摘要：后掠叶片外展段后掠,弹性轴与扭转轴分离,致使叶片非线性变形显著,气流沿叶片展向流动和气弹耦合特性增强。为精确分析后掠叶片的结构与气动之间的耦合关系,采用螺旋尾涡升力线模型结合修正的B-L动态失速模型,并计及积叠线瞬时变形对诱导速度的影响,计算非定常气动载荷;叶片结构部分通过超级单元将后掠叶片离散成多体系统,借鉴成熟的多体递归建模技术,实现转动叶片的高效组装与数值求解。通过模拟NREL 5 MW直叶片的稳态响应,验证计算模型的有效性与精度;然后分析5 MW后掠叶片,在变桨距和不变桨距情况下的非定常气动响应。数值仿真结果表明,该模型能有效地模拟后掠叶片非线性变形和非定常气动特性,能为新型降载增效后掠叶片的气动性能、疲劳载荷谱分析与结构优化设计提供有效数值分析方法。

摘要：当前风电技术大型化发展,叶片气弹失稳问题特别是特殊工况下的稳定性问题成为国内外各界关注的热点和难点.湍流风况下顺桨风电叶片气弹稳定性直接影响风电机组的安全可靠性.气动阻尼是叶片稳定性判断的重要指标.为探究湍流风况顺桨风电叶片气弹失稳特性规律,以NERL 5 MW风力机叶片为研究对象,基于修正叶素动量理论、欧拉-伯努利梁模型和气动阻尼计算方法,建立顺桨叶片气动阻尼计算模型,采用Kaimal湍流风模型进行瞬态分析,获得风况参数对风力机叶片气动稳定性的影响规律及叶片的气动失稳概率,为大型风力机叶片气弹稳定性设计与控制提供参考.结果表明:顺桨叶片气动阻尼在全周风向上呈180°周期特性,且25°风向为相对危险工况;风速越大气动阻尼负值越显著,气动不稳定风向范围越大,失稳概率越大;湍流强度增加,一阶挥舞气动阻尼下限降低幅度明显,气动不稳概率增加;湍流风况下顺桨叶片平面外方向的失稳概率较平面内方向更大,且两个方向失稳概率曲线呈相似周期性规律.

摘要：运用ANSYS参数化设计语言,建立具有真实气动外形和复合材料铺层的高精度有限元壳结构模型,并且在Matlab平台调用、耦合基于BEM理论建立的气动模型,从而构建风力机叶片气弹分析模型。充分考虑叶片实际受载情况,对100 kW风力机叶片进行弯扭耦合加载气弹分析,求解了耦合与非耦合情形下风力机的响应、功率系数和弯矩等,总结不同风速下气弹耦合作用对于风力机的影响,并对风力机叶片设计提出改进措施。

摘要：研究叶片振动与扭转变形对气动载荷的反馈以及基于静、动态气动模型的叶根载荷的差异。应用计算多体动力学理论和叶片气动模型,建立受约束的柔性叶片非线性气弹耦合方程,得出叶片气弹耦合时域响应。以某5 MW风力机叶片为研究对象,研究柔性叶片的振动和变形对叶根力矩的反馈;在修正的叶素动量理论(BEM)基础上,引入Beddoes-Lesihman动态失速模型,考察叶片气动载荷的非定常效应。分析表明,随着叶片柔性增加,气弹耦合现象愈加明显;动态失速将引起叶片载荷有较大的振荡幅值和频率,影响叶片疲劳载荷谱的分析和疲劳寿命的设计。

摘要：大型风力机的气动载荷、惯性力和弹性力等交变载荷会引起柔性风轮、塔架等构件的耦合振动,影响风力机性能和使用寿命。针对水平轴风力机的气弹耦合数学模型的建立及其数值积分方法进行研究。采用能反映弹性变形的超级单元(Super-element,SE)将柔性构件离散为带有力元弹簧和阻尼器的旋转铰连接的有限个数的刚体。基于多体系统(Multi-body system,MBS)动力学理论和混合多体系统(Hybrid multi-body systems,HMBS)的建模方法,通过编制的仿真程序自动建立受约束的风力机多体系统动力学方程并进行数值求解。通过傅里叶谱分析方法,实现了系统动力学特性分析。算例分析美国可再生能源实验室(National renewable energy laboratory,NREL)公布的5 MW水平轴近海风力机的固有频率与振型,验证了程序的有效性和建模方法的正确性。基于叶素动量(Blade element momentum,BEM)理论,计算叶片变形状态下各刚体所受的气动力,在数值积分过程中实时实现流固之间的耦合。分析结果表明超级单元能用较少的自由度准确地描述风力机气动载荷、惯性力和弹性力三者之间的耦合。所开发的仿真程序能为风力机气弹耦合及稳定性分析和控制系统设计提供实用的分析平台。

摘要：气弹耦合求解是计算箔片动压气体轴承承载性能的有效方法。提出一种简单的箔片动压气体轴承气弹耦合求解方法。该方法以简单弹性基础模型为基础,将气膜厚度控制方程代入Reynolds是方程,获得箔片动压气体轴承气弹耦合控制方程,运用有限差分法结合Newton-Raphson迭代法对气弹耦合控制方程进行求解。计算方法获得的轴承内部压力分布与文献结果吻合很好。该方法的优势在于,省略了除最底层的牛顿迭代之外的其他所有迭代过程,使迭代次数大大减少,从而使计算效率获得提高。

摘要：以动量叶素理论为基础,充分考虑叶尖损失对风轮空气动力学特性的影响,建立了新的风力机叶片气动性能分析模型。基于结构动力学原理,建立了风力机风轮旋转工作条件下叶片的结构性能分析模型。通过研究风力机叶片在其载荷特征作用下的变形对风场来流的影响,耦合叶片的气动及结构力学模型,提出了一种旋转风力机叶片的气动与结构性能分析方法,使得风力机叶片的性能参数分析更为准确。以某5MW风力机风轮为算例,数值模拟了该风轮的气动载荷及输出功率特征,对比分析了该风轮不同风速及不同时刻条件下叶片的预弯变形及振动特性,很好的验证了提出模型的可靠性。研究结果对风力机叶片的疲劳寿命预测和振动噪声预估有着重要的理论意义。

摘要：由于后掠叶片具有积叠线弯曲的结构特点,导致叶片的弹性轴和扭转轴分离,增强了叶片弯扭耦合效应,致使叶片出现强烈的结构非线性变形,同时,沿叶片展向具有明显的三维流动现象。为高精度模拟后掠型风力机的结构振动、变形和气动载荷,通过超级单元法对风力机叶片和塔架结构进行离散,建立了整机刚-柔耦合多体动力学模型;考虑到后掠叶片形状、振动和变形致使空气沿叶片展向三维流动现象显著,采用螺旋尾涡升力线模型分析气动载荷。为高效精确建立包含机械和流体等多学科耦合的风力机模型,采用多体动力学软件建立机械模型,通过Matlab实现叶片气动载荷计算,基于Simulink协同仿真功能实现整机气弹耦合建模。以某后掠型风力机为对象,仿真分析了整机的气弹响应。数值仿真结果表明:本文理论模型和建模方法能有效模拟后掠型风力机的非线性变形和气弹耦合特性,能为新型降载增效机组的气动性能和结构设计提供指导。

摘要：针对风力机叶片后掠对其弯扭耦合特性和气动性能的影响进行研究。以某5 MW风力机直叶片为原型,以叶片积叠线为二次曲线,设计2种叶尖后掠量不同的后掠型叶片。运用"超级单元"方法,建立叶片动力学模型。通过叶片动力特性数值仿真,对比分析直叶片和后掠叶片固有频率和振型随后掠量的变化情况;通过静载数值实验,测量叶片各截面的弯曲和扭转角度,分析弯扭耦合系数沿积叠线分布规律及其与后掠量的关系;通过叶片气弹耦合数值分析,比较后掠叶片在各风速下的风轮功率特性和推力特性,以研究叶片后掠对风轮气动特性和载荷特性影响。分析表明:风力机后掠叶片具有明显的挥舞弯曲与扭转变形耦合特性,在输出功率、叶根力矩、扭矩、推力等风力机性能参数上也有明显变化。

摘要：通过建立气弹耦合分析模型,研究叶片、塔架等构件的耦合振动对叶根气弹载荷的影响以及在静、动态气动模型下的叶根和塔底气弹载荷的差异。采用'超级单元'模型,将叶片、塔架和主轴离散为通过转动铰和弹簧、阻尼器连接的刚体系统,以反映这类构件较大的弹性变形和非线性振动。在叶素动量理论(Blade element momentum,BEM)基础上,引入Beddoes-Lesihman动态失速模型,以反映气动载荷的动态特性。应用计算多体动力学理论和风力机气动模型,建立受约束的风力机系统气弹耦合方程。算例以某5 MW风力机为研究对象,通过施加不同的约束条件,研究风轮以外其他构件振动对叶根气弹载荷的影响;通过静、动态气动分析模型,考察叶根和塔底气弹载荷的动态耦合效应。分析表明,塔架、主轴等构件的运动会显著影响叶根的气弹载荷;叶片的动态失速特性也对叶根的气弹载荷和疲劳载荷谱有较明显的影响。研究工作对于保证风力机安全稳定运行和疲劳寿命设计有重要的作用。