风力机后掠式叶片的弯扭耦合特性分析

针对积叠线后掠的风力机叶片弯扭耦合特性进行研究。以5 MW NREL叶片为原型,根据玻璃钢复合材料叶片的结构特性,应用ANSYS有限元分析软件中的APDL参数化语言建立复合材料直叶片和不同后掠量叶片的3维壳单元模型。首先研究后掠叶片的动力特性,分别对直叶片和2种后掠叶片进行数值模态分析,对比考察了直叶片与后掠式叶片弯扭各阶振型的变化规律;利用由节点位移法推导出的弯扭耦合系数来描述叶片的弯扭耦合特性,通过在叶尖处施加一个挥舞方向的集中力,数值计算出各分析截面节点的位移,利用最小二乘原理,计算出各截面的弯扭耦合系数,定量研究后掠叶片的弯扭耦合特性以及后掠量的影响。

叶片后掠对风轮结构与气动特性的影响研究

针对风力机叶片后掠对其弯扭耦合特性和气动性能的影响进行研究。以某5 MW风力机直叶片为原型,以叶片积叠线为二次曲线,设计2种叶尖后掠量不同的后掠型叶片。运用"超级单元"方法,建立叶片动力学模型。通过叶片动力特性数值仿真,对比分析直叶片和后掠叶片固有频率和振型随后掠量的变化情况;通过静载数值实验,测量叶片各截面的弯曲和扭转角度,分析弯扭耦合系数沿积叠线分布规律及其与后掠量的关系;通过叶片气弹耦合数值分析,比较后掠叶片在各风速下的风轮功率特性和推力特性,以研究叶片后掠对风轮气动特性和载荷特性影响。分析表明:风力机后掠叶片具有明显的挥舞弯曲与扭转变形耦合特性,在输出功率、叶根力矩、扭矩、推力等风力机性能参数上也有明显变化。