基于气弹耦合特征的风力机叶片优化设计

为提高风力机叶片气动结构性能,基于风力机风轮空气动力学及叶片结构动力学原理,选取叶片所处位置及扭转变形为自由度,在研究叶片摆振、摆振方向各阶振动模态的基础上,提出风力机叶片气动弹性耦合振动变形计算模型。基于风力机整机部件构成及输出功率特征,提出风力机叶片优化设计模型,对某5 MW风力机叶片的进行形状优化设计,通过对比分析优化叶片和原始叶片的输出功率及气弹载荷特性,验证优化叶片气动及结构性能的优越性。     

风力机复合材料叶片的动力失速气弹稳定性研究

研究复合材料风力机转子叶片的非线性气弹稳定性问题.叶片结构采用匀速旋转的、具有周向反对称刚度(CAS)构型的弯-扭耦合复合材料薄壁梁模型;气动力采用大攻角动力失速非线性ONERA模型.基于Galerkin法建立广义坐标表示的叶片二阶非线性气弹常微分方程组,利用片条理论简化对非线性广义气动力的求解.基于摄动技术在非线性静平衡点附近对非线性气弹系统进行线性化,采用特征值方法以及时域积分法估计叶片的非线性颤振边界和气弹响应的稳定性问题.通过数值分析,揭示叶片转速、叶片纤维铺层角对非线性颤振边界的影响.     

大型风力机柔性叶片非线性气弹模态分析

针对风力机尺寸增大,叶片刚柔耦合和气弹耦合特性增强,研究大型风力机转动柔性叶片弯曲与扭转耦合变形下的气弹模态及其稳定性。为准确描述柔性叶片的非线性变形特性,采用"超级单元"将柔性叶片离散成若干个刚体,并由运动副与力元连接构成多体系统,而后通过牛顿-欧拉方程建立叶片非线性动力学方程;气动模型则采用叶素动量理论结合修正的B-L (Beddoes-Leishman, B-L)动态失速模型,计算非定常气动载荷;然后基于变分原理,线性化叶片结构与气动载荷动力学方程,构建转动叶片的气弹线性化状态方程。最后以NREL 5 MW叶片为研究对象,在确定尖速比下,分析大型柔性叶片转动条件下的气弹复模态,计算叶片气弹频率与气弹阻尼比,分析叶片气动阻尼对颤振的影响,探究大型叶片颤振失稳机理。     

后掠风力机叶片非定常气弹耦合模型与响应分析

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。     

大尺寸风力机叶片流固耦合特性研究

随着大型风力机叶片尺寸增大,其柔性也越来越大,在运行中更容易出现大变形现象,进而导致叶片结构的几何非线性变形、流体的非定常特性以及独特的流固耦合现象,需要采用更准确的模型进行分析。该文采用基于几何精确梁方法和自由涡尾迹方法的流固耦合模型,研究了大尺寸叶片的耦合特性。针对叶片柔性变大、质量变轻的特点,分别采用缩小叶片刚度和质量的方法,研究叶片大变形和质量变轻对耦合响应的影响,结果表明刚度降低会大幅增大叶片变形和载荷,而质量降低对叶片变形和载荷的影响并不明显。当刚度和质量同时降低时,叶片在叶轮平面外变形量大幅增加,使叶轮功率下降。对叶片尺寸变大带来的影响也进行了研究,发现大尺寸叶片的根部应力和载荷波动会较明显高于小尺寸叶片。     

基于气弹耦合理论的风力机叶片气动与结构性能数值模拟

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。     

风力机叶片设计的新方法

根据水平轴风力机转子的涡流气动模型，从能量的角度入手，考虑干涉因子和翼型阻力，提出了叶片翼型设计的一种新型计算方法。     

风力机叶片的优化设计

风力机叶片的优化设计对于提高风能利用效率和功率输出有重要的意义。基于求解叶素一动量定理方程,忽略阻力影响,考虑叶尖损失因素,得出了一种风力机叶片的优化设计方法。该方法可以从理论上保证获得最大的风能利用系数,并对于不同翼型的叶片设计具有通用性。     

隧道通风机叶片非线性应力场分析

应用三维有限元法对某型号地铁隧道通风机叶片进行应力场分析，计算中考虑了几何非线性的影响，给出了线性计算与非线性计算的结果比较，同时进行了加强筋强化效果的比较。计算表明，对于高展弦比的隧道通风机叶片，应力计算采用非线性方法是必要的。     

风力机叶片的弯扭耦合振动分析

根据一般粘性阻尼叶片的弯扭耦合振动模型,利用有限差分方法对叶片的动力方程进行离散处理,得到了叶片的质量、阻尼和刚度矩阵。然后运用MATLAB振动工具箱对系统的弯扭耦合振动进行了仿真分析,求出四种不同类型叶片的六阶固有频率和振型,并与相关文献进行了比较分析。在建立叶片系统的线性定常状态空间方程的基础上,对叶片施加初始位移扰动,通过运用时间离散和MATLAB振动工具箱,得到叶片在弯扭方向的收敛、颤振和发散振动仿真曲线。论文的研究对风力机叶片的设计生产有一定的借鉴意义。     

风切变效应对风力机叶片结构性能的影响分析

利用ANSYS软件的复合材料模块建立某5WM水平轴风力机叶片的铺层模型,通过静力分析和模态分析研究了风切变效应对叶片结构特性的影响.采用Fluent软件对风力机叶片在有无风切变來流的情况下进行数值模拟,将数值模拟所获得的载荷加载到叶片铺层结构上,研究风切变效应对风力机叶片结构特性是否产生影响.结果显示:风切变效应使來流...     

关于风力发电机叶片预应力模态频率的研究

通过对风力发电机叶片进行预应力模态频率分析,找出了发电机在使用过程中产生振动耦合的原因。通过对叶片结构形式和选用材料进行改进并对改进后的机体进行模态频率比较研究,得出了避免叶片产生振动耦合的方案,通过疲劳特性分析确定其方案是否可行,为同类产品的安装、使用和优化设计提供了参考依据。     

复合材料风力发电机叶片的流固耦合分析

为研究风力发电叶片在工作过程中的应力状态和变形情况,以某一水平轴风力发电机的风轮叶片模型为研究对象,运用Ansys Workbench软件平台中的流体力学计算软件CFX,对不风速和叶厚下的复合材料风力发电叶片进行了流固耦合数值模拟,并对不同工况下叶片的应力及变形情况进行了分析比较。结果表明:叶片上距离叶根约2/3叶高处有明显的应力集中,容易发生疲劳断裂;且叶尖部位有较大变形。模拟计算结果与工程实际相一致,可对工程实际中风力发电叶片的设计和制造提供一定的指导。     

基于UG与MATLAB的风机叶片建模方法研究

通过UG实体建模绘制出风机叶片翼型的样条曲线,在曲线上拾取关键点并进行分析和处理,再利用MATLAB对点坐标进行图形变换,得到相应坐标。将数据导入UG,利用UG的样条曲线功能建立各截面的翼型曲线。最终通过扫掠截面线和所建立的引导线建立风机叶片的三维实体模型,为风机叶片的深层次研究打下基础。     

An Automated Ultrasonic NDT System for In-Situ Inspection of Wind Turbine Blades

It is crucial to maintain wind turbine blades regularly, due to the high stress leading to defects or damage. Conventional methods require shipping the blades to a workshop for off-site inspection, which is extremely time-consuming and very costly. This work investigates the use of pulse-echo ultrasound to detect internal damages in wind turbine blades without the necessity to ship the blades off-site. A prototype 2D ultrasonic NDT （non-destructive testing） system has been developed and optimised for in-situ wind turbine blade inspection. The system is designed to be light weight so it can be easily carried by an inspector onto the wind turbine blade for in-situ inspection. It can be operated in 1D A-scan, 2D C-scan or 3D volume scan. A software system has been developed to control the automated scanning and show the damage areas in a 2D/3D map with different colours so that the inspector can easily identify the defective areas. Experiments on GFRP （glass fibre reinforced plastics） and wind turbine blades （made of GFRP） samples showed that internal defects can be detected. The main advantages of this system are fully automated 2D spatial scanning and the ability to alert the user to the damage of the inspected sample. It is intended to be used for in-situ inspection to save maintenance time and hence considered to be economically beneficial for the wind energy industry.     

风电叶片动态数据获取及运动分析

将动态摄影测量方法应用于运行中风力发电机叶片在自然风力载荷下关键点的空间坐标动态数据测量中.风电叶片因其独有的形貌特征、运动特点及现场测量环境,令测量面临许多问题.为此提出以风机自身为标定墙及摄影比例尺的动态摄影测量方案,数据处理与风电叶片模态分析数据需求对接.测量所涉及的关键技术有五点法相对定向、单应性匹配、关键点动...     

风力机叶片设计与建模

根据叶片的特点,通过点的坐标的几何变换理论,采用MATLAB软件求解叶片各截面在空间实际位置的三雏坐标;并利用Pro/E的三维造型功能,以11 kW风力机叶片为例,对叶片进行实体建模,为叶片进一步分析奠定基础.     

风力发电机组叶片气热法防除冰系统设计

针对风电场风电机组防除冰技术现场可改造实现需求,探讨了2 WM机组叶片气热法防除冰技术工程应用的系统设计,重点围绕单支叶片加热系统设计、供电电源选择以及结冰监测与控制系统架构展开,再结合工程实现对叶片气热法防除冰系统现场改造的几个重点问题进一步枚举和论述,为推进风电机组叶片气热法防除冰系统现场工程改造提供借鉴。