风力机柔性叶片振动变形对其气动阻尼的影响分析

刘 雄，马新稳，沈 世，陈 严

（汕头大学能源研究所，广东 汕头 515063）

0 引言

风力机通常安装在条件恶劣的野外环境中，其动力源为随机性很强的自然风，所以运行时经常承受复杂的随机载荷，在复杂的载荷作用下，导致风力机破坏的主要是失速颤振、经典颤振。失速颤振是由叶片失速诱发的振动，由于叶片失速导致的负气动阻尼诱发叶片在摆振方向发生振动失稳，使风力机非正常停机或导致叶片损坏。研究风力机的失速特性，尤其是失速工况下的气动阻尼特性是分析和处理系统稳定性和可靠性的关键途径。

国外对风力机的气动阻尼的研究开始于20世纪90年代，1994年Hasen A C率先通过翼型的法向力函数微分表达式分析了跷跷板约束的风力机叶片的稳态失速下的气动阻尼［1］，同时基于周期内取平均值的方法分析了受动态入流、非线性静态失速、旋转效应影响的动态失速气动阻尼特性。1997 年Rasumussen F，Petersen J T 等人重点分析了动态失速下的风力机的气动阻尼特性［2］，通过翼型升力函数表达式定性分析了气动阻尼受各种因素的影响机理，并引入了能量损失法来计算在多因素影响下的叶片的气动阻尼特性，同时考虑了变桨振动对气动阻尼的影响。1998年Risφ实验室系统分析了风力机动态失速下的气动阻尼［3］，并为了减轻气动载荷，防止负阻尼的出现提出了对翼型的优化方法。1999年Bertagnolio F，Gaunaa M 等人使用CFD 的方法对基于纳维——斯托克流体方程与基于半经验模型的气动阻尼的计算方法进行比较分析［4］。……