在布魯塞爾自由大學對水平軸和垂直軸風輪氣動力,氣動彈性和動力響應做了大量有效的研究。本報告研究了垂直軸風輪氣動彈性特性和動力響應。計算程序包括有限元方法計算風輪分部件共振頻率和模態,氣動力和力矩計算。本報告還發展了強迫振動響應及氣動彈性穩定性計算。
現有方法是基于有限元和旋翼一塔耦合技術。在此方法中槳葉,旋轉軸和塔架以各自的模態來描繪,因此,計算出各自的分部件的特征值,然后,由各自的特征模態根據廣義坐標導出運動方程。,因垂直軸風輪是軸向對稱的,所以其運動方程是常系數微分方程,這樣就可采用標準的特征值的方法來求解。
本研究解決了風輪兩項重要特性的分析方法:(1一)確定耦合風輪自然頻率和氣動彈性穩定性分析方法,(2)在激振力作用下,風輪結構動力響應分析方法。激振載荷包含氣動力、動力及離心力。氣動力是用雙多流管理論計算的。
此方法經在槳葉形狀為troposkien,兩個槳葉的達里厄垂直軸風輪上進行驗證。算例選擇的風輪是荷蘭PIONEER I號。在試驗研究中,在結構動力響應方面做了大量試驗,試驗結果證明,本文所用的理論模型是可用的。
圖2為垂直軸風輪l至4階振型和振頻。