大型风力机气动弹性响应计算研究

2012-04-07吕计男刘子强冉景洪

空气动力学学报 2012年1期

吕计男，刘子强，赵玲，冉景洪

（中国航天空气动力技术研究院，北京 100074）

0 引言

随着风力发电事业的蓬勃发展，风力机的功率已经由初期的千瓦级小型风力机上升为现在的兆瓦级大型风力机，风力机叶片长度和重量都呈现快速增加的趋势。风力机叶片的气动弹性分析需要气动力载荷及结构数据。目前，气动力载荷计算主要以动量叶素理论（BEM）及计算空气动力学（CFD）方法为主。BEM方法简单快捷，应用方便，理论成熟度高，一直是国内外风力机气动载荷及气动弹性问题研究的重要手段。CFD方法可以提供精确的流场描述，但对计算机硬件的要求很高，计算效率较低，特别是对气动弹性分析所需的非定常气动力计算尚存在很大难度。

本文选用南京航空航天大学设计的NH1500风轮叶片作为研究对象。该叶片长度40.5m，三维构型由南航优化后NH02系列翼型叠加组成。针对大型风力机叶片气动弹性响应计算，本课题组开发了一套基于BEM方法的气动弹性分析程序，该程序可以考虑偏航工况、计及叶尖及轮毂损失、考虑翼型厚度和宽度、风剪切的影响，并可以进行失速修正。本文针对NH1500叶片，比较了本程序计算的气动载荷结果与商用软件GH Bladed的结果，验证了程序可靠性，并给出风力机整机结构在气动载荷作用下的响应结果。