风力机叶片大挠度挥舞振动特性分析

针对大振幅振荡来流条件下薄翼受到的非定常气动力,Isaccs和Greenberg分别发展了非定常气动力模型。这两种模型可以用于直升飞机桨叶与风力发电叶片的气动力分析,模型在不可压缩无黏来流条件下建立,但实际流动不可避免粘性和弱可压缩性的影响,需要检验两种模型的适用性。针对粘性效应的影响,2014年Strangfeld对于NACA0018翼型,通过风洞实验验证了在Reynolds数25万时,Isaccs和Greenberg的模型仍适用,实验的Mach数为0.0326,流动近似不可压缩流动。针对可压缩性的影响,通过数值模拟方法进行了研究。首先重复了实验在Mach数为0.0326时的结果,并进一步考察了当Mach数提高为0.1、0.2和0.3时非定常气动力的变化。
结果表明随着Mach数的提高,升力系数的最高点逐渐高于模型,并且相位逐渐落后,在Mach数为0.3时差别最明显,非定常升力系数最高点计算与模型相差50%。此即表明弱可压缩性对模型的预测结果影响不可忽略。为了扩展模型在Mach数变化时的适用范围,对模型进行了弱可压缩性修正。通过考虑速度变化引起均匀来流中密度的变化,修正了翼型附近流体密度,使其跟随来流Mach数变化。采用此方法,将计算与模型的幅值差别减小到5%左右。