1.基于兆瓦级风力机叶片高频微振动测定及抑制系统,其特征在于,包括叶片本体、压电双传感信号处理单元;
所述叶片本体包括叶片母体以及叶片母体外部的蒙皮外层,所述叶片母体和蒙皮外层之间设置呈蜂窝状的PVC填充层;
所述叶片母体呈薄壁复合材料层压结构;
所述叶片母体的薄壁层内嵌有两组相对称的压电铺层;所述叶片母体外部沿长度方向环绕有若干嵌于PVC填充层内的形状记忆合金丝环结构组,所述形状记忆合金丝环结构组包括若干形状记忆合金丝环;
所述压电双传感信号处理单元与压电铺层相连,接收并处理压电铺层产生的电压信号;所述压电双传感信号处理单元与变桨系统相连。
2.如权利要求1所述的基于兆瓦级风力机叶片高频微振动测定及抑制系统,其特征在于,所述叶片母体的横截面呈矩形薄壁层压结构;
所述叶片母体横截面的外壁长度大于等于外壁宽度的2倍;
所述叶片母体薄壁层中复合材料的铺层层数为6层的倍数。
3.如权利要求2所述的基于兆瓦级风力机叶片高频微振动测定及抑制系统,其特征在于,所述叶片母体包括上薄壁、下薄壁、左薄壁、右薄壁;所述上薄壁、下薄壁内各设置一组压电铺层。
4.如权利要求3所述的基于兆瓦级风力机叶片高频微振动测定及抑制系统,其特征在于,所述上薄壁、下薄壁、左薄壁、右薄壁中复合材料铺层角度的大小均为θ且0<θ<90°;
所述上薄壁、下薄壁、左薄壁、右薄壁中复合材料采用周向反对称铺层方式;
所述周向反对称铺层方式为:
上薄壁中各层复合材料的铺层角度为[θ]2n,其中n=3,6,9,12,15,…;
下薄壁中各层复合材料的铺层角度为[‑θ]2n,其中n=3,6,9,12,15,…;
左薄壁中各层复合材料的铺层角度为[θ/‑θ]n,其中n=3,6,9,12,15,…;
右薄壁中各层复合材料的铺层角度为[θ/‑θ]n,其中n=3,6,9,12,15,…。
5.如权利要求4所述的基于兆瓦级风力机叶片高频微振动测定及抑制系统,其特征在于,两组压电铺层沿叶片母体展长方向延伸,所述压电铺层嵌于叶片母体薄壁层的中心位置处;
所述压电铺层的宽度 为叶片母体根部头端外壁长度 的1/3,所述压电铺层的厚度为叶片母体薄壁厚度的1/3;
所述压电铺层由叶片本体根部的尾端延伸至叶片本体的最大弦长处。
6.如权利要求1所述的基于兆瓦级风力机叶片高频微振动测定及抑制系统,其特征在于,所述形状记忆合金丝环结构组设置有两个;
第一个形状记忆合金丝环结构组环绕在压电铺层所在的叶片母体的外部;
第二个形状记忆合金丝环结构组环绕在叶片本体最大弦长与叶片本体尖端之间叶片母体的中心部位处;第二个形状记忆合金丝环结构组的长度为叶片本体长度 的1/4。
7.如权利要求6所述的基于兆瓦级风力机叶片高频微振动测定及抑制系统,其特征在于,所述形状记忆合金丝环结构组中相邻形状记忆合金丝环之间的距离为3 5厘米。
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8.如权利要求1所述的基于兆瓦级风力机叶片高频微振动测定及抑制系统,其特征在于,所述压电双传感信号处理单元包括弱电信号接收器、同向叠加器、运算放大器以及用来触发变桨系统的控制器;
所述弱电信号接收器与两组压电铺层相连,接收两个压电铺层的电压信号;
所述弱电信号接收器与同相叠加器相连,同相叠加器对两个电压信号进行取模运算得到压电输出总电压;
所述同相叠加器与运算放大器相连,得到放大后的输出电压 ;
所述运算放大器与控制器相连,所述控制器对输出电压 与设定电压阈值 、持续时间 与设定时间 进行对比;所述持续时间 是指在正常风况下,输出电压信号不间断、且持续大于等于设定电压阈值 所持续的时间;
所述控制器与变桨系统相连,当 且 时,控制器触发变桨系统。
9.如权利要求8所述的基于兆瓦级风力机叶片高频微振动测定及抑制系统,其特征在于,位于叶片母体下薄壁内压电铺层输出的电压信号 的计算公式如下: (1)
式(1)中:
为压电铺层的厚度;
为挥舞弯曲位移 沿着 方向的投影的位移,为叶片母体薄壁结构截面薄壁厚度处的闭合中线沿着逆时针方向的位移长度;
为挥舞弯曲位移 对时间求一阶导数,然后又对 求一阶导数,并取 时的函数值;其中 为叶片本体的展长方向, 为压电铺层在叶片本体展长方向的起始位置坐标;
为挥舞弯曲位移 对时间求一阶导数,然后又对 求一阶导数,并取 时的函数值, 为压电铺层在叶片本体展长方向的终了位置坐标;
为压电铺层表面积;
为介电允常;
为压电系数;
位于叶片母体上薄壁层内压电铺层输出的电压信号 与 的计算公式相同。
10.如权利要求8所述的基于兆瓦级风力机叶片高频微振动测定及抑制系统,其特征在于,设定电压阈值 的确定方法包括以下步骤:步骤1:对叶片本体建立偏微分结构方程如下: (2)
(3)
其中:
为挥舞弯曲位移; 为 对时间的一阶导数; 为 对时间的二阶导数;
为 对 的一阶导数; 为 对 的二阶导数; 为 对 的三阶导数; 为对 的四阶导数, 为叶片本体的展长方向;
为扭转位移; 为 对时间的一阶导数; 为 对时间的二阶导数;
为 对 的一阶导数; 为 对 的二阶导数; 为 对 的三阶导数; 为对 的四阶导数;
步骤2:将叶片主体翼型截面的高频微振动气动力标定如下: (4)
(5)
其中:
为翼型截面挥舞弯曲方向上起作用的气动升力;
为翼型截面扭转力矩;
为空气密度;
为半弦长;
为由叶片本体转速和风速 形成的相对速度,其中 , 为叶片本体转速, 为翼型截面至叶片根部头端旋转中心的距离,U为风速;
为气弹中心到翼型截面质心的距离,取值范围为弦长的0.1 0.3倍;
~
步骤3:将式(4)带入式(2)、式(5)带入式(3),采用galerkin方法求解气弹系统方程,得到气弹系统的各阶固有频率 ,其中6≤m≤8;
步骤4:在叶片本体的尖端位置安装高频振动传感器,在正常风况下,通过高频振动传感器测量叶片本体挥舞弯曲位移与扭转位移耦合振动的频率 ;
步骤5:当 位于 时,其中2≤i≤m,则叶片本体高频微振动的频率为 ;
步骤6:根据 确定设定电压阈值 。