专用微型垂直轴风力发动机的仿真分析

杨广新，关丽荣，朱 智

(1.沈阳理工大学 机械工程学院，辽宁 沈阳 110159;2.沈阳航空航天大学 材料科学与工程学院，辽宁 沈阳 110000)

将风能转换成电能或者机械能的有效方法是将风力发动机作为升力装置来运行.根据转动轴方向的不同，有水平轴风力发动机和垂直轴风力发动机之分.水平轴风力发动机通过螺旋桨式转子和回转轴来获得风能，其转轴方向与风的方向平行[1-3].垂直轴风力发动机直接使用直的或者弯的叶片转子捕获风能，其回转轴垂直于风的流动方向，可捕捉任何方向的风能[4-5].垂直轴风力发动机风轮叶片及传动系统受力简单、可靠性高.垂直轴风力发动机的重力与惯性力的方向始终不变，使得发电机组具有较恒定的受力特性，因此其叶片及传动系统的疲劳寿命较长[6-7].

本文以选定尺寸的风力驱动探测车专用微型垂直轴风力发动机为研究对象，对其NACA0018翼型叶片进行建模，并采用Abaqus仿真分析软件，对微型垂直轴风力发动机叶片支撑杆、风力发动机转轴进行静力学仿真分析.

1 风力发动机材料及运行环境

风力发动机在465～485 ℃的高温下运行，要求其材料耐高温、耐腐蚀.考虑到风力发动机的装配及运输问题，应尽可能使用密度小、强度高、力学性能优异的新型材料.经过大量的文献调研，本文选用航空航天领域已广泛使用的TC4钛合金，作为风力驱动探测车的主要材料.探测车质量为5 kg；在10 m/s的额定风速下，额定速度为0.1 m/s；所获驱动力F=39 N，驱动功……