基于ONERA气动力模型的风力机叶片颤振时域分析

应用ONERA气动力模型对挥舞-摆动耦合风力机叶片进行颤振分析,数值分析采用NACA0012叶型的风力机叶片数据,根据数值积分得到叶片自激振动的时间响应曲线,由此容易判别在给定风速下,叶片的气动弹性稳定性。研究结果为动力失速状态下叶片稳定性的分析与判别提供了一个可选择的途径。

基于ONERA模型的柔性叶片气弹稳定性研究

为了探究大型风力机柔性叶片在挥舞-摆振耦合作用下的气弹稳定性,文章基于ONERA非线性气动模型建立了包括二维翼型非线性气动升阻力方程及其挥舞-摆振耦合运动方程的气弹模型。利用该气弹模型计算得到NREL 5 MW风力机叶中段DU35-A17翼型在叶片变桨前后的挥舞、摆振变形量变化曲线,并与FAST计算结果进行比较,以验证气弹模型的准确性。结果表明:在额定工况时,叶片出现z轴正方向、y轴负方向的弯曲变形;风力机未变桨时,挥舞、摆振变形量会随风速增大而增大;叶片变桨后,挥舞、摆振变形量会比额定工况下的变形量有所减少。由于计算得到的挥舞、摆振变形量曲线是收敛的,故叶片是气弹稳定的。该气弹模型为评估大型风力机柔性叶片气弹稳定性提供了新方法,计算得到的挥舞摆振位移数据为优化风力机结构参数、提升叶片气弹稳定性提供了数据参考。

风力机复合材料叶片的动力失速气弹稳定性研究

研究复合材料风力机转子叶片的非线性气弹稳定性问题。叶片结构采用匀速旋转的、具有周向反对称刚度(CAS)构型的弯—扭耦合复合材料薄壁梁模型;气动力采用大攻角动力失速非线性ONERA模型。基于Galerkin法建立广义坐标表示的叶片二阶非线性气弹常微分方程组,利用片条理论简化对非线性广义气动力的求解。基于摄动技术在非线性静平衡点附近对非线性气弹系统进行线性化,采用特征值方法以及时域积分法估计叶片的非线性颤振边界和气弹响应的稳定性问题。通过数值分析,揭示叶片转速、叶片纤维铺层角对非线性颤振边界的影响。

无人机伞降回收十二自由度模型建立与仿真

在无人机的伞降回收过程中,无人机与降落伞一直处于一种动平衡的状态,因此两者间约束关系的处理将是伞降回收动力学建模的难点。为了解决该问题,将无人机伞降回收系统划分为降落伞、吊带和无人机三部分,通过吊带连接点的速度关系得到吊带伸长量,通过弹性系数与吊带伸长量的乘积得到吊带拉力,并将其分别施加于降落伞和无人机系统,最终基于牛顿-欧拉方程建立了无人机伞降回收系统十二自由度模型,其中采用ONERA方程建立无人机由前飞过渡到稳定下降阶段的非定常气动力模型。通过数值仿真与实验数据对比可以发现:十二自由度模型和实验数据的结果一致,验证了该模型的准确性。十二自由度模型相比于六自由度模型精度更高。文中所建模型可为无人机伞降回收系统中降落伞的选取、无人机着陆点的确定提供参考。

基于复合材料薄壁结构的转子叶片非线性气弹时域响应分析

阐述了基于复合材料薄壁梁结构的风力机转子叶片非线性气弹响应分析方法。结构是基于不同刚度系数的挥舞和扭转组成的弯-扭耦合模型,而非线性气动力的计算采用非线性ONERA模型。在Galerkin法基础上,利用片条理论分解了非线性气动力的积分项,构建了结构和气动力相结合的非线性微分方程组,给出了分析非线性气弹响应的方法,并基于小范围近似法进行了线性化,研究了线性化后的时域响应,给出了基于线性化后的时域响应进行稳定性分析的方法。

大展弦比机翼的非线性气弹响应分析

高空长航时飞行器将在未来军事与民用领域具有广阔的应用前景,这类飞行器具有大展弦比、大柔度机翼,在对该类型结构的气弹响应分析中,必须要考虑机翼的非线性因素。目前,对大型的工程结构MSC.NAS-TRAN提供了线性颤振、线性气弹的计算功能,但无法进行非线性结构的气弹响应分析。本文在非线性运动方程中引入ONERA气动力的线性项,利用DMAP语言在NASTRAN非线性瞬态响应分析程序中加入相关气动力模块,实现了大型有限元机翼的非线性气弹响应分析。文中给出了算例,结果验证了该法分析大展弦比机翼结构气弹响应的有效性,具有重要的工程应用价值。

大攻角失速下翼型非线性颤振速度计算分析

基于ONERA失速气动力模型,建立二元大攻角失速翼型非线性颤振运动的状态方程,通过龙格库塔法进行数值积分,获得二元翼型的非线性颤振时域响应曲线,并通过二分法寻找到失速翼型的颤振临界速度。仿真预测了半弦长对失速翼型气动弹性的影响规律,计算发现,随着半弦长的值变大,颤振速度会发生突跃,当弦长为0.5 m时,颤振速度最大,发生颤振的难度最大。

大型水平轴风力机叶片气弹稳定性研究及控制

阐述非线性气动弹性模型建立过程,修正后的非线性ONERA气弹模型基于拉格朗日方程和泰勒级数展开,经过小范围近似线性化,得到可直接分析的线性化气弹模型。模拟极端条件下叶片挥舞和摆振方向受迫振动情形,通过simulink模块搭建进行系统仿真。提出了最优PID控制方法和线性二次型的主动控制过程及控制结果对比分析。着重阐述了最优控制的控制思想和LQR控制的分析过程,得到易于实现的主动控制方法。所选取的LOR控制法适用广泛且成本较低、易于实现。