论文部分内容阅读
随着风机单机容量增大,基于小变形假设的相关研究已经不能适应风力机柔性增加所带来的更多不确定因素的模拟。柔性叶片除了以往的挥舞变形、扭转等变形外,由于翼型自身的柔性变形所引起的翼型气动外形的变化对叶片的气动性能有较大的影响。因此对翼型的变形进行研究,进而得到叶片翼型变形的趋势,可以更好的掌握柔性叶片实际运行中的结构特性和气动性能。 首先将翼型段看作变截面悬臂梁对翼型的变形原理进行研究,并基于弯矩面积法得出了翼型的变形模型。重点分析了在不同载荷下翼型的变形规律,研究了翼型的气动中心、材料弹性模量与翼型变形的关系。并将模型计算值与ANSYS模拟值进行对比,具有一定的准确性。利用Xfoil对翼型变形前后的气动性能进行了模拟,发现变形后的翼型在低攻角时翼型的升阻比增加,大攻角时降低。 其次利用Bladed计算NREL5MW各工况下的风机载荷,并基于ANSYS有限元分析研究了叶片挥舞摆振变形情况。发现叶片挥舞变形处于主导地位,其变形量是摆振变形的10倍左右,叶片在50年一遇极端阵风时的变形量达到最大。在改变叶片的材料强度时叶片的变形量随着材料强度的增加而线性增加。 最后通过研究叶片在不同的工况下叶片截面的扭转变形情况,发现沿叶展方向叶片翼型腹板到尾缘比腹板到前缘的扭转幅度大,这表明叶片翼型的扭转变形并不是整体的扭转变形,导致了叶片翼型型线发生了变化。此外通过研究不同的材料强度以及叶片内部结构下叶片翼型的扭转变形,发现沿叶展方向腹板到尾缘比腹板到前缘的扭转幅度大,这与之前的结果是一致的。 以往对叶片翼型变形的研究主要集中于挥舞、摆振等整体变形,没有涉及到叶片翼型气动外形的变化。通过研究叶片翼型变形,发现在实际运行中叶片翼型的型线会发生变化,这会导致翼型的弯度变化,进而影响了叶片翼型的气动性能。因此研究叶片翼型变形对于叶片结构特性的研究有重要意义。