1、為了從風中汲取更多的風能，風力機大型化是必然趨勢。隨著風力機尺寸的增加，風輪葉片將越來越細長，更具柔性。風力機經(jīng)常運行于隨機變動的自然大氣環(huán)境中，變化的載荷與柔性結(jié)構(gòu)耦合作用，使風輪葉片變形和結(jié)構(gòu)振動不可避免，并且可能使葉片振動過大，或振動失穩(wěn)，甚至導致疲勞破壞。此外，為了降低風力發(fā)電成本，許多新型葉片設計方法被提出，其研究都必須建立在葉片氣動彈性特性的研究基礎上，需要考慮氣動力、彈性力以及慣性力的耦合作用，因此，建立準確、可靠的風力機

2、葉片流固耦合分析方法，研究葉片氣動載荷與結(jié)構(gòu)變形之間的相互作用，對葉片的設計和性能分析非常必要，具有重要的工程實用意義。
　　流體域中翼型及風力機葉片的定常和非定常氣動特性是流固耦合特性研究的基礎。首先著眼于截面翼型的迎角變化，分析全方位迎角變化對翼型氣動特性的影響，以及葉片外型的改變對截面迎角以及葉片氣動特性的影響。翼型的振蕩運動引起當?shù)赜遣粩嘧兓?，而且復雜的運動可以看做是簡單運動的疊加，因此研究了不同形式的振蕩翼型的非定常氣

3、動特性，為三維葉片流固耦合特性研究奠定基礎。
　　對于流固耦合數(shù)值方法，弱耦合方式以其可將流體和結(jié)構(gòu)計算分別看成獨立模塊、耦合界面的網(wǎng)格不需要完全一致、可以直接利用現(xiàn)有成熟的商業(yè)流體軟件和結(jié)構(gòu)軟件等特點，被廣泛應用于流固耦合特性的研究中。因此，本文采用弱耦合方式，連接商用CFD與CSD軟件，建立流固耦合數(shù)值模擬方法，以標準算例AGARD445.6機翼為例，通過機翼顫振邊界的計算確認了流固耦合方法。在此基礎上，以三葉片2.5MW上風

4、向風力機DF90為研究對象，研究了不同風速下葉片的流固耦合特性，分析了葉片變形與載荷及分布的相互影響機理，結(jié)果顯示:流固耦合計算的各項性能參數(shù)均呈周期性震蕩，震蕩幅值隨時間快速減小，收斂到穩(wěn)定值;當來流低于額定風速時，考慮流固耦合對功率值的影響較小，超過額定風速后，流固耦合計算的功率值有明顯的降低。軸向推力與其保持相同的變化規(guī)律。流固耦合作用改變當?shù)嘏そ牵绊懡孛鎵毫Ψ植?，從而影響整個葉片的載荷分布;葉片在揮舞、擺振和展向三個方向的變形

5、均呈現(xiàn)出一階振動形態(tài)，從葉根到葉尖逐漸增大，其中，揮舞變形最為顯著。高風速下?lián)]舞變形減小，而擺振方向變形隨風速增大而增大，扭轉(zhuǎn)變形在高風速明顯增大。應力主要集中在中葉展附近，沿弦向應力主要集中在最大厚度位置附近。最大應力值出現(xiàn)在額定風速下。
　　進一步研究了不同輪轂風速下風切變對風輪氣動彈性特性的影響規(guī)律。對比分析了風速、風切變以及切變和葉片變形的疊加效應對風輪流固耦合特性的影響機理，結(jié)果顯示:切變來流的影響:切變使來流風速均值減

6、小，是導致載荷降低的原因之一;整個風輪的氣彈載荷仍然顯示出3p波動;單個葉片載荷和流動參數(shù)隨方位角呈近似余弦函數(shù)型式的周期性波動，在整個風輪旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)呈上下不對稱式分布;耦合的影響:風輪載荷和葉片變形呈周期性震蕩，但耦合作用對風輪整體載荷及其振幅影響較小;耦合作用使內(nèi)葉展扭角減小，載荷增加;外葉展扭角增大，載荷減小，從而減小了軸向載荷極值;風輪旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)，葉片載荷極值方位角與風速極值方位角不對應:在內(nèi)葉展，滯后于風速極值方位角;在外葉展