考慮葉片柔性變形的風力機氣動彈性問題研究

《考慮葉片柔性變形的風力機氣動彈性問題研究》是依託汕頭大學，由陳嚴擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：考慮葉片柔性變形的風力機氣動彈性問題研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳嚴
• 依託單位：汕頭大學

項目摘要

風力機是承受複雜隨機載荷的動力系統，其動態氣動彈性問題涉及隨機動態氣動力與結構動力回響之間的相互作用，是一個含大氣邊界層湍流風場、風輪動態空氣動力學、葉片及機組結構動力學的多學科交叉問題。目前一般採用的分析方法是套用以葉素動量理論（BEM）為基礎的動態氣動分析方法得到氣動載荷，建立結構動力學回響模型分析隨機氣動載荷作用下的結構動態回響及氣動彈性載荷，但不考慮結構變形對動態氣動力的反饋作用。由於風電機組的大型化，葉片柔性化已成為風力機技術的發展方向，充分考慮結構動態回響對氣動力的反饋成為氣動彈性載荷分析必須解決的問題。申報項目擬利用在風力機動態氣動與結構回響分析方面取得的前期成果，建立風輪結構動力回響的模態分析法（MAM）模型，充分考慮葉片結構動態回響及變形對動態氣動力的反饋作用，實現流固耦合分析，對考慮葉片柔性變形的風力機氣動彈性問題進行系統研究，以求解決柔性長葉片的氣動彈性載荷分析問題。

結題摘要

隨著風電機組大型化發展，風力機葉片柔性化引起的氣動彈性問題日益突出。本項目開展了考慮葉片柔性變形的風力機動態氣動特性研究，深入研究柔性葉片結構動態回響對氣動力的反饋作用，探明葉片柔性變形對動態氣動特性型的作用機理及分析方法，明確在什麼情況下必須考慮結構變形對動態氣動性能的反饋，並建立風力機柔性長葉片和動態入流的氣彈耦合動力學分析模型，得到氣彈耦合作用下柔性長葉片的氣動彈性載荷和結構動態回響。本項目首先利用項目組在風力機動態氣動特性與結構回響分析方面取得的前期成果，建立柔性風輪結構動力回響的模態分析（MAM）模型，深入分析了隨機氣動載荷作用下的柔性葉片氣動彈性載荷及結構動態回響。然后綜合考慮影響風力機氣動性能的各種關鍵因素，加入了柔性葉片變形對動態入流模型的反饋，建立了考慮柔性風輪結構變形反饋的動態入流模型。進而利用考慮柔性結構反饋的精確動態入流模型，進一步研究分析柔性葉片在氣彈耦合作用下的氣動彈性載荷和結構動態回響。本項目通過理論研究和風場實驗，建立了充分考慮柔性葉片結構動態回響及變形對動態氣動力的反饋作用的氣彈耦合模型，對風力機柔性葉片的動態氣動特性以及氣動彈性載荷和結構動態回響進行系統研究，實現相應的分析算法並開發相應的分析軟體，為新一代大型、柔性風電機組的自主設計提供理論和分析方法的支撐。