大功率风力机叶片模态及气动特性分析

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1、2015年第43卷第l2期流体机械33文章编号：1005—0329(2015)12—0033—04大功率风力机叶片模态及气动特性分析周丹(攀枝花学院，四川攀枝花617000)摘要：对大功率海上风力机叶片模态特性和气动特性进行研究。建立了叶片翼型截面弯扭耦合运动微分方程，通过翼型截面坐标变换和旋转拉伸在UG中建立了国产某型6MW风力机叶片三维模型，运用Ansys／BlockIanczos法计算了叶片前6阶固有模态。在Ansys／Workbench中搭建叶片流场仿真模型，讨论了风速和气动攻角等参数对叶片振动变形的影响。结果表明各阶固有模态中叶尖部位的振型相对明显，随着风速和攻角增大，相同截面位置

2、上的叶片振动变形逐渐增大。关键词：大功率风力机；叶片；模态；有限元法；气动特性中图分类号：TH43文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2015．12．007AnalysisofModalandAerod)rnamicofHigh-powerWindTurbineBlade(PanzhihuaUniversity，Panzhihua617000，China)Abstract：Thisworkattemptstostudythemodalandaerodynamicofahigh—powerwindturbineblade．Themotiondifferent

3、iale—quationwithbendingandtwistingcouplingvibrationofthebladeairfoilisestablished，a3Dmodelofwindturbinebladeispresen—tedbasedontheUGsoftwarethroughcoordinatetransformation，thefirst6naturalmodalsofthebladeareobtmnedbasedontheMSC／Patran．TheflowfieldmodelofbladeisbuiltbyusingAnsys／Workbench，theeffects

4、ofwindspeedandpneumaticangleofattackonthebladevibrationareanalyzed．Theresultsshowthatthevibrationmodesinthetipofthebladearemoreobvious，andthegreaterthewindspeedandangleofattack，thegreaterthedeformationofbladevibrationatthesamecrosssectionposition．Keywords：high—powerwindturbine；blade；modal；finiteele

5、mentmethod；aerodynamic1前言现代风力发电机组正在朝大型化方向发展。理论的角度研究了叶片的气动性能。文献[8，9]目前，我国可并网型风力机大多是2．5—3MW陆将国产小型风力机叶片简化成一端固定的悬臂梁上风力机，对于大功率的6～10MW的海上风机结构，利用ALGOR有限元程序来计算叶片模态。正在研究阶段。叶片作为风力机的关键部件，承文献[10]对国产2．5MW风机叶片进行流固耦合受着复杂载荷的作用，气动载荷的波动会引起叶分析，研究了气动攻角对叶片振动的影响。对于片振动，其动力学特性和可靠性的研究对风电机大功率风机叶片其结构尺寸更大，且海上工况环组的安全运行具有十分重要的意

6、义。国内外境更加复杂，本文通过建立某型国产6MW大型学者对中小型风力机叶片的动力学特性已经开展风力机叶片三维几何模型，采用Blocklanczos法了大量的研究。文献[4～7]主要研究了风力机提取其固有模态，基于Ansys／workbench研究风叶片的三维精确建模和气动优化问题，用到了速和气动攻角等参数对叶片振动的影响。研究结Wilson优化、响应面和多目标优化等方法，从解析果可为大功率风机叶片的优化设计提供参考。收稿日期：2015—05—21修稿日期：2015—07—27基金项目：国家自然科学基金项目(51075408)34FLUIDMACHINERYVo1．43，No．12，20152

7、叶片翼型运动微分方程3叶片建模及模态分析以某翼型截面为例，在建立叶片弯扭耦合动风力机叶片是一个非常复杂的三维模型，其力学模型时将截面简化成受到垂直弹簧和扭转弹外形是由一系列翼型曲线构成的曲面，并且每个簧共同作用的二自由度系统，如图1所示，为它截面相对于轴心有一定的旋转角度。通常叶片主们的距离，截面振动质心平动位移为y，叶片转轴要由蒙皮、梁帽和腹板等采用三明治结构组成。角度位移为0。本文所研究的6MW叶片总长6