【技术实现步骤摘要】
一种快速计算风力机叶片气动阻尼的计算方法
[0001]本专利技术涉及风力机叶片
具体地说是一种快速计算风力机叶片气动阻尼的计算方法。
技术介绍
[0002]随着现代风力机朝着大型、柔性化方向发展，使得风力机发生失稳的概率大大增加。复杂风况下叶片的气动问题和气动阻尼问题是分析和处理结构稳定性和可靠性的关键。尤其是气动阻尼，在复杂风况下可能由正变负产生一个潜在的自激系统，从而为叶片振动提供能量进而引发失速颤振，造成叶片的结构损坏。可见，快速计算风力机叶片的气动阻尼是分析和解决叶片失稳的前提和保障。然而，风力机运行在野外自然环境之中，风况的不稳定性和随机性导致复杂多变的来流风速，尤其是在动态失速效应的影响下，翼型的升阻力系数随攻角变化的幅度和趋势不可预知，实时准确地计算叶片每个时间点的气动阻尼存在较大困难。
技术实现思路
[0003]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种为叶片振动特性分析、气弹稳定性判定及失速颤振预防等方面提供数据支撑，从而防止叶片发生结构损坏的快速计算风力机叶片气动阻尼的计算方法...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种快速计算风力机叶片气动阻尼的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，输入叶片各截面翼型气动数据，考虑风电机组实际结构参数及风剪切效应，将风力机轮毂高度处来流风速转换到叶片坐标系，利用叶素动量理论中速度三角形迭代计算各截面的相对风速、当地攻角及升阻力系数斜率；步骤S2，计算叶片各截面在风轮旋转平面内外方向的气动阻尼；步骤S3，提取风力机叶片运行模态参数，包括模态主质量、模态振型及固有频率；步骤S4，计算得到整支叶片的模态气动阻尼比。2.根据权利要求1所述的一种快速计算风力机叶片气动阻尼的计算方法，其特征在于，在步骤S1中，包括如下子步骤：步骤S1
‑
1，输入风轮参数、叶片截面参数、风剪切系数、空气密度及轮毂高度处来流风速；步骤S1
‑
2，根据轮毂高度处来流风速与风轮转速及桨距角关系，插值计算风轮转速和叶片桨距角，确定叶片各截面的风速U和风轮转速Ω；步骤S1
‑
3，根据各截面翼型参数，调用翼型数据库生成各截面气动数据，确定升阻力系数与攻角之间的关系；步骤S1
‑
4，根据截面数和叶片数进行循环迭代计算；步骤S1
‑
5，将风力机轮毂高度处来流风速转换到叶片坐标系，计算叶片各截面的气动中心坐标、高度和叶片各截面的风速；叶片各截面的风速U为：式中，U为叶片各截面的风速，U
hub
为轮毂高度处来流风速，H为叶片各截面的离地高度，H
hub
为轮毂高度；步骤S1
‑
6，利用叶素动量理论中速度三角形迭代求解最优速度诱导因子，计算得到优化后的叶片截面的入流角、当地攻角及相对风速，步骤S1
‑
7，循环迭代结束，输出叶片各截面相对风速、当地攻角，升阻力系数斜率。3.根据权利要求2所述的一种快速计算风力机叶片气动阻尼的计算方法，其特征在于，在步骤S1
‑
1中，风轮参数为安装角、风轮锥角、主轴倾角、轮毂中心到塔架中心距离、叶片数、轮毂高度、风轮半径；叶片截面参数包括弦长、几何扭角。4.根据权利要求2所述的一种快速计算风力机叶片气动阻尼的计算方法，其特征在于，在步骤S1
‑
6中，各截面的相对风速W为：式中，W为叶片各截面的相对风速，U为叶片各截面的风速，r为叶片各截面的展向位置，Ω为风轮转速，a为叶片各截面轴向诱导因子，b为叶片各截面切向诱导因子；各截面的入流角φ为：φ＝tan
‑1(U(1
‑
a)/(1+bΩr))；各截面的当地攻角α为：α＝φ
‑
(θ
b
+θ
p
+θ
set
)；
式中，α为叶片各截面的当地攻角，θ
b
为叶片各截面的几何扭角，θ
p
为叶片桨距角，θ
set
为叶片安装角。5.根据权利要求4所述的一种快速计算风力机叶片气动阻尼的计算方法，其特征在于，在步骤S2中：叶片各截面在风轮旋转平面内外方向的气动阻尼为：叶片各截面在风轮旋转平面内外方向的气动阻尼为：式中，为所述叶片各截面在风轮旋转平面外方向的气动阻尼，为所述叶片各截面在风轮旋转平面内方向的气动阻尼，c为叶片弦长，ρ为叶片周围空气密度，r为叶片各截面的展向位置，Ω为风轮转速，W为叶片各截面的相对风速，U为叶片各截面的风速，α为叶片各截面的当地攻角，C
D
为叶片各截面的气动阻力，C
L
为叶片各截面的气动升力，为叶片各截面的气动阻力斜率，为叶片各截面的气动升力斜率。6.根据权利要求1所述的一种快速计算风力机叶片气动阻尼的计算方法，其特征在于，在...
【专利技术属性】
技术研发人员：李治国，张雅静，刘乐，高志鹰，张立茹，汪建文，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：
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