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随着风力机向更大和更柔的方向发展,柔性叶片的挥舞、摆振和扭转振动更为剧烈,使流经叶片的气流产生复杂的非定常流动,形成动态气动载荷;同时,动态气动力又会进一步加剧叶片的振动,两者的耦合对机组性能和运行稳定性的影响成为不可忽略的问题。本文基于计算多体动力学理论和动态空气动力学模型,数值分析了风力机叶片翼型的非定常气动特性和叶片的动态气动载荷,以及系统各部件相对运动对动态气动载荷的反馈等气弹耦合效应。研究具有重要的理论意义和工程应用价值。 动态失速是风力机非定常气动特性的一个重要的现象。论文根据风力机组运行特点,采用修正的Beddoes-Lesihman动态失速模型,数值模拟了振荡翼型动态升、阻力系数。通过与实验数据的对比,揭示了翼型气动系数随攻角变化的非定常特性。通过修正的叶素动量理论和Beddoes-Lesihman动态失速模型,并结合气弹耦合的特点,建立了风力机叶片气弹耦合的动态气动载荷分析模型。 应用多体系统动力学理论和混合多体系统的建模方法,结合叶片动态气动载荷分析模型,建立了受约束的风力机多体系统非定常气弹耦合方程,并研究了其数值求解方法。用Matlab编制仿真程序,进行非定常条件下风力机柔性叶片气弹耦合分析。通过对比分析柔性叶片在额定转速和多种风速工况下的气弹响应,研究了动态失速和气弹耦合对叶片动态响应与气动载荷的影响;进而通过对机组在某工况下的气弹耦合分析,研究了风轮以外其它构件振动对叶根气弹载荷的影响;通过静、动态气动分析模型,考察了叶根和塔底气弹载荷的动态耦合效应。 研究工作实现了大型风力机组构件较大的弹性变形和振动与所受的空气动力载荷间耦合分析,对于大型风力机的结构优化设计、疲劳寿命设计和机组的安全稳定运行均具有重要的作用。