切出风速下大型风力机变桨故障叶片气动及结构特性研究

摘要

风力机叶片变桨故障极易引发不稳定超高负载而导致结构失效损毁。首先，基于计算流体力学方法对NREL 5 MW风力机变桨故障/成功叶片气动侧特征进行分析，然后，利用双向强流固耦合及屈曲分析对典型方位角下变桨故障叶片状态展开研究。结果显示，切出风速下变桨故障叶片挥舞力矩平均值为变桨成功叶片的13.8倍，且前者流场尾迹更明显。叶片在双向强流固耦合下挥舞力矩较之无流固耦合波动范围明显更广，且变桨故障叶片最大叶尖位移为变桨成功叶片的14.1倍。对于0°、60°、120°和180°四个典型方位角，随角度增大变桨故障叶片的弯矩大小、叶尖位移、弯曲程度、端部效应、尾迹范围和强度逐渐减小。屈曲分析发现随方位角增大，屈曲因子呈递增趋势，其中180°方位角较之0°方位角的一阶屈曲因子增加20.2%。