不同迎角的翼型氣彈特性風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究

劉暢暢， 劉子強(qiáng)， 季 辰

（中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院，北京100074）

0 引 言

風(fēng)能作為一種相對(duì)廉價(jià)的清潔能源普遍受到各國(guó)重視。我國(guó)雖然發(fā)展相對(duì)較晚，但風(fēng)力資源豐富，存在巨大的風(fēng)力發(fā)電潛力，目前已在多地建立大型風(fēng)電場(chǎng)。而作為重要發(fā)展方向的大功率風(fēng)力機(jī)，其最長(zhǎng)葉片尺寸已達(dá)到60多米［1］。伴隨著風(fēng)力機(jī)葉片的大型化、柔性化，氣動(dòng)彈性效應(yīng)影響日趨顯著。因此氣動(dòng)彈性問(wèn)題的研究，在大型風(fēng)力機(jī)的研制過(guò)程中至關(guān)重要。

做大范圍空間旋轉(zhuǎn)的柔性葉片在氣動(dòng)力和彈性變形的耦合作用下，可能面對(duì)多種氣動(dòng)彈性問(wèn)題，包括危害性極強(qiáng)的顫振。按照發(fā)生機(jī)理的不同劃分為兩類(lèi)：第一類(lèi)稱(chēng)為“經(jīng)典顫振”，一般發(fā)生在小迎角范圍內(nèi)，并無(wú)氣流分離現(xiàn)象出現(xiàn)；第二類(lèi)稱(chēng)為“失速顫振”，與氣流分離和漩渦形成有關(guān)。該類(lèi)振動(dòng)往往只與單自由度有關(guān)［2］，相對(duì)振動(dòng)快速發(fā)散的經(jīng)典顫振，氣動(dòng)力特性會(huì)有所改變，可能出現(xiàn)“極限環(huán)振蕩”。

傳統(tǒng)的氣動(dòng)彈性實(shí)驗(yàn)一般采用零迎角，而風(fēng)力機(jī)葉片經(jīng)常要在大迎角甚至深度失速狀態(tài)下運(yùn)行，因此具備不同于普通飛機(jī)翼型的特殊動(dòng)力學(xué)失效行為。本文設(shè)計(jì)可在多種給定迎角下作沉浮／俯仰運(yùn)動(dòng)的翼段振動(dòng)裝置，在低速風(fēng)洞中分別針對(duì)普通薄翼型NACA0012和風(fēng)力機(jī)翼型NREL S809，進(jìn)行氣動(dòng)彈性測(cè)試，用以研究不同迎角、不同風(fēng)速、不同翼型對(duì)氣動(dòng)彈性響應(yīng)的影響。

1 氣動(dòng)彈性實(shí)驗(yàn)

風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。其中，翼段伸入風(fēng)洞流場(chǎng)中，提供系統(tǒng)氣動(dòng)力，截面運(yùn)動(dòng)自由度如圖2所示；……