风力机叶片气动设计与结构研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com风力机叶片气动设计与结构研究；l=口杨俊口武美萍口叶建友口王云江南大学机械工程学院江苏无锡214122摘要：采用Wilson模型优化设计水平轴风力机叶片的气动外形：利用有限元软件对玻璃铜叶片在风力、重力和离心力的耦合作用下的静力学、稳定性和动力学进行仿真分析。通过对叶片额定风况下的静力学和稳定性分析，不仅能获取叶片的应力和应变分布，而且可检验叶片设计的安全性和合理性。通过叶片动力学分析，计算叶片的振动频率，判断能否避免共振．实现正常运行。关键词：风力机叶片气动设计稳定性分析动力学分析中图分类号：T

2、H122：TK83文献标识码：A文章编号：1000—4998(2014)12—0005—04Abstract：Wilsonmodelwasadoptedforoptimumdesignofaerodynamicshapeofhorizontalaxiswindturhinebladeandthefiniteelementsoftwarewasusedforsimulationanalysisofstatics，stabilityanddynamicsofthefiberglassbladesunderthecouplingeffec

3、tsofwindpower，gravityandcentrifugalforce．Basedonstaticandstabilityanalysisofthebladesunderratedwindconditions，notonlythestressandstraindistributionsonthebladescouldbeobtained，thesafetyandrationalityinthebladedesignmaybeproventoo．Throughdynamicanalysisofthebladesandcalc

4、ulationoftheirvibration~equeneyitisavailabletoestimatewhethersympatheticvibrationcanbeavoidedtoachieveproperoperation．KeyWords：BladesofWindTurbineAerodynamicDesignStabilityAnalysisDynamicAnalysis为了满足不断增长的能源需求，符合日益严格的计模型和Wilson设计模型[33。其中Wilson设计模型不环境法规．世界各国都在积极发展可再生能源。风

5、力发仅研究叶尖损失和升阻比对风轮最优性能的影响，而电作为一种可再生的绿色能源备受关注，作为获取风且考虑了叶片在非设计工况下的性能，较简化设计模能的核心部件——风力机叶片的气动设计尤为重要，型和Glauert设计模型更为先进E33。本文选取Wilson设而复杂的运行环境对其结构强度、稳定性和动态响应计模型对1．2MW风力机叶片气动外形进行优化设提出了很高的要求。叶片的设计与研究涉及空气动力计。学、结构力学、材料力学、复合材料学等多门学科]，其为实现叶片获取最优风能利用效率的目标，应使中叶片的气动设计质量直接决定风力发电的功率。在风能利

6、用系数在满足能量方程的条件下达到最大气动设计的基础上，为了进一步提高风力机的效率，叶值，即：片的轻量化设计尤为重要，因此目前风力机叶片优先选用轻质复合材料(如玻璃钢)。与此同时，复合材料的dcp=鲁b(1-a)FA?dr(1)应用也使叶片内部结构变得十分复杂，从而增加了结arccos(e—2Rsi—nt~)构研究的难度。为了方便设计与研究，采用有限元法对叶片进行仿真已成为探究叶片结构性能的重要手段能量方程：⋯。本文针对1．2MW的风力机叶片进行气动外形设(1-aF)=b(1+b)Ar2(2)计，同时基于有限元法进行结构研究，从而验证

7、叶片结式中：为风能利用系数；A为叶尖速比；a、b为诱导构设计的安全性与合理性。因子；F为叶尖损失系数；A，为距风轮轴线r处的速度比；Ⅳ为叶片数目；为风轮半径；为距风轮轴线r1叶片气动外形优化设计处的人流角。叶片气动外形设计质量不仅影响风电机组获取风通过编程迭代计算出诱导因子a和b，然后根据能的效率．而且还会影响风电机组整体及零部件的结式(3)、(4)求出弦长C和扭转角：构性能和寿命[23，因此，叶片的气动外形设计尤为重监：!一8,n-sin：~o一(3)要。目前常用的设计方法有简化设计模型、Glauert设r(1一口)cos~D⋯=

8、一(4)}江苏省省产学研前瞻性联合研究项目(编号：SBY201320293)收稿日期：2014年7月式中：为翼型升力系数；O／为叶素剖面攻角。机械制造52卷第604期2014／12学兔兔www.xuetutu.com通过上述方法计算出