【摘要】：近年來,隨著風力機機組日趨大型化,槳葉的尺寸也隨之增大。大展弦比風力機槳葉是一個細長的柔性體,在氣動彈性耦合下其受力和變形十分復雜。如何通過主動流動控制技術(shù)實現(xiàn)風力機槳葉在復雜作用下的減振降載和增加風能捕獲量成為了一個關(guān)鍵問題。針對此問題,本論文所做的工作有以下幾點:首先,以現(xiàn)行2.5hMW風力機的具體參數(shù)為依據(jù),采用Pro/E軟件,建立了槳葉的三維實體模型。采用ANSYS Workbench軟件對所建立的槳葉模型進行了槳葉的前六階振動模態(tài)分析,得到了槳葉的主要振動形式和相應(yīng)的振動的固有頻率。其次,根據(jù)Rayleigh-Ritz法建立了風力機槳葉彈性模型,耦合Theodorsen非定常片條理論建立了槳葉的氣動彈性模型。通過拉格朗日方程得到槳葉控制系統(tǒng)的運動微分方程,然后將運動微分方程變換得到其狀態(tài)空間方程,并間接證明了控制方程的正確性。再次,明確控制系統(tǒng)的控制目標,選擇模型預測控制算法作為控制策略。通過MATLAB軟件編程,對被控對象仿真分析。分析結(jié)果得出:在模型預測控制算法的控制下,分布式尾緣襟翼控制面能有效減小槳葉揮舞和扭轉(zhuǎn)振動,并且在突發(fā)擾動情況下能快速回到穩(wěn)定值;控制槳葉攻角跟蹤階躍和正弦信號,由仿真結(jié)果可以看出攻角能夠快速精確地跟蹤期望輸出信號,實現(xiàn)大型風力機槳葉的局部調(diào)節(jié),這可以配合變槳距系統(tǒng)提高風能捕獲功率。最后,分布式尾緣襟翼控制面具有冗余特性,對單尾緣襟翼控制面出現(xiàn)故障的情況下系統(tǒng)控制目標的故障容忍能力進行了仿真。仿真結(jié)果表明:當尾緣襟翼控制面出現(xiàn)故障時,控制系統(tǒng)對減振效果故障容忍能力良好,但會在一定范圍內(nèi)影響控制攻角跟蹤;控制面改變的是安裝位置處氣動特性,減小控制面的安裝范圍、增多控制面的數(shù)量能夠提高槳葉的控制精度。
【圖文】：

緒論.1 本文研究背景與意義近年來，隨著全球氣候和傳統(tǒng)石化能源的問題日益凸顯，風能作為一種無污染的清源，漸漸引起了全球各地的青睞。作為未來能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的重要組成部分，風力必將會有長足發(fā)展[1]。風力發(fā)電發(fā)展十分迅猛，按照能源局發(fā)布的可再生能源發(fā)展“五”規(guī)劃，2020 年，風力機裝機將達到 2.1 億千瓦以上。隨著風力發(fā)電的發(fā)展，風力發(fā)電機組呈由陸地向海上的發(fā)展趨勢[2]。這就對風力機功率的要求日益增大，槳葉尺寸也隨著增大。圖 1-1 為來自歐洲風能協(xié)會公布的風力葉尺寸規(guī)模發(fā)展趨勢。風輪直徑高達 140m 的 6MW 風力機已于 2010 年研制成功，直徑高達 160m 的大型風力機已投入試運行[3]。日趨大型化的槳葉在整個風力機系統(tǒng)本中占據(jù)很大的比例。為了減少大展弦比槳葉的重量，風力機槳葉使用輕型復合材料此槳葉一般設(shè)計成大展弦比高柔性的特點。大展弦比的槳葉柔性高，在以往直徑較小力機槳葉研究中氣動彈性效應(yīng)沒有受到重視[4]。

同時，許多設(shè)計上的限制使裝置來結(jié)構(gòu)、增加可維護性等都應(yīng)該盡槳葉進行有限次數(shù)的維護。附加的能力等性能指標之間進行權(quán)衡。葉控制技術(shù)的啟發(fā)下，可以移動控乎是可行的。尾緣襟翼通過增加或最大升力、升力曲線斜率和零升力式：連續(xù)柔性變形和剛性變形。尾�；谝酝挠嬎愫蛯嶒灲Y(jié)果，，當別為 0.65lC 和 0.14mC[16]。翼，通過實驗計算說明襟翼的安裝力、失速特性）都有影響。趙萬里行數(shù)值模擬，同時探討了襟翼對風
【學位授予單位】：西安理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TK83

【參考文獻】

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本文編號：2699767