風力機葉片的設計及振動特性分析

【摘 要】 本篇論文針對的機型是1.0MW水平軸風力發電機，對葉片進行優化設計及振動特性分析，以氣動設計理論作為基礎，從風機的基本參數、葉尖速比、風輪直徑以及翼型插值等方面確定葉片的基本參數。本文根據葉素動量理論的相關知識，根據Wilson葉片設計方法確定風機葉片的幾何外形，以MATLAB軟件為計算工具，采用迭代算法計算葉片外形的各種參數，并修處理弦長、扭角等，得到優化結果。通過對NACA4412翼型單元坐標進行旋轉和成比例放大轉換，獲得具有良好空氣動力學性能的風力機葉片的外形數據。

【關鍵詞】 風力機葉片 振動特性 葉素-動量理論 迭代算法 有限元分析

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2016.02.010

風能是氣流變動而生成的動能，沒有任何污染的可再生能源。根據多年記錄，在小于0.25s的時間里，風速一定能夠27m/s然變到37m/s。陣風為風力機創造了改變的氣動原因。風力不僅強弱改變，風電輪軸可對風有調向運動，進一步導致陀螺力矩，它應用在葉片上是一種改變的慣性載荷。還有，相對大型風力機，葉片本身的重量也是無法忽略的負載，這個負載對轉動的葉片也是說變化就變化的。在相互方方面面條件的共同影響，風力機在運行的進程中，可能會表現出顫振，致使葉片損壞。對風輪葉片通過有限元考慮，分析工程機械的固有頻率和振型，進一步預算和理解其在外載荷情況下的結構動力學特性，是非常必要的[1，2]。

5 總結

本文在變換了翼型截面空間坐標的同時，繪制了葉片各個截面的空間曲線。利用相關軟件對風機葉片進行了三維實體建模，通過模態分析，得到了葉片在零轉速下的前十階固有頻率及振型。根據得到的振型，可以清楚的看出優化后葉片具有更強的抗扭振能力。通過模態分析可知，風力機葉片的主要振動型式為揮舞和擺振，第七階揮舞加上扭振，直至第十階振型，才能凸顯出扭轉振動的影響。通過對NACA4412翼型單元坐標進行旋轉和成比例放大轉換，獲得具有良好空氣動力學性能的風力機葉片的外形數據。

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項目：遼寧省教育廳項目（L2014521），沈陽工程學院教育教學研究項目（Y201415）

作者簡介

劉姝，女，遼寧凌源，講師，博士，主要從事風力發電技術研究。