倪晨锋，李德源，汪显能，池志强

（广东工业大学机电工程学院，广州 510006）

10MW风力机叶片设计及其在随机风载荷下的响应分析*

倪晨锋，李德源†，汪显能，池志强

（广东工业大学机电工程学院，广州 510006）

对大型风力机柔性叶片的设计方法及其在随机风载荷作用下的动态响应与载荷特性进行了研究。根据风力机叶片空气动力学和结构设计理论，将柔性叶片离散为多个刚体，形成一个多体系统。根据多体动力学的建模方法和叶片气动模型，考虑两者的相互作用，建立了柔性叶片的非线性耦合动力学方程并开发了相应的仿真程序。算例分析了叶片在随机风载荷作用下的气弹载荷与随机振动响应，并对稳定风速和紊流风速下的响应结果作了对比分析。

风力机叶片；超级单元；叶素动量理论；时域响应

0　 引 言

目前10 MW的巨型风电机组已成为风力机领域竞相研发的对象［1］。由于叶片一端与轮毂相连，为类似悬臂梁的细长结构，随着单机功率的增加，叶片愈加细长，柔性和变形越来越大，变形和气动载荷的耦合以及所引起的风电机组气动弹性问题将更加突出。

柔性叶片动力响应分析的困难在于，一方面叶片较大的弹性变形和机械振动会反作用于叶片的空气动力载荷，引起气弹耦合；另一方面风载荷是一个随机变量。响应分析涉及到气动载荷模型和结构动力模型。在气动模型方面，叶素动量理论（blade element momentum， BEM）计算效率较高且结果比较符合实际，在风力机设计领域得到了广泛应用［2］；……