垂直軸風(fēng)輪氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析

      在布魯塞爾自由大學(xué)對(duì)水平軸和垂直軸風(fēng)輪氣動(dòng)力，氣動(dòng)彈性和動(dòng)力響應(yīng)做了大量有效的研究。本報(bào)告研究了垂直軸風(fēng)輪氣動(dòng)彈性特性和動(dòng)力響應(yīng)。計(jì)算程序包括有限元方法計(jì)算風(fēng)輪分部件共振頻率和模態(tài)，氣動(dòng)力和力矩計(jì)算。本報(bào)告還發(fā)展了強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)及氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性計(jì)算。
    現(xiàn)有方法是基于有限元和旋翼一塔耦合技術(shù)。在此方法中槳葉，旋轉(zhuǎn)軸和塔架以各自的模態(tài)來(lái)描繪，因此，計(jì)算出各自的分部件的特征值，然后，由各自的特征模態(tài)根據(jù)廣義坐標(biāo)導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)方程。，因垂直軸風(fēng)輪是軸向?qū)ΨQ(chēng)的，所以其運(yùn)動(dòng)方程是常系數(shù)微分方程，這樣就可采用標(biāo)準(zhǔn)的特征值的方法來(lái)求解。
    本研究解決了風(fēng)輪兩項(xiàng)重要特性的分析方法：(1一)確定耦合風(fēng)輪自然頻率和氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性分析方法，(2)在激振力作用下，風(fēng)輪結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析方法。激振載荷包含氣動(dòng)力、動(dòng)力及離心力。氣動(dòng)力是用雙多流管理論計(jì)算的。
    此方法經(jīng)在槳葉形狀為troposkien，兩個(gè)槳葉的達(dá)里厄垂直軸風(fēng)輪上進(jìn)行驗(yàn)證。算例選擇的風(fēng)輪是荷蘭PIONEER I號(hào)。在試驗(yàn)研究中，在結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)方面做了大量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明，本文所用的理論模型是可用的。
    圖2為垂直軸風(fēng)輪l至4階振型和振頻。