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风力机动态气动问题是现代风力机分析设计技术的研究热点,也是国家“863计划”课题“风力机全系统载荷分析及优化设计软件”要解决的核心技术问题之一。本论文建立了较精确的风力机动态气动分析与计算模型,实现了水平轴风力机动态气动性能计算方法。在此基础之上,采用Visual C++开发工具,运用组件软件开发方法,将动态性能计算程序封装成组件并将其集成到水平轴风力机气动与结构CAD软件“BladeDesign for Windows”中。论文包括四部分:气动分析与计算理论、紊流风场模型、动态失速模型、组件软件开发。 气动分析与计算理论部分讨论传统的气动分析与计算方法,在此基础上发展了适用于风速动态变化的动态气动分析与计算模型。动态计算模型通过采用紊流风场模型和动态失速模型计算出随时间变化风场中的风速和叶片的动态性能参数,获得风力机的动态气动载荷和性能,突破了传统的气动分析模型只支持稳态计算的局限。 三维紊流风场模型采用紊流脉动速度的自功率谱密度的von Karman模型在地表边界层内的修正,并根据Taylor刚性紊流假设得出风场中不同点之间的紊流脉动互相关谱,根据给定的紊流强度,可以得出风场紊流的三维时空结构。为风力机在紊流风场作用下的性能分析提供了条件。 动态失速模型以直升机理论的Beddoes-Leishman模型为基础。研究了该模型应用于风力机的修正,从理论分析、实现方法和风洞实验结果探索了模型中与动态分离点位置相关的时间滞后经验常数的提取方法和气动参数对模型结果的影响。建立的模型可以很好地纳入风力机的叶素动量理论体系,为动态失速理论的工程应用提供了一种有效的方法。 软件开发运用面向对象的设计思想,利用组件对象模型(COM)开发技术,把动态计算程序封装成组件集成到软件“Blade Design Windows”中,有机地扩充和完齹了该软件的功能。