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专利号: 2020111721466
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 液力机械或液力发动机;风力、弹力或重力发动机;其他类目中不包括的产生机械动力或反推力的发动机
更新日期:2023-12-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种经典颤振抑制式风力机叶片结构,包括叶片母体,其特征在于,所述叶片母体的尾缘侧开设有叶片槽口,叶片槽口内设置有颤振抑制装置;颤振抑制装置包括第一定位底座、摆动支架和刚性尾缘襟翼,第一定位底座定位在叶片槽口内,第一定位底座外端通过第一旋转轴杆连接摆动支架,刚性尾缘襟翼连接在摆动支架上,第一定位底座上连接有驱动第一旋转轴杆转动的步进电机。

2.根据权利要求1所述的一种经典颤振抑制式风力机叶片结构,特征在于,所述叶片母体为实心板状结构,叶片母体的横截面为周向反对称形面;叶片母体的尾缘部为扁板状,叶片母体头缘部呈弧形块状;所述叶片槽口呈长方形槽口状。

3.根据权利要求1所述的一种经典颤振抑制式风力机叶片结构,特征在于,所述刚性尾缘襟翼的展长占据叶片母体展长的90%~95%长度;刚性尾缘襟翼的每一截面的弦向长度为叶片母体横截面弦长的1/7~1/6,刚性尾缘襟翼的每一截面的弦向(横向)长度,用第一旋转轴杆中心至襟翼尖端的距离来衡量;所述刚性尾缘襟翼位于叶片槽口的中部内,刚性尾缘襟翼的尾缘端面与叶片母体的尾缘端面平齐。

4.根据权利要求1所述的一种经典颤振抑制式风力机叶片结构,特征在于,所述刚性尾缘襟翼呈V形板状,刚性尾缘襟翼为轻质太空铝板;所述摆动支架呈长方形板状,摆动支架的外头部的两侧呈坡口状,刚性尾缘襟翼卡接在摆动支架的外头部上后,刚性尾缘襟翼的中部通过多个螺栓与摆动支架的外头部固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种经典颤振抑制式风力机叶片结构,特征在于,所述第一定位底座有两个,两个第一定位底座连接在叶片槽口内侧叶片母体端面上,第一定位底座呈L形板状;

步进电机通过电机定位座固定在其中一个第一定位底座的横向板上,步进电机的电机转轴通过转动连接组件与第一旋转轴杆连接。

6.根据权利要求5所述的一种经典颤振抑制式风力机叶片结构,特征在于,所述第一旋转轴杆为长圆杆,第一旋转轴杆上设置有平头键块;

摆动支架的侧端面上开设有第一轴杆定位孔和第一定位键槽,第一旋转轴杆穿过第一轴杆定位孔后通过轴承与第一定位底座定位连接,此时平头键块卡接在第一定位键槽内,步进电机可通过第一旋转轴杆、平头键块、摆动支架带动刚性尾缘襟翼旋转。

7.根据权利要求6所述的一种经典颤振抑制式风力机叶片结构,特征在于,所述第一定位底座、摆动支架和第一旋转轴杆均为轻质太空铝材料;所述摆动支架位于两个第一定位底座之间。

8.一种风力机叶片颤振抑制系统,包括风力机架和连接在风里机架上的风力机头,其特征在于,所述风力机头上适配连接有多个权利要求1至7中任意一项所述的经典颤振抑制式风力机叶片结构;所述风力机头上配备有系统控制器,所述系统控制器通过襟翼控制方法控制刚性尾缘襟翼的摆动幅度。

9.根据权利要求8所述的一种风力机叶片颤振抑制系统,特征在于,所述襟翼控制方法具体包括如下步骤:

步骤一,与系统控制器配合使用的风速传感器把风速信号送到系统控制器内的模拟量输入模块,控制器判断其速度大于等于临界经典颤振风速且持续一段时间后,调用气弹系统预制处理程序,并纳入Payload载荷效应,同时结合LMI算法,计算出能够达到颤振抑制效果的理论襟翼摆角;

步骤二,将襟翼摆角的理论值赋给襟翼摆角控制的LMI/RCI算法,并继续由控制中心调用LMI/RCI算法进行数值计算,将计算结果输出到数字量输出模块,数字量输出模块进一步发出相应的脉冲信号和方向信号,输入到步进电机驱动器;

步骤三,驱动步进电机转动,步进电机转过的角度大小理论上完全和脉冲信号的数目成正比,从而进一步驱动上述所述的襟翼的摆动;

步骤四,步进电机有效脉冲信号计数器的计数值反馈回TIA控制中心,TIA继续调用

LMI/RCI算法进行跟踪优化,并不断反馈,在保证跟踪理论摆角的前提下,优化跟踪曲线;

步骤五,同时利用基于Nussbaum函数的反演控制,达到更强的颤振抑制效果,并保证实际的摆角不会超过安装底座的物理限制范围。

10.根据权利要求9所述的一种风力机叶片颤振抑制系统,特征在于,所述LMI/RCI算法配合使用有气动升力F算法和力矩M算法;所述气动升力F算法的表达式和力矩M算法的表达式的分别为:其中,ρa为空气密度;b=c/2,c为叶片弦长;Clα,Cmα,Clβ,Cmβ分别为相应的弦向襟翼匹配系数,且满足:Clα=6.28,Cmα=(0.5+c/6)Clα,Clβ=3.358,Cmβ=-0.635;U为风速;β为襟翼摆动角度;U为自然风速;z为挥舞方向的运动(位移),θ为弹性扭转小位移。