【摘要】：近年來,隨著風(fēng)力機機組日趨大型化,槳葉的尺寸也隨之增大。大展弦比風(fēng)力機槳葉是一個細(xì)長的柔性體,在氣動彈性耦合下其受力和變形十分復(fù)雜。如何通過主動流動控制技術(shù)實現(xiàn)風(fēng)力機槳葉在復(fù)雜作用下的減振降載和增加風(fēng)能捕獲量成為了一個關(guān)鍵問題。針對此問題,本論文所做的工作有以下幾點:首先,以現(xiàn)行2.5hMW風(fēng)力機的具體參數(shù)為依據(jù),采用Pro/E軟件,建立了槳葉的三維實體模型。采用ANSYS Workbench軟件對所建立的槳葉模型進(jìn)行了槳葉的前六階振動模態(tài)分析,得到了槳葉的主要振動形式和相應(yīng)的振動的固有頻率。其次,根據(jù)Rayleigh-Ritz法建立了風(fēng)力機槳葉彈性模型,耦合Theodorsen非定常片條理論建立了槳葉的氣動彈性模型。通過拉格朗日方程得到槳葉控制系統(tǒng)的運動微分方程,然后將運動微分方程變換得到其狀態(tài)空間方程,并間接證明了控制方程的正確性。再次,明確控制系統(tǒng)的控制目標(biāo),選擇模型預(yù)測控制算法作為控制策略。通過MATLAB軟件編程,對被控對象仿真分析。分析結(jié)果得出:在模型預(yù)測控制算法的控制下,分布式尾緣襟翼控制面能有效減小槳葉揮舞和扭轉(zhuǎn)振動,并且在突發(fā)擾動情況下能快速回到穩(wěn)定值;控制槳葉攻角跟蹤階躍和正弦信號,由仿真結(jié)果可以看出攻角能夠快速精確地跟蹤期望輸出信號,實現(xiàn)大型風(fēng)力機槳葉的局部調(diào)節(jié),這可以配合變槳距系統(tǒng)提高風(fēng)能捕獲功率。最后,分布式尾緣襟翼控制面具有冗余特性,對單尾緣襟翼控制面出現(xiàn)故障的情況下系統(tǒng)控制目標(biāo)的故障容忍能力進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明:當(dāng)尾緣襟翼控制面出現(xiàn)故障時,控制系統(tǒng)對減振效果故障容忍能力良好,但會在一定范圍內(nèi)影響控制攻角跟蹤;控制面改變的是安裝位置處氣動特性,減小控制面的安裝范圍、增多控制面的數(shù)量能夠提高槳葉的控制精度。
【圖文】：

緒論.1 本文研究背景與意義近年來，隨著全球氣候和傳統(tǒng)石化能源的問題日益凸顯，風(fēng)能作為一種無污染的清源，漸漸引起了全球各地的青睞。作為未來能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的重要組成部分，風(fēng)力必將會有長足發(fā)展[1]。風(fēng)力發(fā)電發(fā)展十分迅猛，按照能源局發(fā)布的可再生能源發(fā)展“五”規(guī)劃，2020 年，風(fēng)力機裝機將達(dá)到 2.1 億千瓦以上。隨著風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機組呈由陸地向海上的發(fā)展趨勢[2]。這就對風(fēng)力機功率的要求日益增大，槳葉尺寸也隨著增大。圖 1-1 為來自歐洲風(fēng)能協(xié)會公布的風(fēng)力葉尺寸規(guī)模發(fā)展趨勢。風(fēng)輪直徑高達(dá) 140m 的 6MW 風(fēng)力機已于 2010 年研制成功，直徑高達(dá) 160m 的大型風(fēng)力機已投入試運行[3]。日趨大型化的槳葉在整個風(fēng)力機系統(tǒng)本中占據(jù)很大的比例。為了減少大展弦比槳葉的重量，風(fēng)力機槳葉使用輕型復(fù)合材料此槳葉一般設(shè)計成大展弦比高柔性的特點。大展弦比的槳葉柔性高，在以往直徑較小力機槳葉研究中氣動彈性效應(yīng)沒有受到重視[4]。

同時，許多設(shè)計上的限制使裝置來結(jié)構(gòu)、增加可維護(hù)性等都應(yīng)該盡槳葉進(jìn)行有限次數(shù)的維護(hù)。附加的能力等性能指標(biāo)之間進(jìn)行權(quán)衡。葉控制技術(shù)的啟發(fā)下，可以移動控乎是可行的。尾緣襟翼通過增加或最大升力、升力曲線斜率和零升力式：連續(xù)柔性變形和剛性變形。尾�；谝酝挠嬎愫蛯嶒灲Y(jié)果，，當(dāng)別為 0.65lC 和 0.14mC[16]。翼，通過實驗計算說明襟翼的安裝力、失速特性）都有影響。趙萬里行數(shù)值模擬，同時探討了襟翼對風(fēng)
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TK83

【參考文獻(xiàn)】

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1 趙振宙;李濤;王同光;陳景茹;魏媛;劉玄;陳潘浩;;轉(zhuǎn)捩對風(fēng)力機渦流發(fā)生器氣動性能影響的數(shù)值模擬研究[J];中國電機工程學(xué)報;2016年04期

2 孫宏斌;郭慶來;潘昭光;;能源互聯(lián)網(wǎng):理念、架構(gòu)與前沿展望[J];電力系統(tǒng)自動化;2015年19期

3 韓江;喬印虎;張春燕;陳杰平;緱瑞賓;;智能風(fēng)力機葉片振動主動控制研究綜述[J];應(yīng)用力學(xué)學(xué)報;2015年03期

4 孫敬敬;;機械結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析方法研究綜述[J];科技信息;2014年03期

5 蔣亮亮;趙雁;;單兵多功能應(yīng)急供電系統(tǒng)中風(fēng)機葉片的設(shè)計[J];計算機仿真;2013年02期

6 郝禮書;喬志德;宋文萍;宋科;;Gurney襟翼用于風(fēng)力機葉片翼型氣動載荷控制的數(shù)值模擬研究[J];太陽能學(xué)報;2012年12期

7 吳亞東;歐陽華;許坤;滕金芳;杜朝輝;;基于數(shù)值方法研究帶小插片的翼型的流動機理[J];空氣動力學(xué)學(xué)報;2012年06期

8 李媛;康順;范忠瑤;李杰;;全迎角風(fēng)力機翼型氣動特性數(shù)值分析[J];太陽能學(xué)報;2012年07期

9 魏列江;王棟梁;劉英;;風(fēng)電機組液壓獨立變槳距系統(tǒng)的設(shè)計與分析[J];液壓與氣動;2012年03期

10 趙萬里;劉沛清;朱建勇;屈秋林;;Gurney襟翼對風(fēng)力機流動控制的數(shù)值研究[J];電網(wǎng)與清潔能源;2011年09期

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1 馬志勇;大型風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計方法研究[D];華北電力大學(xué)（北京）;2011年

2 李國勇;電控汽油機智能控制策略及故障診斷的研究[D];太原理工大學(xué);2007年

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1 季小康;永磁直驅(qū)三電平變流器控制策略研究[D];重慶大學(xué);2014年

2 余畏;基于柔性尾緣襟翼的大型風(fēng)力機葉片載荷智能控制研究[D];中國科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）;2013年

3 賈方武;基于有限元法的復(fù)合材料薄壁梁動態(tài)性能研究[D];青島科技大學(xué);2013年

4 苗建偉;雙饋式風(fēng)機軟件仿真系統(tǒng)和控制方法的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

5 馬駿騰;水平軸風(fēng)力機葉片有限元建模及仿真[D];南京航空航天大學(xué);2012年

6 高健;基于虛擬樣機技術(shù)的六自由度空間對接平臺研究[D];重慶大學(xué);2011年

7 劉佳;基于MEMS微致動器的碟翼流動控制研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2006年

8 郝禮書;合成射流致動器的設(shè)計研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2005年

本文編號：2699767