基于致动线方法的5 MW海上风力机气动弹性分析

随着风力机功率的不断增大以及新型复合材料的应用，叶片的柔性和几何非线性变形成为风力机设计中不可忽略的因素，结构和气动弹性的分析也随之变得更加复杂。然而，风能行业中传统的叶片分析方法无法准确预测现代复杂叶片的气动弹性特性，从而导致风力机性能预测出现较大误差。本文基于柔性多体动力学，建立了一种新型双向流固耦合模型，在结合致动线方法和大涡模拟的基础上，考虑了结构和气动弹性对风力机性能的影响，可用于动态结构载荷预测及流固耦合分析。对5 MW基准风力机进行建模，验证了计算模型的准确性，并讨论了叶片的瞬时结构响应，分析了叶片变形对风力机功率、尾迹的影响。研究结果表明，叶片的柔性在风力机气动弹性设计中不可忽略，同时本文模型可以准确捕捉风力机的尾迹结构（包括叶尖涡和叶根涡），更适用于现代兆瓦级复合材料风力机气动弹性和尾迹分析。