一种风力机叶片气弹稳定性的优化方法技术

本发明专利技术提供了一种风力机叶片气弹稳定性的设计优化方法，首先建立叶片包括气动外形以及详细结构铺层的完整叶片的分段模型；然后通过叶片参数模型计算叶片整体物理参数特性，得出相应叶片力学性能，输出叶片的扭转刚度和挥舞刚度分布；同时，通过风力机整机模型，模拟计算风力机额定运行情况，得出转速与桨距角变化曲线；然后计算风力机的风轮气动弹性的稳定性，并根据结果对于扭转刚度以及挥舞刚度分布通过不同优化曲线进行优化提高，以提高风轮稳定性；最后重复上述对于叶片扭转刚度分布的循环优化步骤，协调各目标之间，以及约束与目标之间耦合关系，推进修改其扭转刚度和挥舞刚度变量，收敛到风轮的气弹稳定性的最优解或最优解集。解集。解集。

【技术实现步骤摘要】
一种风力机叶片气弹稳定性的优化方法


[0001]本专利技术涉及新能源中风力机叶片专用气动弹性稳定性优化方法，属于叶片设计领域。

技术介绍

[0002]叶片的气动弹性稳定性问题是大型水平轴风力机设计的关键。特别是对于现在设计的风力机叶片越来越大，也越来越柔，风力机的气弹稳定性问题也变得越发重要。风力机柔性叶片的非线性气弹耦合特性，使得它的弯扭模态耦合现象更加突出，发生叶片失稳的临界速度可能降低。气弹耦合主要包括整机自身的结构内力和外界气动力之间的耦合，对风力机进行结构模态分析除了避免风力机组运行在共振区产生结构上的损坏，更重要的是对其进行气弹稳定性分析，因为气动弹性不稳定性具有更大的潜在破坏性。为保证叶片能安全稳定地投入到应用当中，需深入研究其气弹稳定性的影响。研究柔性叶片和风力机在各种工况下各阶模态对应的气动阻尼特性及其演变规律一直是风力机气弹稳定性研究领域备受关注的研究课题。尽管如此，但是对于风力机气弹稳定性优化问题的研究仍旧非常欠缺，需要相当多的研究来填补该领域的不足，而本方法提出了一种针对于大型柔性风力机叶片的气弹稳定性优化方法。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风力机叶片气弹稳定性的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立完整的叶片模型，构建叶片分段模型，通过计算得出叶片模型的整体力学性能，输出叶片的扭转刚度以及挥舞刚度分布；S2：使用S1中所述的叶片模型建立风力机整机模型，对于风力机整机模型进行模拟仿真，仿真计算风力机的实际运行状态，得到风力机的风轮转速和叶片桨距角随风速的变化关系，输出为风力机整机模型运行仿真数据；S3：根据S2中的风力机整机模型运行仿真数据（具体是否为风轮转速和叶片桨距角随风速的变化）计算风力机的叶片气动弹性的稳定性，根据仿真数据，计算风力机在额定风速正负5m/s的风速的工况下气弹稳定性；S4：根据S3计算得出风力机叶片气弹阻尼比曲线，若所有模态都为正阻尼，即可认为叶片稳定性，若其中某一阶或某几阶的模态出现负阻尼，即可认为叶片不稳定；S5：对叶片截面进行优化计算，计算优化系数曲线；S6：根据S5的优化结果重新计算叶片模型的扭转刚度以及挥舞刚度分布，重复S2到S4重新进行叶片稳定性分析；S7：若叶片稳定，则导出叶片稳定的优化系数曲线，计算叶片截面的系数之和；若叶片不稳定，则重复S6进行叶片截面优化计算；S8：循环进行叶片截面优化计算，导出系数和，收敛到叶片气弹稳定性最优解或最优解集。2.根据权利要求1所述的一种风力机叶片气弹稳定性的优化方法，其特征在于，所述的S1中，完整的叶片模型参数包括气动外形及详细结构铺层，叶片整体力学性能通过经典层合板理论进行计算，具体为：S11，选择叶片标准翼型截面分段，叶片其他截面暂不做处理；S12，对每个叶片标准翼型截面进行分段截面，接近叶根部分分段较长，分段截面分布较稀疏，接近叶尖部分分段较短，分段截面分布较密集，使叶尖部分计算更加精确；S13，叶片分段长度保持在5米以下；S14，每段分段叶片攻角变换不超过5
°
；S15，每段分段腹板扭角变换小于5
°
；S16，使用经典层合板理论进行计算时，对叶片标准翼型截面已进行叶片分段截面处理的数据进行二次平均分段，保证计算的分段模型段长小于0.5米，使叶片的扭转刚度以及挥舞刚度分布计算精度达到99.5%以上。3.根据权利要求2所述的一种风力机叶片气弹稳定性的优化方法，其特征在于，所述的S2中，对风力机整机模型进行实际额定运行工况模拟，计算风力机的风轮转速和叶片桨距角随风速的变化关系：S21，模拟工况的风速从0开始缓慢增加直至大于额定风速10m/s为止；S22，在达到额定风速后，保证风力机整机模型的转速稳定在额定转速；S23，导出风轮转速与叶片桨距角随风速的变化关系曲线。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珑，陈宇阳，王同光，孙钰锟，黄晶，张宝旭，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：