大型風(fēng)力機(jī)葉片動(dòng)力失速氣動(dòng)彈性力學(xué)問(wèn)題理論建模與數(shù)值研究.pdf

1、空氣動(dòng)力學(xué)特性、新材料新工藝應(yīng)用及控制策略已經(jīng)成為大型風(fēng)力機(jī)葉片的重要的理論研究和實(shí)際開發(fā)的課題，其理論研究的一個(gè)重要方向就是設(shè)計(jì)合理、氣動(dòng)性能優(yōu)良、使用壽命較長(zhǎng)的風(fēng)機(jī)葉片，所以需要對(duì)風(fēng)力機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性、結(jié)構(gòu)特性和氣彈穩(wěn)定性等問(wèn)題進(jìn)行研究，而其中最重要的就是葉片的氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性問(wèn)題。
　　本文主要研究大型風(fēng)力機(jī)葉片非線性氣動(dòng)力作用下的氣彈穩(wěn)定性問(wèn)題。從葉片的結(jié)構(gòu)模型和葉片的非線性氣彈模型入手，分別采用特征值技術(shù)、時(shí)間積分法、伽遼金

2、方法以及片條理論，研究葉片的氣彈穩(wěn)定性特性，獲得風(fēng)力機(jī)葉片的氣彈穩(wěn)定性特性隨設(shè)計(jì)參數(shù)變化的規(guī)律。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　1）基于Beddose-Leishman（B-L）模型、擬定常ONERA模型的動(dòng)力失速狀態(tài)下以及葉片典型截面模型的葉片氣彈穩(wěn)定性分析。采用擬合系數(shù)的方法簡(jiǎn)化了B-L模型應(yīng)用中的氣動(dòng)力計(jì)算問(wèn)題、非線性降階問(wèn)題，并大大縮減了計(jì)算量；對(duì)于大攻角下的動(dòng)力失速顫振問(wèn)題，主要基于擬定常ONERA模型，研究了揮舞、擺振方向的穩(wěn)

3、定性問(wèn)題，并研究了影響氣彈穩(wěn)定性的不同的因素及其參數(shù)范圍。
　　2）基于非線性O(shè)NERA模型的復(fù)合材料薄壁葉片的彎-扭耦合、以及彎-彎-扭耦合氣彈穩(wěn)定性分析。采用伽遼金法建立廣義坐標(biāo)表示的葉片二階非線性氣彈常微分方程組，根據(jù)片條理論計(jì)算非線性廣義氣動(dòng)力；利用攝動(dòng)技術(shù)在非線性靜平衡點(diǎn)附近對(duì)非線性氣彈系統(tǒng)進(jìn)行線性化，采用特征值方法以及時(shí)域積分法估計(jì)葉片的非線性顫振邊界和氣彈響應(yīng)的穩(wěn)定性；同時(shí)研究了預(yù)扭對(duì)彎-彎-扭耦合葉片的氣彈穩(wěn)定性的

4、影響，得出了一次預(yù)扭和二次預(yù)扭作用下的氣彈穩(wěn)定性規(guī)律。
　　3）基于結(jié)構(gòu)阻尼的彎-彎-扭耦合葉片的氣彈穩(wěn)定性分析。計(jì)算了復(fù)合材料薄壁結(jié)構(gòu)的模態(tài)阻尼因子，研究了葉片加入結(jié)構(gòu)阻尼的方法，并對(duì)于不同的鋪層角度，對(duì)比了未加結(jié)構(gòu)阻尼和加入結(jié)構(gòu)阻尼后的穩(wěn)定性，得出了結(jié)構(gòu)阻尼對(duì)穩(wěn)定性影響的相關(guān)結(jié)論，
　　特征值分析和時(shí)域計(jì)算結(jié)果表明：風(fēng)力機(jī)葉片的轉(zhuǎn)速、纖維鋪層角、預(yù)扭以及結(jié)構(gòu)阻尼對(duì)葉片非線性顫振邊界，有明顯的影響；所建立的分析模型與計(jì)算方