[发明专利]一种风力发电机叶片翼型颤振的预测方法

摘要

本发明涉及一种风力发电机叶片翼型颤振的预测方法，先用特征值法预测的颤振区间，可以根据特征值法得到的颤振区间，用时域分析法，在临界叶尖速比或者变化比较剧烈的附近进行详细的求解，其它叶尖速比可以根据需要选取，没有必要按照步长来进行选取，可以明显减小时域分析法的盲目性，这样通过调整叶尖速比，可以观察到各种气动响应的发散和收敛情况，调整可以得到的叶片翼型的颤振区间并同时判别颤振激烈程度。两种方法得到的颤振区间结果可以相互印证，相互支持，将促使风力机叶片安全稳定运行，避免叶片颤振的发生，从而避免各种危害和后果。

主权项

一种风力发电机叶片翼型颤振的预测方法，其特征在于，具体包括如下步骤：首先采用特征值法初步预测颤振区间：1）选定翼型、确定叶片各项结构参数；2）建立二维叶片翼型的气动弹性方程；3）求气动弹性方程中的气动力和气动力矩：将气动力和气动力矩用气动刚度系数和气动阻尼系数进行表达；4）通过叶片翼型气动系数表查表或拟合，得到叶片翼型的升力系数和阻力系数，及其对攻角的变化率；5）设定叶片设计过程中关注的叶尖速比范围，同时设定叶尖速比的求解步长；6）求解气动刚度系数和气动阻尼系数：在叶尖速比的设计范围内根据求解步长确定叶尖速比，在改进动量叶素理论的基础上，对轴向诱导因子和周向诱导因子进行迭代，一直到得到满足所设定误差要求的两个诱导因子，从而求得叶片翼型的气动刚度系数和气动阻尼系数；7）建立并求解特征方程：建立与二维叶片翼型气动弹性方程对应的特征方程并对其进行求解，从而得到特征值实部随叶尖速比变化的曲线；8）获取叶片翼型的颤振区间；通过判断特征值实部的正负号判断是否出现颤振，若出现正号，则系统不稳定，即出现颤振；若出现负号，则系统发生颤振，因此，在7）中的曲线中，特征值实部为正的部分所对应的叶尖速比的范围即为选定的叶片翼型的颤振区间，叶片翼型的颤振区间以叶尖速比范围表示；9）微调叶片翼型的颤振区间：通过修改叶尖速比的求解步长，可以实现对叶片翼型的颤振区间进行微调；然后采用时域分析法详细预测颤振区间：10）选取叶片挥舞的初始位移、初始速度以及叶片扭转运动的初始角位移和初始角速度，选择初始较小的数值；11）直接以特征值法初步预测的颤振区间作为时域分析法的叶尖速比范围；12）选定区间中叶尖速比，采用改进动量叶素理论对轴向诱导因子和周向诱导因子进行迭代，从而求得叶片翼型的气动刚度系数和气动阻尼系数；13）利用龙格库塔数值计算方法迭代求解叶片翼型气动弹性方程的响应，从而得到挥舞位移、挥舞速度以及扭转角位移、扭转角速度、扭转角加速度的响应；14）根据气动弹性响应是否发散判别是否发生颤振，根据响应曲线的发散程度判别颤振发生的剧烈程度，同一参数下的一组曲线只要有一个出现发散，就说明在这个参数下，叶片翼型发生了颤振。