風(fēng)電機(jī)組葉片設(shè)計(jì)與氣動(dòng)彈性問(wèn)題 - 副本

摘要：近年來(lái)，隨著風(fēng)電機(jī)組容量的不斷增大，以及弱風(fēng)速型機(jī)組的發(fā)展，在較短的時(shí)間內(nèi)，葉片長(zhǎng)度急劇增加，葉片剛度越來(lái)越小，柔性越來(lái)越大，風(fēng)電機(jī)組的葉片設(shè)計(jì)必須考慮動(dòng)氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性。本文就葉片受力、氣動(dòng)彈性和顫振等問(wèn)題進(jìn)行了闡述；通過(guò)葉片三心設(shè)計(jì)原理、復(fù)合材料葉片和葉片氣動(dòng)彈性剪裁抑制顫振的一些具體方法進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：葉片斷裂；顫振；葉片三心設(shè)計(jì)原理；復(fù)合材料葉片；氣動(dòng)彈性裁剪0引言風(fēng)電機(jī)組軸承開(kāi)裂和葉片斷裂事件時(shí)有發(fā)生。有的機(jī)組在投運(yùn)后很短的時(shí)間就出現(xiàn)了葉片斷裂，更有甚者，在并網(wǎng)風(fēng)速遠(yuǎn)低于切除風(fēng)速的情況下，剛投運(yùn)幾天的運(yùn)行機(jī)組就出現(xiàn)了葉片斷裂問(wèn)題。在地球表面形成的風(fēng)屬于不均勻流，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，風(fēng)速隨機(jī)變化，整個(gè)葉輪平面內(nèi)氣流的壓強(qiáng)、速度、溫度和密度等物理量都隨時(shí)間不斷改變，葉輪工作氣流的流動(dòng)屬于極其復(fù)雜的非定常流動(dòng)。在整個(gè)葉輪平面內(nèi)，風(fēng)的橫向、縱向切變較大，風(fēng)況變化很快，且缺乏足夠的檢測(cè)風(fēng)速、風(fēng)向和葉片振動(dòng)傳感器，因此，當(dāng)運(yùn)行機(jī)組出現(xiàn)葉片斷裂時(shí)，難以準(zhǔn)確了解葉片斷裂時(shí)的葉輪風(fēng)況條件，從而難以確切監(jiān)測(cè)到葉片斷裂時(shí)的振動(dòng)狀況。大型風(fēng)電機(jī)組是一個(gè)復(fù)雜的流－固耦合系統(tǒng)，當(dāng)風(fēng)電機(jī)組在自然風(fēng)條件下運(yùn)行時(shí)，作用在機(jī)組上的空氣動(dòng)力、其自身慣性力和彈性力等交變載荷會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形或振動(dòng)，進(jìn)而對(duì)來(lái)流產(chǎn)生影響。因而葉片在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，其不僅需要滿(mǎn)足強(qiáng)度和剛度要求，還必須降低葉片振動(dòng)。風(fēng)電機(jī)組在較寬的工作范圍運(yùn)行(風(fēng)速范圍3～25m/s)。風(fēng)速較高時(shí)，氣流攻角會(huì)很大。因此，機(jī)組葉片發(fā)生顫振的可能性較大。一旦葉片顫振發(fā)作，就會(huì)產(chǎn)生大振幅的劇烈振動(dòng)。顫振是當(dāng)升力面在氣流中以一定速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，在氣動(dòng)力、慣性力及彈性力耦合作用下，剛好使物體能夠維持等幅振蕩的一種自激振動(dòng)。氣動(dòng)彈性不穩(wěn)定性現(xiàn)象主要是顫振，對(duì)于葉片來(lái)說(shuō)主要是顫振臨界速度及顫振頻率的研究。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)風(fēng)電機(jī)組葉片的動(dòng)氣動(dòng)彈性問(wèn)題的研究尚不多。隨著機(jī)組容量的不斷增加,葉輪直徑加大,尤其是“弱風(fēng)速型機(jī)組”及海上機(jī)組的開(kāi)發(fā)，在較短的時(shí)間內(nèi)，葉片長(zhǎng)度急劇增加，葉片的剛度越來(lái)越小，柔性越來(lái)越大。因此，風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)必須考慮葉片的動(dòng)氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性。分析葉片的氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性，都具有非常重要的意義，這也是風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)技術(shù)的重要研究?jī)?nèi)容之一。然而，葉片也是機(jī)組受力最為復(fù)雜的部件。葉片顫振涉及到氣動(dòng)力特性和葉片固體動(dòng)力特性，至今對(duì)于顫振發(fā)作的機(jī)理還不甚清楚。本文將就葉片受力、葉片振動(dòng)以及抑制葉片顫振的一些方法進(jìn)行闡述。1葉片氣動(dòng)彈性和顫振問(wèn)題葉片在氣動(dòng)力、重力和離心力作用下，其主要振動(dòng)形式有：揮舞、擺振和扭轉(zhuǎn)。揮舞是指葉片在垂直于旋轉(zhuǎn)平面方向上的彎曲振動(dòng)；擺振是指葉片在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的彎曲振動(dòng)；扭轉(zhuǎn)是指葉片繞其變距軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。這三種機(jī)械振動(dòng)和氣動(dòng)力交織作用，形成氣動(dòng)彈性問(wèn)題。如果這種相互作用是減弱的，則振動(dòng)穩(wěn)定，否則會(huì)出現(xiàn)顫振和發(fā)散。顫振又稱(chēng)為“氣動(dòng)彈性不穩(wěn)定”，氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性問(wèn)題主要分成兩類(lèi):第一類(lèi)是氣動(dòng)彈性靜態(tài)不穩(wěn)定問(wèn)題，稱(chēng)為發(fā)散問(wèn)題，這類(lèi)問(wèn)題可以通過(guò)分析葉型的升力阻力曲線(xiàn)和葉片的扭轉(zhuǎn)彈性力來(lái)進(jìn)行研究，分析起來(lái)較為簡(jiǎn)單，已經(jīng)得到較好的解決；第二類(lèi)是氣動(dòng)彈性動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性問(wèn)題，也就是顫振問(wèn)題。1.1葉片受力、振型及振動(dòng)特性根據(jù)GL規(guī)范建立葉片坐標(biāo)系，如圖1所示，葉片坐標(biāo)系的原點(diǎn)位于葉片根部，隨風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，其三個(gè)坐標(biāo)軸分別記為、、，其中與葉片變槳軸重合，垂直于，對(duì)于上風(fēng)向風(fēng)電機(jī)組，正向指向塔架方向，與風(fēng)輪軸線(xiàn)平行，也稱(chēng)作葉片揮舞方向；垂直于和，按右手定則確定，又稱(chēng)作葉片擺振方向。Xb：葉輪的軸線(xiàn)向；Zb：葉片旋轉(zhuǎn)的軸線(xiàn)方向；Yb：逆時(shí)針葉輪旋轉(zhuǎn)的方向圖1葉片坐標(biāo)系根據(jù)葉片翼型數(shù)據(jù)，采用曲線(xiàn)擬合的方法建立了葉片的三維模型，用有限元軟件ANSYS模擬風(fēng)流場(chǎng)，通過(guò)對(duì)葉片模態(tài)分析，得到葉片前十階模態(tài)，發(fā)現(xiàn)葉片振動(dòng)主要有揮舞、擺振、扭轉(zhuǎn)，以及三者之間的耦合，并且在低階時(shí)主要以為方向揮舞為主。使用ANSYS分析NACA0012翼型在流固耦合作用下的顫振特性，結(jié)果表明，顫振頻率與葉片低階固有頻率一致，來(lái)流速度和攻角是影響葉片氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性的重要因素?？諝鈩?dòng)力載荷與旋轉(zhuǎn)慣性載荷綜合作用下葉片變形主要由、負(fù)方向上的變形綜合引起，其中負(fù)方向上影響占到25%左右，負(fù)方向上影響占到75%左右，表明負(fù)方向上的揮舞變形為葉片上主要振動(dòng)變形形式，是造成葉片破壞的主要原因。葉片模態(tài)分析固體計(jì)算選用ANSYSWorkbench瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)模塊進(jìn)行分析，結(jié)構(gòu)瞬態(tài)分析和流場(chǎng)的非定常計(jì)算采用相同的時(shí)間步長(zhǎng)，設(shè)置耦合步長(zhǎng)為2×10－４s，并施加約束條件。表1NRELPHASEⅥ葉片前四階固有頻率階數(shù)頻率／Hz振型表1分別是葉片的前四階固有頻率及振型。如圖1所示，即：葉片的一階振型是切向的揮舞彎曲振動(dòng)；二階振型是軸向的擺振彎曲振動(dòng)；三階振型是徑向的扭轉(zhuǎn)彎曲振動(dòng)，但相對(duì)于一階振型的彎曲幅度更大；四階振型是彎曲和扭轉(zhuǎn)組合振動(dòng)，振型較為復(fù)雜。根據(jù)結(jié)構(gòu)振動(dòng)理論，振動(dòng)發(fā)生的主要能量集中在一階和二階，因此，葉片的主要振型是揮舞和擺振，高階葉片振型存在著彎曲和扭轉(zhuǎn)組合的復(fù)雜變形。

1.2

風(fēng)電機(jī)組葉片的顫振及特點(diǎn)由于大自然風(fēng)的隨機(jī)性、葉片動(dòng)力激擾的多樣性、葉片變形之間及變形與氣動(dòng)力之間的耦合性,風(fēng)電機(jī)組葉片氣動(dòng)彈性問(wèn)題，屬于非線(xiàn)性結(jié)構(gòu)與氣流相互作用的多場(chǎng)耦合結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究的范疇,涉及多門(mén)前沿學(xué)科領(lǐng)域的交叉與融合。再者，風(fēng)電機(jī)組葉片經(jīng)常要在失速工況下運(yùn)行,決定了風(fēng)電機(jī)組葉片有著不同于普通葉輪機(jī)葉片的特殊動(dòng)力學(xué)失效行為。在風(fēng)電機(jī)組葉片進(jìn)口氣流的相對(duì)速度W，遠(yuǎn)小于進(jìn)口馬赫數(shù)M。由于葉片進(jìn)氣攻角過(guò)大，造成葉片失速，形成葉片彎扭耦合振型的顫振。顫振的重要特征是存在顫振臨界風(fēng)速和顫振臨界頻率，即當(dāng)風(fēng)速低于顫振臨界風(fēng)速時(shí)，葉片對(duì)外界擾動(dòng)的響應(yīng)受到阻尼作用而衰減；但當(dāng)風(fēng)速高于顫振臨界風(fēng)速時(shí)，葉片出現(xiàn)發(fā)散振動(dòng)或振幅隨風(fēng)速增加的等幅振動(dòng)。風(fēng)電機(jī)組葉片的顫振通常分為：線(xiàn)性經(jīng)典顫振（經(jīng)典顫振）和失速非線(xiàn)性顫振（失速顫振）兩大類(lèi)，這兩大類(lèi)顫振經(jīng)常表現(xiàn)在葉片的揮舞方向和扭轉(zhuǎn)方向耦合(彎扭耦合)的振動(dòng)過(guò)程中，其中揮舞方向的失速顫振造成的發(fā)散不穩(wěn)定是葉片斷裂失效的重要原因之一。前者主要是由流固耦合引起的葉片扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，它通常發(fā)生在葉片處于附著流的情況下；后者主要是葉片在氣動(dòng)失速情況下，所引起的振動(dòng)。經(jīng)典顫振：由于發(fā)生在勢(shì)流中，因此氣流分離和邊界層效應(yīng)對(duì)顫振過(guò)程沒(méi)有重要影響。這類(lèi)顫振是風(fēng)電機(jī)組葉片扭轉(zhuǎn)和揮舞產(chǎn)生的自激不穩(wěn)定振動(dòng)，其基本特點(diǎn)是流動(dòng)基本附著無(wú)明顯分離。它發(fā)生的條件是:結(jié)構(gòu)上的瞬時(shí)流體動(dòng)力與彈性位移之間有相位差，因而使振動(dòng)的結(jié)構(gòu)有可能從氣(或液)流中吸收能量而擴(kuò)大振幅，通常稱(chēng)為“經(jīng)典顫振”。影響葉片顫振的因素很多，主要包括風(fēng)輪葉片的結(jié)構(gòu)動(dòng)力參數(shù)、來(lái)流特性和風(fēng)輪葉片所受的氣動(dòng)力。失速顫振：與氣流分離和旋渦形成有關(guān)。這類(lèi)顫振現(xiàn)象是風(fēng)電機(jī)組的升力系統(tǒng)處于失速攻角附近所產(chǎn)生的氣動(dòng)彈性失穩(wěn)現(xiàn)象。經(jīng)典顫振與失速顫振相比，是一類(lèi)更加強(qiáng)烈的氣彈不穩(wěn)定現(xiàn)象。它的產(chǎn)生與葉片彎曲和扭轉(zhuǎn)存在耦合有關(guān),這種氣彈不穩(wěn)定表現(xiàn)為葉片按照擺振固有頻率進(jìn)行揮舞/擺振/扭轉(zhuǎn)的耦合振動(dòng)。而近年來(lái)在極端風(fēng)速狀態(tài)下，經(jīng)常能檢測(cè)到另外一種處于經(jīng)典顫振和失速顫振臨界狀態(tài)的臨界顫振，該顫振發(fā)生時(shí)葉片處于一種準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)狀態(tài)。其中揮舞方向的臨界顫振引起的發(fā)散不穩(wěn)定，不僅能造成葉片的斷裂失效，還經(jīng)常能造成塔體攔腰折斷現(xiàn)象。由于大型風(fēng)電機(jī)組葉片具有展向較長(zhǎng)和剛度較低的特點(diǎn),經(jīng)典顫振問(wèn)題成為葉片動(dòng)力學(xué)研究的一個(gè)重要的方面。顫振分析一般涉及彈性葉片的復(fù)雜結(jié)構(gòu)特征與葉片周?chē)嵌ǔ饬鲌?chǎng)特征的描述以及二者之間相互耦合機(jī)理的分析,因此,葉片顫振邊界的預(yù)測(cè)和顫振特性的分析是一項(xiàng)非常困難的工作。1.3

兩類(lèi)顫振的發(fā)生經(jīng)典顫振的發(fā)生：當(dāng)葉片受擾動(dòng)向上偏離平衡位置后，彈性恢復(fù)力使它向下方平衡位置運(yùn)動(dòng)，同時(shí)產(chǎn)生作用于葉片重心的向上慣性力，因葉片重心在扭心之后，慣性力產(chǎn)生對(duì)扭心的力矩而使葉片攻角減小，引起向下的附加氣動(dòng)力，加快葉片向下運(yùn)動(dòng)；當(dāng)葉片運(yùn)動(dòng)到下方極限位置而返回向上運(yùn)動(dòng)后，出現(xiàn)相反的情況。整個(gè)過(guò)程中，空氣動(dòng)力是激振力，與葉片轉(zhuǎn)動(dòng)速度的二次方成正比；同時(shí)還與空氣對(duì)葉片的阻尼力成反比。防止葉片顫振的最有效方法是使葉片重心前移以減小慣性力矩。

(a)

(b)圖2葉片的氣流攻角----失速特性下面借助圖解說(shuō)明葉片為什么會(huì)發(fā)生另一類(lèi)顫振——失速顫振。葉片剖面，如圖2所示，當(dāng)有氣流沿著某個(gè)方向吹它時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)以下兩種情況：當(dāng)氣流與軸的夾角α（這里叫做攻角）比較小，氣流很順當(dāng)?shù)刭N著葉片上的上下表面流過(guò)，如圖2（a）所表示的那樣；另一種是α角很大，氣流通過(guò)葉片下表面時(shí)仍是貼壁流動(dòng)，但流過(guò)上表面時(shí)就出現(xiàn)分離，如圖2（b）所示。這種現(xiàn)象空氣動(dòng)力學(xué)上稱(chēng)之為失速，我們將對(duì)應(yīng)這個(gè)失速點(diǎn)的攻角稱(chēng)為臨界攻角。葉片在風(fēng)的氣流作用下會(huì)產(chǎn)生升力。在上面兩種情況中，葉片升力大小隨攻角α而變，在α小于臨界攻角時(shí)，α愈大，升力愈大；當(dāng)超過(guò)臨界攻角時(shí)，則α愈大，升力愈小。這是葉片失速后的最大特點(diǎn)。再有，當(dāng)葉片的葉尖以一定的速度相對(duì)根部作向上的彎曲運(yùn)動(dòng)時(shí)，原來(lái)流場(chǎng)中的流相對(duì)于葉片的新位置就有了一個(gè)很小的角度差。這種攻角的變化引起力的變化。若α小于臨界攻角，當(dāng)葉片向上作彎曲運(yùn)動(dòng)時(shí)升力是變小的。這種變小的升力對(duì)于葉片尖部向上的彎曲起了阻滯抑制的作用。然而，若α大于臨界攻角，當(dāng)葉片向上彎曲運(yùn)動(dòng)時(shí)升力是趨向增加的。這個(gè)增大的升力對(duì)于葉片的向上彎曲運(yùn)動(dòng)起了推波助瀾的加強(qiáng)作用。因這時(shí)氣流給葉片加進(jìn)了能量。在這種情況下，葉片的振動(dòng)會(huì)愈來(lái)愈強(qiáng)烈。這種現(xiàn)象叫“顫振”，由于這種顫振是在葉片失速下形成的，故又稱(chēng)為失速顫振。通過(guò)顫振發(fā)生過(guò)程可以看出，顫振是由氣動(dòng)力、慣性力和彈性力交互作用的結(jié)果。2

抑制葉片顫振在葉片顫振研究中,抑制葉片顫振技術(shù)是防止葉片顫振發(fā)作的有效方法。風(fēng)電機(jī)組在結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性方面抑制葉片顫振技術(shù)主要是研究葉片的結(jié)構(gòu)形式來(lái)抑制葉片顫振發(fā)作。如：利用葉片型面設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及利用復(fù)合材料葉片的振動(dòng)特性與氣動(dòng)彈性剪裁技術(shù)，來(lái)抑制顫振。由于葉片顫振屬于流體誘發(fā)振動(dòng)中的氣動(dòng)彈性耦合自激振動(dòng)現(xiàn)象,涉及葉片的氣動(dòng)力與葉片結(jié)構(gòu)動(dòng)力兩方面的問(wèn)題,又與葉片造型、工藝等因素有關(guān),因此，抑制葉片顫振是一項(xiàng)十分繁雜的工程技術(shù)。目前，在葉片顫振預(yù)估、葉片型面設(shè)計(jì)、復(fù)合材料葉片與氣動(dòng)彈性剪裁方面,初步進(jìn)行了一些研究工作。2.1利用三心設(shè)計(jì)原理抑制顫振葉片的三心設(shè)計(jì)與葉片顫振密切相關(guān)。通過(guò)葉片氣動(dòng)參數(shù)變化與葉型幾何參數(shù)變化對(duì)顫振特性影響的研究。前重心葉片的穩(wěn)定性較好,相反前扭心葉片的穩(wěn)定性較差。具有前重心的葉片也免除在工作范圍內(nèi)出現(xiàn)顫抖的振動(dòng)現(xiàn)象。因此設(shè)計(jì)葉片時(shí),在滿(mǎn)足其它條件下,應(yīng)使葉型重心盡可能的靠近葉片前緣。葉片三心的變化對(duì)葉片穩(wěn)定性有很大的影響，因此，葉片設(shè)計(jì)和葉片防顫等,皆可以從三心角度進(jìn)行調(diào)整；葉型的扭心靠近葉片前緣要比扭心靠后的更容易失穩(wěn)，即后扭心葉片較好。但在設(shè)計(jì)具有后扭心時(shí),其重心也將隨之后移；前置重心穩(wěn)定性較好，重心位于扭心之前更為有益；對(duì)于前置扭心葉片,非定常氣動(dòng)力心位于扭心和重心之間，葉片有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，位于重心之后,對(duì)葉片的穩(wěn)定性不利；對(duì)于后置扭心葉片,非定常氣動(dòng)力心位于重心和扭心之間，葉片穩(wěn)定性較差，而位于前緣形成氣動(dòng)力心→重心→扭心的分布情況，葉片有很好的穩(wěn)定性。因而綜合看來(lái)，對(duì)具體葉片就不能單方面認(rèn)為氣動(dòng)力心離扭心，重心越遠(yuǎn)越好。對(duì)于前扭心葉片而言,氣動(dòng)力心靠近扭心較好，而對(duì)于后扭心葉片，氣動(dòng)力心遠(yuǎn)離扭心、重心而靠前些為好。2.2

用復(fù)合材料制造阻尼葉片抑制顫振當(dāng)前，風(fēng)電機(jī)組的葉片材料主要為纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料(如GRP)，其阻尼性能是金屬材料的10倍～100倍，但是，在復(fù)雜交變應(yīng)力的作用下，普通復(fù)合材料葉片往往因顫振而遭到破壞。共固化粘彈阻尼層能夠有效提高復(fù)合材料的阻尼性能，它是將粘彈性阻尼材料嵌入到復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中并與其共同固化成型，這樣既保證復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛度，又大幅度提高了復(fù)合材料的阻尼性能，且不易出現(xiàn)阻尼層剝離現(xiàn)象。阻尼葉片結(jié)構(gòu)目前風(fēng)電機(jī)組葉片的材料主要是纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料，包括玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料(GFRP)和碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料(CFRP)，其中GFRP較為常用。纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料具有良好的比剛度、比強(qiáng)度以及耐腐蝕性和良好的阻尼特性等優(yōu)點(diǎn)，但隨著風(fēng)電機(jī)組葉片尺寸的不斷增大，傳統(tǒng)葉片自身阻尼已經(jīng)不能對(duì)葉片顫振進(jìn)行有效的抑制，因此，有必要對(duì)葉片做進(jìn)一步的阻尼處理。常用的阻尼處理方法有自由阻尼結(jié)構(gòu)層和約束阻尼結(jié)構(gòu)層。這兩種方法都屬于事后被動(dòng)處理，會(huì)受到葉片尺寸、重量以及阻尼層剝落現(xiàn)象等因素的限制。共固化阻尼層復(fù)合材料可以解決以上兩種阻尼處理方法存在的問(wèn)題。該材料是直接將粘彈性阻尼材料作為鋪層嵌入到復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中(見(jiàn)圖3)。這樣既保證了材料較高的結(jié)構(gòu)阻尼又不易出現(xiàn)阻尼層剝落現(xiàn)象。阻尼葉片是將共固化粘彈性阻尼層復(fù)合材料用于風(fēng)電機(jī)組葉片，這樣可在滿(mǎn)足葉片比強(qiáng)度和比剛度要求的基礎(chǔ)上提高葉片的阻尼特性，有效提高葉片自身的抑顫能力。圖4為阻尼葉片截面示意圖。阻尼葉片的抑顫效果明顯，對(duì)擺振方向的抑顫效果優(yōu)于揮舞方向，這是由于共固化粘彈阻尼層復(fù)合材料中阻尼層通過(guò)內(nèi)摩擦耗散掉部分振動(dòng)能，且擺振方向的顫振頻率接近阻尼材料的最優(yōu)頻率。圖3共固化粘彈性阻尼層結(jié)構(gòu)示意圖

圖4阻尼葉片結(jié)構(gòu)示意圖2.3

利用氣動(dòng)彈性裁剪技術(shù)抑制顫振利用復(fù)合材料的可塑性、鋪層裁剪性和非線(xiàn)性振動(dòng)特性，可以實(shí)現(xiàn)葉片氣動(dòng)彈性剪裁，以抑制顫振。葉片氣動(dòng)彈性剪裁就是利用復(fù)合材料改變?nèi)~片的固有振動(dòng)特性以及利用葉片的變形改變氣動(dòng)力特性，進(jìn)行葉片抑顫作用。第一，利用復(fù)合材料改變?nèi)~片的固有振動(dòng)特性復(fù)合材料葉片的振動(dòng)特性有如下幾點(diǎn):（1）復(fù)合材料的鋪層方向與次序，對(duì)葉片的振動(dòng)特性有很大的影響，即利用不同的鋪層方法，可以改變?nèi)~片的頻率，振型出現(xiàn)次序等。（2）0°和較小角度（<30°）的鋪層，具有較高的抗彎剛度；±45°的鋪層抗扭剛度最高；90°以及非純45°交替鋪層，具有很好的抗橫向振動(dòng)性能。（3）不同的鋪層,對(duì)葉片振型的出現(xiàn)次序和頻率變化都有很大的影響。（4）復(fù)合材料葉片外鋪層比內(nèi)鋪層對(duì)振動(dòng)特性變化的影響大。對(duì)稱(chēng)鋪層葉片，具有較強(qiáng)的彎扭耦合特性，同時(shí)葉片會(huì)產(chǎn)生較大的靜變形。（5）與同型鋼葉片相比，其剛性強(qiáng)，頻率高，