1598005519-db2570e1cd069b3f233e2ac13b5f8034 (811225), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Эта низкочастотная форма колебаний может быть сравнительно легко определена визуально. Очевидно, что работа ветродвигателя при скоростях, которые заметно возбуждают колебания ротора, нежелательна, так как динамические напряжения могут быть при этом высокими и быстро приведут к сокращению срока службы. В случае, когда возникает резонанс лопасти, может быть сделана попытка рассчитать амплитудную характеристику 14.9], используя анализ форм колебаний. На его основе выясняется влияние разложения в ряд Фурье аэродинамических нагрузок на оценку амплитудных характеристик каждой формы колебаний.
Значения результирующих расчетных динамических напряжений точно не известны, так как трудно установить действителы1ые условия подобия демпфирующих характеристик лопасти н невозможно рассчитать изменение результирующих аэродинамических нагрузок, связанных с деформацией лопасти. Ввиду трудности определения динамических амплитудных характеристик, которые важно знать для оценки долговечности, желательно накопление экспериментальных данных и проведение испытаний двигателя Дарье в эксплуатационных условиях. Фирмы 1]ЛЕ, ]чтКС опубликовали данные модели ветродвигателя мошностью 200 кВт, установленного на о. Магдален, и аппаратуры для испытания модели в аэродинамической трубе. Эти данные„ показывающие, что динамические напряжения могут быть сохранены на низком уровне при соответствуюшей конструкции лопасти, все еще не использованы в каечстве основы для проведения и усовершенствования методов расчета.
Исследования проблемы возникновения флаттера лопасти проводились лабораторией Вапс]]а 14.12] в аэродинамической труое малых скоростей на моделя диаметром 2 м; целью их было накопление данных аэродинамических исследований. Исследовались сплошные алюминиевые и фанерные лопасти с различной длиной хорды применительно к двух- и трехлопастной схеме, При испытаниях фанерных лопастей для трехлопастной схемы частота вращения ротора в рабочем режиме определялась для случая, когда все 12о лопасти подвергались сильным вибрационным деформациям при движении как по направлению ветра, так и против него. Деформации показали сильную зависимость между нормальным изгибом лопасти, круткой между передней и задней кромками и прогибом при изгибе.
По сходным признакам деформация может быть классифицирована как неустойчивость типа флаттера лопасти с изменением угла атаки, происходящим в процессе движения, которое нарушает стабильный характер действия аэродинамической подь' емнои силы.
Такой эффект не наблюдается при более жестких алюминиевых лопастях ротора. Ввиду того что причины разрушений в движениях этого типа вначале скрыты, стала очевидной необходимость в исследовании его характеристик и свойств. Их необходимо вести до тех пор, пока не будет уверенности в том, что возникновения флаттера невозможно. С этой целью был проведен приближенный анализ форм колебаний в условиях флаттера 14.Щ После того как в качестве расчетной модели лопастей без подкосов было принято незамкнутое упругое кольцо, удалось получить уравнения дгижения при нормальном изгибе лопасти и совместном действии кручения и изгиба в направлении хорды.
В обоих уравнениях учитывался эффект действия сил Кориолиса, а в уравнении для нормального изгиба лопасти учитывался также эффект действия аэродинамической подъемной силы. Не принималась во внимание не- стационарная аэродинамическая сила, действующая в направлении хорды.
Результирующая система уравнений соответствует системе уравнений флаттера для ротора, вращающегося в неподвижном воздухе. Анализ устойчивости этих уравнений показывает, что рассчитанная скорость флаттера зависит от коэффициента геометрической связи, который устанавливает соотношение между жесткостью вдоль хорды и при кручении. Если используется теоретически полученное значение этого коэффициента, то рассчитанная скорость флаттера для фанерных лопастей хорошо согласуется с наблюдаемой. Скорость по расчету оказывается меньшей, чем полученная при испытаниях в аэродинамической трубе Анализ показывает также, что существует тенденция повышения скорости возникновения флаттера с увеличением жесткости поперечного сечения при кручении.
Это связано с тем, что при испытаниях на флаттер алюминиевых лопастей не возникало больших трудностей. Прп дополнительном учете в раслетной модели вспомогательных поддерживающих подкосов было установлено значительное повышение частоты флаттера. Численные расчеты лопастей ветродвигателя лаборатории Бапб1а диаметром 17 м показали, что несмотря на очевидную ограниченность анализа скорость флаттера значительно превышает рабочую скорость. Влияние эффекта отклонения ветра от направления оси ротора на аэродинамические нагрузки лопастей оценивалось при добавлении к уравнениям флаттера нагрузок, нормальных к лопастям 126 или действующих в направлении хорды.
Было установлено, что влиянием этих добавочных нагрузок на движение упругой лопасти можно пренебречь. Этот вывод подтверждается тем фактом, что во время испытаний в аэродинамической трубе флаттер возникал при движении лопасти как по направлению ветра, так и против ветра. Вероятно, одним из наиболее интересных и важных результатов, полученных в этих исследованиях, был вывод о том, что степень уравновешивания массы поперечного сечения имеет небольшое влияние на положение границ флаттера. Крутка лопасти, обусловленная силами Кориолиса, действующими в направлении хорды, оказывается доминирующей возбуждающей силой, вызывающей флаттер двигателя Дарье, поэтому он не зависит от положения центра масс по хорде лопасти.
Устранение необходимости уравновешивать массу поперечного сечения лопасти могло бы привести к ее удешевлению при новых методах производства. Институт ь4АЕ и фирма МКС накапливают более подробные экспериментальныс данные по скорости флаттера [4.81. Результаты представля>отея в безразмерной форме и пригодны поэтому для прогнозирования скорости флаттера роторов простой геометрической формы с различным диапазоном размеров и условиями работы. Проведенные качественные наблюдения за переменными воздействиями флаттера хорошо согласуются с тенденциями, которые следуют из упомянутого анализа флаттсра. Однако пе делается попытка прогнозирования скорости флаттера количественно путем анализа геометрии ротора, используемой в программе испытаний института ХАЕ.
Конструкция опоры ротора. Все двигатели Дарье имеют в конструкции центральную мачту, укрепленную растяжками, которые соединяются со стержневыми или консольными опорами на роторе. Принципиальное значение опорной системы с наклонными растяжками состоит в том, что сравнительно легко можно получить жесткость опоры, существенно снизить изгибающие моменты мачты от аэродинамических нагрузок, упростить конструкцию. Главный недостаток состоит в трудности получения просвета между лопастями и наклонными растяжками, в увеличении занимаемой площади на поверхности земли, введении дополнительных осевых нагрузок на мачту и опорные подшипники, а также в возможности возникновения вибрации тросов. Наиболее трудную задачу, аналогичную полученн>о просвета между лопастью и растяжками, не так сложно решить с изогнутымн лопастями роторов Дарье, как у ветродвигателей крыльчатого типа или у роторных ветродвигателей с вертикальной осью вращения и прямыми лопастями. Тем не менее различные преимущества наклонных растяжск привели, по-видимому, к преимущественному их использованию на работающих двигателях Дарье.
Однако предполагается ряд новых вариантов опорных схем, использующих структуры, состоящие из оболочек 14.14]. Эти варианты, несомнен- 127 но, получат большее распространение, чем дальнейшее развитие опор ветродвигателей Дарье. В силу ряда причин разработка конструкции опорных систем ветродвигателя может происходить по более традиционным на- правлениям, чем для лопастей. Главная причина связана с умень- шением аэродинамических возмущений Желательно, чтобы опор- ная система занимала лишь небольшую часть аэродинамически активной площади ротора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
