大型風力機氣動彈性響應計算研究

呂計男，劉子強，趙 玲，冉景洪

（中國航天空氣動力技術研究院，北京 100074）

0 引 言

隨著風力發(fā)電事業(yè)的蓬勃發(fā)展，風力機的功率已經由初期的千瓦級小型風力機上升為現(xiàn)在的兆瓦級大型風力機，風力機葉片長度和重量都呈現(xiàn)快速增加的趨勢。風力機葉片的氣動彈性分析需要氣動力載荷及結構數(shù)據(jù)。目前，氣動力載荷計算主要以動量葉素理論（BEM）及計算空氣動力學（CFD）方法為主。BEM方法簡單快捷，應用方便，理論成熟度高，一直是國內外風力機氣動載荷及氣動彈性問題研究的重要手段。CFD方法可以提供精確的流場描述，但對計算機硬件的要求很高，計算效率較低，特別是對氣動彈性分析所需的非定常氣動力計算尚存在很大難度。

本文選用南京航空航天大學設計的NH1500風輪葉片作為研究對象。該葉片長度40.5m，三維構型由南航優(yōu)化后NH02系列翼型疊加組成。針對大型風力機葉片氣動彈性響應計算，本課題組開發(fā)了一套基于BEM方法的氣動彈性分析程序，該程序可以考慮偏航工況、計及葉尖及輪轂損失、考慮翼型厚度和寬度、風剪切的影響，并可以進行失速修正。本文針對NH1500葉片，比較了本程序計算的氣動載荷結果與商用軟件GH Bladed的結果，驗證了程序可靠性，并給出風力機整機結構在氣動載荷作用下的響應結果。

1 葉片動量葉素理論氣動力建模

1.1 理論基礎

動量理論［1］主要用來估算風力機的理想輸出功率，該理論描述的是風力機葉輪整體與空氣氣流的能量交換情況。……