[發明專利]一種風力機葉片氣彈穩定性的優化方法

在審

• 申請號: 202211420479.5
• 申請日: 2022-11-15
• 公開（公告）號: CN115828778A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 王瓏;陳宇陽;王同光;孫鈺錕;黃晶;張寶旭
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/17;G06F113/06;G06F113/08;G06F119/14;G06F111/04;G06F119/02
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 張明浩

1.一種風力機葉片氣彈穩定性的優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：建立完整的葉片模型，構建葉片分段模型，通過計算得出葉片模型的整體力學性能，輸出葉片的扭轉剛度以及揮舞剛度分布；

S2：使用S1中所述的葉片模型建立風力機整機模型，對于風力機整機模型進行模擬仿真，仿真計算風力機的實際運行狀態，得到風力機的風輪轉速和葉片槳距角隨風速的變化關系，輸出為風力機整機模型運行仿真數據；

S3：根據S2中的風力機整機模型運行仿真數據（具體是否為風輪轉速和葉片槳距角隨風速的變化）計算風力機的葉片氣動彈性的穩定性，根據仿真數據，計算風力機在額定風速正負5m/s的風速的工況下氣彈穩定性；

S4：根據S3計算得出風力機葉片氣彈阻尼比曲線，若所有模態都為正阻尼，即可認為葉片穩定性，若其中某一階或某幾階的模態出現負阻尼，即可認為葉片不穩定；

S5：對葉片截面進行優化計算，計算優化系數曲線；

S6：根據S5的優化結果重新計算葉片模型的扭轉剛度以及揮舞剛度分布，重復S2到S4重新進行葉片穩定性分析；

S7：若葉片穩定，則導出葉片穩定的優化系數曲線，計算葉片截面的系數之和；若葉片不穩定，則重復S6進行葉片截面優化計算；

S8：循環進行葉片截面優化計算，導出系數和，收斂到葉片氣彈穩定性最優解或最優解集。

2.根據權利要求1所述的一種風力機葉片氣彈穩定性的優化方法，其特征在于，所述的S1中，完整的葉片模型參數包括氣動外形及詳細結構鋪層，葉片整體力學性能通過經典層合板理論進行計算，具體為：

S11，選擇葉片標準翼型截面分段，葉片其他截面暫不做處理；

S12，對每個葉片標準翼型截面進行分段截面，接近葉根部分分段較長，分段截面分布較稀疏，接近葉尖部分分段較短，分段截面分布較密集，使葉尖部分計算更加精確；

S13，葉片分段長度保持在5米以下；

S14，每段分段葉片攻角變換不超過5°；

S15，每段分段腹板扭角變換小于5°；

S16，使用經典層合板理論進行計算時，對葉片標準翼型截面已進行葉片分段截面處理的數據進行二次平均分段，保證計算的分段模型段長小于0.5米，使葉片的扭轉剛度以及揮舞剛度分布計算精度達到99.5%以上。

3.根據權利要求2所述的一種風力機葉片氣彈穩定性的優化方法，其特征在于，所述的S2中，對風力機整機模型進行實際額定運行工況模擬，計算風力機的風輪轉速和葉片槳距角隨風速的變化關系：

S21，模擬工況的風速從0開始緩慢增加直至大于額定風速10m/s為止；

S22，在達到額定風速后，保證風力機整機模型的轉速穩定在額定轉速；

S23，導出風輪轉速與葉片槳距角隨風速的變化關系曲線。

4.根據權利要求3所述的一種風力機葉片氣彈穩定性的優化方法，其特征在于，所述的S3具體為：

S31，計算風力機各階模態固有頻率，輸入S2中進行實際工況仿真，調整不同風速下的葉片槳距角，保證風力機穩定在額定轉速；

S32，計算風力機在額定風速正負5m/s的風速的工況下氣彈頻率以及氣彈阻尼比。

5.根據權利要求4所述的一種風力機葉片氣彈穩定性的優化方法，其特征在于，所述的S4中：

S41，計算出風力機在葉尖速比一定的情況下，不同風速下的氣彈頻率和氣彈阻尼比，若葉片前十階模態都是正阻尼，表明該工況下風力機葉片穩定，若其中的一階或幾階模態出現負阻尼，表明該工況下風力機葉片可能會發生氣彈失穩；

S42，最終優化目標保證所有工況下前十階模態氣彈阻尼比大于0.2%。