【摘 要】
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风力发电作为风能利用的主要方式而备受关注。叶片是风力机的关键部件之一,叶片气动特性的优劣是风力发电机运行的关键,水平轴风轮叶片作为弹性体在运行中由于气动力、弹性力和
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风力发电作为风能利用的主要方式而备受关注。叶片是风力机的关键部件之一,叶片气动特性的优劣是风力发电机运行的关键,水平轴风轮叶片作为弹性体在运行中由于气动力、弹性力和惯性力的耦合作用而引起的不稳定振动,常常是导致风力机结构破坏的重要原因之一,叶片的气动弹性稳定性问题一直是人们所关注的研究课题。迄今为止的主要研究成果都集中在风力机叶片的设计、线性稳定性分析,对于叶片的非线性模型的建立尚不系统和完善,涉及叶片非线性稳定性分析以及稳定裕度分析的研究工作尚不多见。 本文以国内某风力机生产厂家的某型号风力机为研究对象,根据叶片的气动力学知识建立了该叶片的简化非线性动力学模型,并对该模型的参数激励主共振,参数激励1/2和1/3亚谐共振进行了分析,其主要内容如下: 1.介绍了风力发电机叶片的主要几何参数,根据叶片的空气动力学特性,叶素理论,以及一系列对涡流的修正方法,完成了对叶片单元所受气动力的推导。 2.通过简化叶片模型,引入合理的假设,导出了其横向振动的非线性动力学模型,并结合叶片的气动弹性动力学分析结果,得出较完整的单自由度简化叶片非线性动力学模型。 3.采用多尺度法,较为系统、全面地研究了叶片可能发生的几种非线性动力学现象,其中包括参数激励主共振,参数激励1/2和1/3亚谐共振的解析分析,并得出了稳态响应和幅频特性曲线,并通过改变参数对比分析了幅频特性。 通过以上的研究工作,可以得到较系统和完善的水平轴风力机叶片的非线性动力学模型,并对其中一些非线性动力学现象有了一定的了解,对分析风力发电机运行特性,制定相应的控制策略有着重要的指导作用。
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