偏航状态下的风力机气弹响应与耦合结构分析

"偏航状态下风力机塔架-叶片耦合结构气弹响应分析 (2015年)" 本文详细探讨了在偏航状态下的风力发电机组（风力机）塔架与叶片耦合结构的气弹响应分析。研究人员提出了一种高效预测风力机全机结构动态响应的方法，该方法对于特大型风力机的设计和抗风性能评估具有重要意义。 首先，论文以南京航空航天大学自主开发的5兆瓦（MW）特大型概念风力机为研究对象，构建了一个包含塔架和叶片的耦合模型，以此来获取结构的模态信息。模态分析是理解系统动态行为的关键，它可以帮助识别系统的固有频率和振型，这对于预测结构在风载荷下的响应至关重要。 接着，研究中采用了谐波叠加法，这是一种常用于风工程中的计算方法，用于模拟周期性的风场作用。同时，通过改进的叶素-动量理论来计算气动荷载，这个理论考虑了空气动力学中单个叶片单元（叶素）的运动对周围流场的影响。考虑到偏航角度会改变叶片与风的相对位置，从而影响诱导速度，研究者特别考虑了这一因素，使得计算更为精确。 在获得气动载荷后，研究者利用模态叠加法求解风力机的耦合动力学方程。这种方法将复杂的非线性动力学问题转化为一系列线性问题，通过迭代循环不断更新叶片速度和气动力，最终得到风力机在气动载荷作用下的响应。这样的处理方式显著简化了计算过程，提高了计算效率。 通过对不同偏航角和气动弹性参数的敏感性分析，研究者得出了偏航角和气动弹性如何影响风力机的全机动态响应。这些发现对于理解和优化风力机的动态特性，特别是对于抗风设计提供了重要的理论基础。例如，它们可以指导设计人员调整塔架和叶片的材料选择、结构设计以及控制系统设置，以降低风载引起的振动和疲劳损伤，提高风力机的稳定性和运行寿命。 这篇论文的研究成果为特大型风力机的气弹响应分析提供了一种有效的方法，并为实际工程应用提供了科学依据。通过深入理解风力机在偏航状态下的气动载荷和响应，可以促进风能行业的技术进步，推动更高效、更可靠的风力发电系统的发展。