大展弦比風(fēng)力機(jī)槳葉是一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的柔性體,在氣動(dòng)彈性耦合下其受力和變形十分復(fù)雜。如何通過主動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜作用下達(dá)到減振降載的目的是一個(gè)關(guān)鍵問題。針對(duì)此問題,將風(fēng)力機(jī)槳葉簡(jiǎn)化為在其展向分布尾緣襟翼的復(fù)合材料懸臂梁疊層板。通過Rayleigh-Ritz法得到槳葉的彈性變形模型,結(jié)合Theodorsen片條理論氣動(dòng)力,建立了槳葉的氣彈模型。采用模型預(yù)測(cè)控制（MPC）技術(shù)設(shè)計(jì)了主動(dòng)控制器,實(shí)現(xiàn)了槳葉的振動(dòng)控制。仿真結(jié)果表明:分布式尾緣襟翼在預(yù)測(cè)控制器的調(diào)節(jié)下能有效減小槳葉揮舞和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。其中展長(zhǎng)方向上槳葉中部和葉尖處揮舞振動(dòng)位移分別減小約15%、30%,80%展長(zhǎng)處的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)位移減小約70%;系統(tǒng)響應(yīng)收斂時(shí)間縮短約50%。 

【文章來源】：振動(dòng)與沖擊. 2018,37(14)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

圖1分布式襟翼智能槳葉概念圖

iveControl，MPC)是20世紀(jì)80年代初開始發(fā)展起來的一類新型計(jì)算機(jī)控制算法［15］，并且受到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界研究人員的持續(xù)關(guān)注。它具有控制效果好、魯棒性強(qiáng)、對(duì)模型精確性要求不高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它可處理輸入輸出有約束、多目標(biāo)優(yōu)化跟蹤等復(fù)雜問題。因此本文在最后通過模型預(yù)測(cè)控制算法對(duì)分布式尾緣襟翼對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行主動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了尾緣襟翼對(duì)大展弦比槳葉減振降載的目的。1帶分布式尾緣襟翼的槳葉數(shù)學(xué)模型1．1槳葉氣動(dòng)彈性模型這里以均質(zhì)、對(duì)稱的懸臂梁模型作為風(fēng)力機(jī)研究對(duì)象，簡(jiǎn)化模型如圖2。圖2槳葉的簡(jiǎn)化懸臂梁模型Fig．2Simplifiedcantileverbeammodelofblade根據(jù)Ｒayleigh-Ｒitz法［16］槳葉的縱向變形位移ω可寫成如下形式ω(x，y，t)=∑Ni=1?i(x)ψi(y)qi(t)(1)式中:?i(x)和ψi(y)分別為槳葉沿x和y坐標(biāo)方向的第i階陣型函數(shù);qi(t)為第i階廣義位移。陣型函數(shù)的選取必須滿足懸臂梁的邊界條件。本文N值取為3，陣型函數(shù)［17］如下:?1(x)=懸臂梁一階彎曲陣型，ψ1(y)=1;?2(x)=懸臂梁二階彎曲陣型，ψ2(y)=1;?3=sin［πx/(2l)］，ψ3(y)=y/c。式中:l為槳葉展長(zhǎng);c為槳葉弦長(zhǎng)。槳葉的動(dòng)能為T=12∫l0∫c/2－c/2mdωd()t2dydx(2)式中:m為槳葉單位面積的密度。槳葉應(yīng)變勢(shì)能［18］為U=12∫l0∫c/2－c/2D11?2ω?x()22+2D12?2ω?x2?2ω?y2+D22?2ω?y()22+4D16?2ω?x2?2ω?x?y+4D

圖3翼型橫斷面分析圖Fig．3Airfoilcross-sectionofanalysismodelgeometry槳葉的振動(dòng)位移，即槳葉橫截面的揮舞與扭轉(zhuǎn)彎曲位移移由式(1)可得為α=α0+?ω?y=α0+1c?3q3h=?1q1+?2q{2(5)式中:α為槳葉攻角;α0為槳葉根部攻角;h為槳葉揮舞位移。槳葉截面的氣動(dòng)力、氣動(dòng)力矩和廣義力可由Theodorsen片條理論［19］可得L=－πρb2h··+Vα·－ba－VπT4β·－bπT1β()··－2πρVbQaC(k)(6)M=πρb2bah··－Vb12(－a)α·－b218+a()2a··[+Vbπ－T1+T8+(c－a)T4－12T()11β·－V2π(T4+T10)β+b2π(T7+(c－a)T1)β]··+2ρVb2π12(+a)QaC(k)(7)Qa=Vα+h·+b12(－a)α·+VπT10β+b2πT11β·(8)式中:ρ為空氣密度;b為半弦長(zhǎng);V為風(fēng)速;a為翼弦中心到翼弦剛心距離與半弦長(zhǎng)的比值;C(k)為Theodorsen函數(shù)，與折合頻率k有關(guān);c為尾緣襟翼控制面鉸鏈距離翼弦中點(diǎn)距離占半弦長(zhǎng)的百分比;T1、T4、T7、T8、T10、T11為氣動(dòng)參數(shù)，是c的函數(shù)。1．2尾緣襟翼模型將尾緣襟翼作為控制面分布安裝于風(fēng)力機(jī)槳葉展長(zhǎng)方向上，調(diào)節(jié)襟翼偏轉(zhuǎn)角發(fā)生變化，對(duì)整個(gè)槳葉產(chǎn)生附加局部升力和力矩。分布式尾緣襟翼的氣動(dòng)力計(jì)算采用片條理論，設(shè)其函數(shù)為:β(x，t)=?4(x)q4(t)(9)式中:?4(x)1xis＜x＜xif0{其他

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3580600