風(fēng)輪

風(fēng)輪是把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的重要部件，它由兩只(或更多只)螺旋槳形的葉輪組成。轉(zhuǎn)子葉片工作環(huán)境惡劣：高轉(zhuǎn)速（12000轉(zhuǎn)/分）、大交變應(yīng)力（頻率：8000Hz，應(yīng)力水平：400MPa）,給數(shù)據(jù)采集和分析提出了很高的要求，LMS-SCADSⅢ316硬件和測量軟件SignatureTesting解決了問題。當風(fēng)吹向漿葉時，槳葉上產(chǎn)生氣動力驅(qū)動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動。槳葉的材料要求強度高、重量輕，目前多用玻璃鋼或其它復(fù)合材料(如碳纖維)來制造。（現(xiàn)在還有一些垂直風(fēng)輪，s型旋轉(zhuǎn)葉片等，其作用也與常規(guī)螺旋槳型葉片相同）

由于風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速比較低，而且風(fēng)力的大小和方向經(jīng)常變化著，這又使轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定；所以，在帶動發(fā)電機之前，還必須附加一個把轉(zhuǎn)速提高到發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速的齒輪變速箱，再加一個調(diào)速機構(gòu)使轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定，然后再聯(lián)接到發(fā)電機上。振動的葉片對刀具切削刃施加了巨大的應(yīng)變，造成裂紋，并且隨機械和熱應(yīng)力而增加。為保持風(fēng)輪始終對準風(fēng)向以獲得大的功率，還需在風(fēng)輪的后面裝一個類似風(fēng)向標的尾舵。

在總結(jié)前人對葉片固有特性和振動響應(yīng)分析方法的基礎(chǔ)上,采用解析法和有限元方法相結(jié)合,準確預(yù)估和分析葉片固有特性,采用CFD應(yīng)用軟件FLUENT對葉片進行三維流場的模擬,在此基礎(chǔ)上對葉片進行振動響應(yīng)分析。本文的主要研究內(nèi)容大致可以歸為以下幾個方面：(1)研究葉片振動的解析計算方法,在葉片扭向角不大的情況下,通過建立一些假設(shè)將葉片視為變截面梁,利用經(jīng)典的梁彎曲和梁扭轉(zhuǎn)理論計算葉片的振型和自振頻率。在風(fēng)力發(fā)電機運行過程中，其相關(guān)振動信號能夠有效反映設(shè)備部件運行狀況，并承載著設(shè)備故障信息。(2)采用ANSYS有限元軟件,對葉片進行固有模態(tài)分析和帶有預(yù)應(yīng)力情況下的模態(tài)分析,并對兩種情況下的結(jié)果進行了對比,其中考慮了轉(zhuǎn)速不同時的離心力對葉片固有特性的影響,并繪制Campbell圖。(3)采用FLUENT對葉片作流場分析,分析了葉片流場速度、壓力等沿葉片徑向分布情況,并研究了不同轉(zhuǎn)速對葉片流場速度、壓力的影響。(4)基于葉片流場分析的結(jié)果,應(yīng)用ANSYS軟件,對考慮S1、S2氣動加載和集中載荷加載三種情況下的葉片振動響應(yīng)進行了計算和分析。本文對葉片固有特性和振動響應(yīng)分析方法研究實現(xiàn)了葉片振動解析法和考慮S1、S2氣動加載、集中載荷加載振動響應(yīng)的計算,對葉片的初期設(shè)計有重要的意義。

提升航空發(fā)動機生產(chǎn)能力不是件易事。葉片安裝在盤片上，為讓這些盤盡可能輕，它們從一塊原材料經(jīng)銑削而成而不是一個葉片一個葉片安裝。這樣的盤片制作方法稱作整體葉盤。基于葉尖定時方法無需進行葉片改裝，且能同時測量所有葉片的狀態(tài)信息，具有較大的技術(shù)優(yōu)勢。由于葉片本身又長又薄，同時制造它們會出現(xiàn)問題。它們在生產(chǎn)中會開始振動，就像一個音叉那樣，使接下來的工作變復(fù)雜。為了避免這個問題，制造商不會完整銑削每個葉片，而是單獨加工葉片的外刃到成品形狀然后轉(zhuǎn)到下一個。在這種制造工藝中，葉片上的張力使它們的幾何外形輕微扭曲。