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垂直轴风轮气动弹性稳定性和结构动力响应分析

放大字体 缩小字体 发布日期:2018-09-04 18:39:13   来源:新能源网  编辑:全球新能源网  浏览次数:434


  基本假设

  为了推导运动方程作如下一些基本假设

  (1)桨叶为troposkien形状,

  (2)桨叶截面对主惯性轴,有气动中 心,弹性中心和重心。而弹性中心和质量中心 是重合的,

  (3)桨叶截面垂直于弹心轴线(变形仍保持垂直于变形后弹性轴线),桨叶截面不受变形的影响。另外扭转变形被忽略。

  (4)桨叶可在两个相互垂直干弹性轴方 向弯曲。

  (5)偏转、拉伸和旋转变形是小量的,

  (6)应用了准定常叶素片条理论;

  (7)考虑了动失速和涡流的影响。

  坐标系统

  为了导出运动方程必须计算出任意点的相对速度。为此,桨叶上一点的旋转坐标与固定到塔上的惯性坐标之间关系,可通过一系列平移和转动的换算得到。根据这些坐标系统可直接计算出所有矩阵和力。然后根据广义坐标来表示运动方程。

  这些广义坐标对应的自由度如下

  (1)桨叶挥舞和摆振方向的位移 Ux=∑U i(x)BSiK

  式中U;(x)。是桨叶第i阶特征模态,而SIl【是桨叶k第i阶振型广义坐标。

  图l为参考坐标。

  运动方程

  运动万程

  为了确定旋翼——塔耦合系统的运动方程应用了Lagrange原理,为了得到动能、势能和阻尼项,必须计算桨叶上任意点的速度,经过代数转换以后,以局部坐标s。表示其速度。

  从这个方程可以计算桨叶能量项目,桨叶的变形代入这个方程,能量项目就可用广义坐标表示。用Lagrange方程最后导出运动方程,这些方程是一组常系数二阶微分方程,因为垂直轴风轮结构是对称的。气动弹性稳定性和动力响应运动方程分别是

  式中

  (m)是结构质量矩阵

  (d)是结构阻尼矩阵

  (g)是陀螺矩阵

  (r)是气动阻尼矩阵

  (k)是结构刚度矩阵

  (G)是重力矩阵

  (S)是几何刚度矩阵

  (C)是离心力矩阵

  (q)是气动刚度矩阵

3
 
关键词: 风轮 桨叶

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