長(zhǎng)柔葉片尾緣迎風(fēng)工況氣彈振動(dòng)誘發(fā)機(jī)理及預(yù)測(cè)研究風(fēng)力機(jī)氣彈概述典型故障形式及工程應(yīng)對(duì)措施風(fēng)力機(jī)氣彈概述典型故障形式及工程應(yīng)對(duì)措施尾緣迎風(fēng)降載工況氣彈振動(dòng)現(xiàn)象及機(jī)理二三三氣動(dòng)阻尼預(yù)測(cè)方法總結(jié)及討論氣動(dòng)阻尼預(yù)測(cè)方法總結(jié)及討論四五五一、風(fēng)力機(jī)氣彈概述l風(fēng)電“大”時(shí)代：大兆瓦風(fēng)機(jī)、超長(zhǎng)葉片VS輕量化、低成本一、風(fēng)力機(jī)氣彈概述機(jī)艙方向機(jī)艙方向葉片轉(zhuǎn)動(dòng)方向風(fēng)力機(jī)工況多，運(yùn)行姿態(tài)參數(shù)多，組合形成多種復(fù)雜入流條件一、風(fēng)力機(jī)氣彈概述123456789當(dāng)前葉片尺寸大、頻率較低且密集，與復(fù)雜一、風(fēng)力機(jī)氣彈概述氣動(dòng)彈性力學(xué)研究彈性體在氣流中運(yùn)動(dòng)時(shí)的力學(xué)行為，涉及空氣動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和彈性力學(xué)彈性力彈性力學(xué)慣性力氣動(dòng)力Collar的力三角形學(xué)運(yùn)。的。界Mξ+Cξ+Kξ運(yùn)。的。界q振動(dòng)的結(jié)構(gòu)誘發(fā)流體的非定常運(yùn)動(dòng)，流體又對(duì)氣動(dòng)彈性對(duì)風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電效率和安全性有顯著影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使結(jié)構(gòu)破壞造成事故風(fēng)力機(jī)氣彈概述典型故障形式及工程應(yīng)對(duì)措施風(fēng)力機(jī)氣彈概述典型故障形式及工程應(yīng)對(duì)措施尾緣迎風(fēng)降載工況氣彈振動(dòng)現(xiàn)象及機(jī)理二三三氣動(dòng)阻尼預(yù)測(cè)方法總結(jié)及討論氣動(dòng)阻尼預(yù)測(cè)方法總結(jié)及討論四五五二、典型故障形式及工程應(yīng)對(duì)措施停機(jī)狀態(tài)下的擺振二、典型故障形式及工程應(yīng)對(duì)措施凈空掃塔痕跡現(xiàn)狀：本質(zhì)是靜氣動(dòng)彈性影響問(wèn)題。受地形影響，近地風(fēng)切變復(fù)雜，凈空設(shè)計(jì)需考慮這些因素二、典型故障形式及工程應(yīng)對(duì)措施應(yīng)對(duì)措施應(yīng)對(duì)措施極端風(fēng)速顫振破壞二、典型故障形式及工程應(yīng)對(duì)措施l振動(dòng)常發(fā)生在葉片靜止時(shí)，通常在并網(wǎng)前/故障維修l并非極端風(fēng)速（10m/s風(fēng)向角（30度以上）和入流傾角（20度以上）關(guān)鍵；l振動(dòng)方向常見(jiàn)于擺振方向，近似單自由度顫振問(wèn)題，振動(dòng)頻率通常鎖定于振動(dòng)方向的模態(tài)頻率；現(xiàn)狀及應(yīng)對(duì)措施現(xiàn)狀及應(yīng)對(duì)措施三、停機(jī)工況氣彈研究進(jìn)展l易誘發(fā)非預(yù)期的揮舞方向振動(dòng)，風(fēng)洞試驗(yàn)證實(shí)。DU91-W2-180翼型風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比風(fēng)葉片尾緣迎風(fēng)工況示意圖及誘發(fā)的揮舞振動(dòng)風(fēng)葉片尾緣迎風(fēng)工況示意圖及誘發(fā)的揮舞振動(dòng)但氣動(dòng)力曲線隨攻角變化可能更加復(fù)雜風(fēng)力機(jī)氣彈概述典型故障形式及工程應(yīng)對(duì)措施風(fēng)力機(jī)氣彈概述典型故障形式及工程應(yīng)對(duì)措施尾緣迎風(fēng)降載工況氣彈振動(dòng)現(xiàn)象及機(jī)理二三三氣動(dòng)阻尼預(yù)測(cè)方法總結(jié)及討論氣動(dòng)阻尼預(yù)測(cè)方法總結(jié)及討論四五五三、尾緣迎風(fēng)工況揮舞振動(dòng)現(xiàn)象及機(jī)理三、尾緣迎風(fēng)工況揮舞振動(dòng)現(xiàn)象及機(jī)理Amplitude二維翼型氣動(dòng)彈性風(fēng)洞試驗(yàn)原理與實(shí)物圖22.134Hz46Amplitude二維翼型氣動(dòng)彈性風(fēng)洞試驗(yàn)原理與實(shí)物圖22.134Hz46140001200010000400020006000800000210Y(Y(cm)Frequency(Hz)Time(s)Frequency(Hz)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷孛嬖囼?yàn)響應(yīng)及頻率三、尾緣迎風(fēng)工況揮舞振動(dòng)現(xiàn)象及機(jī)理三、尾緣迎風(fēng)工況揮舞振動(dòng)現(xiàn)象及機(jī)理stableunstable0.10.080.06155相差約2°,計(jì)算失穩(wěn)減風(fēng)洞試驗(yàn)失穩(wěn)范圍耦合仿真失穩(wěn)范圍6m/s6m/s7m/s8m/s9m/s10m/s11m/s12m/s13m/s14m/s50不同試驗(yàn)工況振幅大小unstableunstableCFD-CSDExp0失穩(wěn)邊界對(duì)比三、尾緣迎風(fēng)工況揮舞振動(dòng)現(xiàn)象及機(jī)理Peak-to-Peak(cm)Frequency(Hz) 520結(jié)構(gòu)減縮頻率對(duì)失穩(wěn)特性的影響Peak-to-Peak(cm)Frequency(Hz) 520結(jié)構(gòu)減縮頻率對(duì)失穩(wěn)特性的影響86 86αα=165°風(fēng)洞試驗(yàn)振幅隨風(fēng)速變化α=165°風(fēng)洞試驗(yàn)頻率隨風(fēng)速變化Ampl/cks10.50Ampl/cks10.50 ks0.521α=167°耦合仿真振幅隨ksα=167°耦合仿真振幅隨ks變化氣動(dòng)彈性分析模型流動(dòng)模態(tài)與結(jié)構(gòu)模態(tài)耦合過(guò)程氣動(dòng)彈性分析模型流動(dòng)模態(tài)與結(jié)構(gòu)模態(tài)耦合過(guò)程{.s氣動(dòng)力模型構(gòu)建離散狀態(tài)空間連續(xù)狀結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程三、尾緣迎風(fēng)工況揮舞振動(dòng)現(xiàn)象及機(jī)理尾緣迎風(fēng)揮舞振動(dòng)失穩(wěn)機(jī)理分析0.0040.0020-0.002-0.004102030Tks=1.2 0ks=1.2 0123450.40.35 0.30.25 0.20.15 0.10.050ks訓(xùn)練信號(hào)0.030.020.01-0.01-0.02-0.03訓(xùn)練模型結(jié)果與CFD對(duì)比0.030.020.01-0.01-0.02-0.03CFDROM406080020406080tImagImagfluidmodeks=0.12-0.25-0.2ImagImagfluidmodeks=0.12-0.25-0.2-3.5-3-2.5-2Real-1-0.500.5-1.52031降階模型獲得的流動(dòng)頻率降階模型得到的耦合系統(tǒng)根軌跡三、尾緣迎風(fēng)工況揮舞振動(dòng)現(xiàn)象及機(jī)理尾緣迎風(fēng)揮舞振動(dòng)失穩(wěn)機(jī)理分析尾緣迎風(fēng)揮舞振動(dòng)失穩(wěn)機(jī)理分析ks=0.12ImagImagRealIRealImag尾緣迎風(fēng)揮舞振動(dòng)理論模型168°耦合系統(tǒng)根軌跡ks=0.12006結(jié)構(gòu)與流動(dòng)模態(tài)阻尼隨ks的變化圖結(jié)構(gòu)與流動(dòng)模態(tài)響應(yīng)頻率隨ks的變化圖三、尾緣迎風(fēng)工況揮舞振動(dòng)現(xiàn)象及機(jī)理ROMCFD-CSDROMCFD-CSDksks165°攻角附近ROM與FSI方法失穩(wěn)邊界對(duì)比尾緣迎風(fēng)工況兩個(gè)失穩(wěn)區(qū)間ROM與FSI失穩(wěn)邊界對(duì)比三、尾緣迎風(fēng)工況揮舞振動(dòng)現(xiàn)象及機(jī)理0.60.40.20ζ=0ζ=0.008ζ=0.016ζ=0.032unstable-0.2-0.10Real0.010-0.01-0.020.010-0.01-0.02ζζ=0ζ=0.008ζ=0.016ζ=0.032unstable0.150.20.25ks0.60.40.2ζ=0ζ=0.008ζ=0.016ζ=0.032unstable-0.10Realunstable0.010-0.01-0.02-0.03-0.04-0.0500.20.40.6ksunstable0.010-0.01-0.02-0.03-0.04-0.0500.20.40.6ks0-0.2增加阻尼比，增加結(jié)構(gòu)分支穩(wěn)定性；增加質(zhì)量比，降低耦流動(dòng)模態(tài)與結(jié)構(gòu)模態(tài)耦合程度不同（質(zhì)量比不同），結(jié)構(gòu)模態(tài)分支左移（增加結(jié)構(gòu)阻風(fēng)力機(jī)氣彈概述典型故障形式及工程應(yīng)對(duì)措施風(fēng)力機(jī)氣彈概述典型故障形式及工程應(yīng)對(duì)措施尾緣迎風(fēng)降載工況氣彈振動(dòng)現(xiàn)象及機(jī)理二三三氣動(dòng)阻尼預(yù)測(cè)方法總結(jié)及討論氣動(dòng)阻尼預(yù)測(cè)方法總結(jié)及討論四五五四、氣動(dòng)阻尼預(yù)測(cè)方法N尾緣迎風(fēng)分離較弱葉片氣動(dòng)阻尼計(jì)算思路四、氣動(dòng)阻尼預(yù)測(cè)方法0來(lái)流風(fēng)向角定義來(lái)流風(fēng)向角定義Chord00.20.40.60.810.020.010.050.040.0305四、氣動(dòng)阻尼預(yù)測(cè)方法0.50.45damping:0.0050.010.40.350.30.250.20.150.115516016510175180185UnstableAoa()葉片揮舞模態(tài)氣動(dòng)負(fù)阻尼分布不同結(jié)構(gòu)減縮頻率下，葉片的失穩(wěn)風(fēng)向角范圍四、氣動(dòng)阻尼預(yù)測(cè)方法RMSRMS5022m/s風(fēng)洞試驗(yàn)不同風(fēng)向角葉根應(yīng)變均方根s0s0Ks=0.06，預(yù)測(cè)失穩(wěn)區(qū)域與試驗(yàn)失穩(wěn)區(qū)域?qū)Ρ仍?56°與180°附近出現(xiàn)了較大的揮舞發(fā)展的葉素阻尼方法預(yù)測(cè)失穩(wěn)邊界與試驗(yàn)失穩(wěn)四、氣動(dòng)阻尼預(yù)測(cè)方法該方法可以提取氣動(dòng)阻尼的分布特征和局部貢獻(xiàn)，從氣彈穩(wěn)定性角度指導(dǎo)ζn0ζn0葉片兩個(gè)失穩(wěn)風(fēng)向角下不同截面當(dāng)?shù)貋?lái)流攻角