柔性转子脱落螺旋涡结构的稳定性
流体动力学
2021-05-18 v4
摘要
本研究的动机在于需要揭示柔性转子叶片、其轮毂及其支撑上部结构的底层转子流固耦合与涡动力学同疲劳性能及表征之间的联系。为此，对柔性转子叶片脱落的叶尖涡的时间稳定性特征进行了数值研究。采用气动弹性自由涡尾迹方法模拟螺旋叶尖涡及相关速度场。采用线性特征值稳定性分析来量化叶尖涡的稳定性趋势（增长率对扰动波数）及增长率的时间演化。首先对具有刚性叶片的规范转子及其叶尖涡生成进行模拟，以验证本文所采用的稳定性分析。接着，使用美国国家可再生能源实验室 5MW 参考风力机基础设计模拟一台静止风力机，以研究转子气动弹性对叶尖涡稳定性时间演化的影响。结果表明叶片柔性降低了叶尖涡失稳对低波数扰动的敏感性，且叶片桨距减小了增长率幅值并改变了增长率峰值对扰动波数的依赖关系，这些在以往的旋翼飞行器文献中均未被报道过。当前研究旨在深入理解旋翼飞行器叶尖涡运动学与稳定性，以致力于量化疲劳载荷及其影响，最小化不利的叶尖涡相互作用效应，如过量噪声发射和大的叶片振动，后者也影响疲劳性能。
引用
@article{arxiv.2008.08969,
title = {Stability of Helical Vortex Structures Shed from Flexible Rotors},
author = {Steven N. Rodriguez and Justin W. Jaworski and John G. Michopoulos},
journal= {arXiv preprint arXiv:2008.08969},
year = {2021}
}