柔性风轮的动态入流效应研究

陈 严，沈 世，马新稳，刘 雄

（汕头大学能源研究所，广东 汕头 515063）

0 引言

随着风力机技术的发展，风力机单机容量迅速增加，相应的风轮直径从现代风力机技术发展早期的20m 增加到目前的160多m，为了充分利用风力资源和降低风电成本，单机大型化是现代风电机组发展的必然方案。随着机组大型化，叶片向更大、更柔方向发展，叶片的柔性变形就无法忽略，基于小变形假设的气弹模型已经不能适应风力机柔性增加所带来的更多不确定因素的模拟。

考虑叶片柔性的非线性气动弹性分析已成为研究热点，并发展了一批有各自特色并在其适用范围较成熟的分析方法，但现有方法都未能考虑机组柔性对于动态气动模型的影响及与之相对应的气动载荷变化对气动弹性分析的反馈。随着机组的大型化和近海风场环境的特殊要求，寻求包含风、波及机组结构流固耦合效应和机组非线性大柔性变形效应的整机全系统气动弹性分析方法成为了重要的研究发展方向。本文基于BEM 修正模型和Pitt－Peter模型，综合考虑了影响风力机气动性能的各种因素，并且加入了柔性叶片变形对动态入流模型的反馈，主要考虑挥舞、摆振、扭转三个自由度的反馈。准确描述了诱导速度随各个参数改变的动态变化，实现了精确的柔性风轮动态入流效应分析。

1 基础理论

1.1 BEM 修正模型

在BEM 叶素动量理论的基础上考虑叶尖损失、轮毂损失、风剪切等因素的修正后，并建立风力机坐标系统［1］，并且考虑偏航，经坐标变换得到入流角和诱导因子计算公式分别为：