تحلیل پایداری آیروالاستیک پره‌های کامپوزیتی توربین بادی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشگاه کاشان، دانشکده مهندسی مکانیک

2 کارشناس ارشد، دانشگاه کاشان، دانشکده مهندسی مکانیک

چکیده

آیروالاستیسیته منشاء اصلی وقوع ناپایداری‌ در سازه‌هایی است که تحت تاثیر نیروهای آیرودینامیکی قرار می‌گیرند. از مهمترین این ناپایداری‌ها ارتعاشات کوپل خمش و پیچش است، که به آن فلاتر گفته می‌شود. در این تحقیق به مطالعه‌‌‌ پایداری آیروالاستیک پره کامپوزیتی توربین بادی پرداخته شده ‌است. هندسه، لایه‌چینی و بارگذاری سازه کامپوزیتی پره توربین طراحی شده با سازه‌های موجود مورد ارزیابی قرارگرفته و برای مطالعه پدیده فلاتر پره توربین، دو روش عددی و تحلیلی مورد استفاده قرار گرفته ‌است. در مطالعه عددی پایداری آیروالاستیک، روش المان محدود و استاندارد سازه‌های هوایی استفاده شده است. بارگذاری پره به صورت سه‌بعدی و دینامیکی انجام گرفته و پس از محاسبه مودهای خمشی و پیچشی وقوع فلاتر در پره توربین مطالعه شده ‌است. در بررسی تحلیلی، روش کلاسیک انتخاب شده و با انجام تحلیل‌های دو بعدی، سرعت فلاتر تخمین زده می‌شود. نتایج روش عددی، ضریب اطمینان حدود 4 برای تحلیل تنش و 39/1 برای پایداری آیروالاستیک را بیان می‌کند. در روش تحلیلی نیز ضریب اطمینان برابر 38/1 برای پایداری آیروالاستیک پره به دست می‌آید، که بیانگر تطابق مناسب نتایج دو روش است.

کلیدواژه‌ها


[1] Fung, Y. C., "An Introduction To The Theory Of Aeroelasticity", Dover Publication, Inc. New York, 1955. [2] JAR-23, "Joint Aviation Requirements", 11 March 1994. [3] Shokrieh, M. M., Taheri-berooz, F., "Wing instability of a full composite aircraft", Journal of Composite Structures, Vol. 54, pp. 335-340, 2001. [4] Baumgart, A., "A mathematical model for wind turbine blades", Journal of Sound And Vibration, Vol. 251, pp.1-12, 2002. [5] Jureczko, M., Pawlak, M., Mezyk, A., "Optimisation of wind turbine blades", Journal of Materials Processing Technology, Vol. 167, pp.463–471, 2005. [6] Guo, S., "Aeroelastic optimization of an aerobatic aircraft wing structure", Journal of Aerospace Science and Technology, Vol. 11, pp. 396-404, 2007. [7] Larsen, J.W., Nielsen, S.R.K., "Nonlinear parametric instability of wind turbine wings", Journal of Sound and Vibration, Vol. 299, pp. 64–82, 2007. "Nonlinear parametric instability of wind turbine wings", Journal of Sound and Vibration, Vol. 299, pp. 64–82, 2007. "Evaluation study of a Navier–Stokes CFD aeroelastic model of wind turbine airfoils in classical flutter", Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 96, pp. 1425–1443, 2008. [9] Fazelzadeh, S. A, Mazidi, A., Kalantari, H., "Bending-torsional flutter of wings with an attached mass subjected to a follower force", Journal of Sound and Vibration, Vol. 323, pp. 148–162, 2009. [10] Lee, J. W., Lee, J. S., Han, J. H., Shin, H. K., "Aeroelastic analysis of wind turbine blades based on modified strip theory", Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 110, pp. 62–69, 2012. [11] ANSYS Help System, "Analysis Guide Theory Reference", Version 12. [12] Ghasemi, A. R., "Structural design of composite blades of wind turbines", M. Sc. Thesis, Iran University of Science and Technology, Supervisor: Shokrieh, M. M., 2002. [13] Tsai, S. W., "Composites Design, 4th edition", Thick Composites, 1988. [14] Eggleston, D. M., Stoddard, F. S., "Wind Turbine Engineering Design", Springer, 1987. [15] Hodges, D. H., Alvin, G., "Introduction To Structural Dynamics And Aeroelasticity", Cambridge University Press, 2002. [16] Ghasemi, A. R., Jahanshir, A., Tarighat, "M. H. Numerical and analytical study of aeroelastic characteristics of wind turbine composite blades", Wind and Structures, Vol. 18, No. 2 pp. 103-116, 2014.