振动与冲击
第卷第期
风力机叶片挥舞/摆振的动力失速非线性气弹稳定性研究
任勇生,林学海
山东科技大学机械电子工程学院,青岛
摘要:研究动力失速风力机叶片的非线性气弹系统的稳定性。叶片结构采用具有挥舞/摆振耦合的典型截面模
型,动力失速非线性气动载荷的计算采用基于半经验的非定常、非线性气动模型。为了减少由于线性化气弹稳
定性分析模型带来的误差,直接采用时间域数值积分法,对叶片挥舞/摆振耦合非线性气弹方程组进行数值积分,研究叶
片动力失速诱发颤振的稳定性,分析了缩减速度、预尖锥角的影响,并且针对目前文献很少报道的结构阻尼参数的影响问
题进行了研究。
关键词:动力失速;风力机叶片;挥舞/摆振气弹稳定性;时间域积分
中图分类号: 文献标识码:
风力机叶片在大攻角状态运行时,叶片上的气动行了研究。
阻尼为负值,气流为风力机结构注入能量,诱发叶片产
叶片气弹方程
生的一种自激振动,称为失速颤振。由于动力失速过
程伴随剧烈的摆振,不可避免会造成叶片疲劳破坏, 两自由度风力机叶片截面的结构与坐标系如图
因此风力机叶片气弹稳定性的分析,尤其是动力失速所示。旋转叶片挥舞一摆振耦合的简化运动方程给出
下叶片挥舞/摆振耦合颤振机理的研究与探索,是发展如下:
大型失速调节型风力机必须面对的挑战。
典型截面模型,由于可以简单、经济和快捷地获得【
失速颤振特性的主要结构和气动影响参数,是研究叶
片挥舞/摆振气弹稳定性常用的一种有效的结构模,。
型。模型由一组非定常非线性微分方程

构成,能够在较大的攻角变化范围内描述叶片的线性

失速和后失速行为,是目前风能工程领域比较认可的,
动力失速气动力模型一。其中,和分别表示叶片的无量纲挥舞和摆振弯曲位
等提出基于截面模型的摆振模态阻尼移, 表示叶片预锥角, 表示旋转速度。表示
的实验识别方法;等在考虑攻角和气流速关于缩减时间丁:/的微分,,亿/表示缩减
度变化情况下,对动力失速气动模型进行了改进;—速度, 表示相对风速,∞、表示叶片的无量纲固有
采用频率域的特征值方法研究失速诱发频率和阻尼比。和。分别表示叶片的升力和阻力
叶片挥舞/摆振颤振的稳定性,其中气动力采用经线性气动力系数, :。/表示空气密度与叶片线密度
化处理的拟定常模型;等。。基于非线性之比,表示叶片弦长。
的气动模型着重研究具有结构非线性的翼型

的非线性振动响应行为。然而,目前结果大多局限于/
采用频域特征值法研究叶片的颤振稳定性,稳定性边
界只能根据小参数摄动展开的线性气弹方程得到。
本文基于半经验的非线性气动力,直接采
用时间域数值积分法,对叶片挥舞/摆振耦合非线性气/ 。一
弹方程组进行数值积分,研究叶片动力失速诱发颤振/
的稳定性,分析了缩减速度、预尖锥角的影响,特别是
针对现有文献很少报道的结构阻尼参数的影响问题进
基金项目:山东省自然科学基金资助项目;山东省教育厅科‘———·■一

技计划项目;国家自然科学基金项目
图叶型结构与坐标系统
收稿日期:——修改稿收到日期:一
第一作者任勇生男,博士,教授,年月生
振动与冲击年第卷
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气动力模