风力机叶片气动设计和结构研究.pdf

学兔兔 风 力 机 叶 片 气 动 设 计 与 结 构 研 究；l= 口 杨 俊 口 武美萍 口 叶建友 口 王 云 江南大学 机械工程学 院 江苏无锡 214122 摘 要 ：采用 Wilson模型优化设计水平轴风力机叶片的气动外形：利用有限元软件对玻璃铜叶片在风力、重力和离心 力的耦合作用下的静力学、稳定性和动力学进行仿真分析。通过对叶片额定风况下的静力学和稳定性分析 ，不仅能获取叶 片的应力和应变分布 ，而且可检验叶片设计 的安全性和合理性。通过叶片动力学分析 ，计算叶片的振动频率，判断能否避 免共振 ．实现正常运行。 关键词 ：风力机叶片 气动设计 稳定性分析 动力学分析 中图分类号 ：TH122：TK83 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000—4998(2014)12—0005—04 Abstract：Wilsonmodelwasadoptedforoptimum designofaerodynamicshapeofhorizontalaxiswindturhinebladeand thefiniteelementsoftwarewasusedofrsimulationanalysisofstatics，stabilityanddynamicsofthefiberglassbladesunderthe couplingeffectsofwindpower，gravityandcentrifugalforce．Basedon staticandstabilityanalysisofthebladesunderrated windconditions，notonlythestressand straindistributionsonthebladescouldbeobtained，thesafetyandrationalityinthe bladedesignmaybe proven too． Through dynamicanalysisofthebladesand calculation oftheirvibration ~equeney itis availabletoestimatewhethersympatheticvibrationcanbeavoidedtoachieveproperoperation． KeyW ords：BladesofWindTurbine AerodynamicDesign StabilityAnalysis DynamicAnalysis 为 了满 足不 断增 长 的能源 需求 ，符 合 日益严 格 的 计模 型 和 Wilson设计 模 型 [33。其 中 Wilson设 计模 型 不 环境 法 规 ．世 界各 国都 在积 极发 展可 再生 能源 。风力 发 仅研 究 叶尖损 失 和 升 阻 比对 风轮 最 优性 能 的影 响 ，而 电作 为 一种 可再 生 的绿色 能源 备受 关注 ，作 为 获取 风 且考 虑 了叶 片在非设 计 工况 下 的性 能 ，较 简化设 计 模 能 的核心 部 件— — 风 力机 叶片 的气动 设 计 尤 为重 要 ， 型 和 Glauert设计 模 型更 为先进 E33。本文 选取 Wilson设 而 复杂 的运 行环 境对 其结 构强度 、稳定性 和 动态 响应 计 模 型 对 1．2MW 风 力 机 叶 片 气 动 外 形 进 行 优 化 设 提 出 了很高 的要 求 。叶片 的设计 与 研究 涉及 空气 动力 计 。 学 、结构 力 学 、材料 力学 、复 合 材料 学 等 多 门学科 ]，其 为实 现 叶 片获取 最优 风 能 利用 效率 的 目标 ，应使 中叶片 的气 动设计 质量 直接 决定 风 力发 电 的功率 。在 风 能利 用 系数 在 满足 能 量 方 程 的条 件 下 达 到最 大 气 动设计 的基 础 上 ，为 了进 一步 提高 风力 机 的效率 ，叶