基于实验数据的风轮工况振型与叶片自激声源耦合规律研究

风力机运行时的工况振型与旋转风轮声源之间存在着必然的联系。通过水平轴风力机风轮的风洞旋转遥测实验，获得在不同来流风速、不同尖速比下风轮叶片的动态应变数据。并采用应力状态与交变循环特性分析等方法，对比总结分析了叶片的工况振型特征。

研究过程中发现，风轮工况振型与其激励塔架振动之间存在关联性。在风洞开口试验段开展了风轮声源的阵列测试。在不同来流风速和不同尖速比工况下，分别采用波束形成技术和近场声全息技术对旋转风轮叶片声源进行了定位与识别。

风力机噪声源声能量较大区域主要来自低频段。在200Hz以下，以风轮旋转噪声为主导，主要是由叶片旋转基频及其谐波构成的离散噪声叠加在宽频噪声上面组成的。随着尖速比和来流风速的增加，旋转基频随着增加，对应的声功率级也随着增加。

叶根区域的噪声主要来源是风力机轮毂振动引起的机械噪声，叶尖区域的噪声主要来源是叶尖涡的脱落引起的噪声。因此，重点研究0.17R～0.85R区域的声场信息与工况振型的相关性分析。

对声源位置分析发现，最大噪声源主要集中在叶片中部区域。同一工况下，主要噪声源随着频率增加，声源位置沿着风轮旋转面径向方向由叶片中部逐渐向叶尖移动，其对应的声能量逐渐降低。

根据获取的不同工况下风轮工况振型分析数据和风轮声源位置及声源能量分布统计数据，通过运行风轮结构动态响应与叶片声源相关性分析，对比总结风轮工况振型与叶片自激声源的耦合规律。

在此基础上，通过叶尖小翼结构调整风轮动频曲线走势，进而调整旋转风轮近尾迹声辐射。与无小翼风轮比较，越靠近风轮位置，合适结构的叶尖小翼风轮辐射声压级降低的幅度越大，声压级最大降幅超过10dB；在约1倍风轮半径下游位置，声压级降低的幅度基本趋于稳定，声压级降幅为2～7dB。

同时，对研究过程中碰到的一些问题进行了有益的探索，如旋转声源识别技术、旋转风轮结构动态响应对风力机性能的影响等。

项目研究过程中的研究方法、数据处理技术以及研究结果，为相关研究工作提供了实践经验和参考。

风力机运行时的工况振型与旋转风轮声源之间存在着必然的联系。通过水平轴风力机风轮的风洞旋转遥测实验,获得在不同来流风速、不同尖速比下风轮叶片的动态应变数据,并采用应力状态与交变循环特性分析等方法,对比总结分析了叶片的工况振型特征。研究过程中发现,风轮工况振型与其激励塔架振动之间存在关联性。在风洞开口试验段开展了风轮声源的阵列测试。在不同来流风速和不同尖速比工况下,分别采用波束形成技术和近场声全息技术对旋转风轮叶片声源进行了定位与识别。风力机噪声源声能量较大区域主要来自低频段。在200Hz以下,以风轮旋转噪声为主导,主要是由叶片旋转基频及其谐波构成的离散噪声叠加在宽频噪声上面组成的。随着尖速比和来流风速的增加,旋转基频随着增加,对应的声功率级也随着增加。叶根区域的噪声主要来源是风力机轮毂振动引起的机械噪声,叶尖区域的噪声主要来源是叶尖涡的脱落引起的噪声。因此重点研究0.17R～0.85R区域的声场信息与工况振型的相关性分析。对声源位置分析发现,最大噪声源主要集中在叶片中部区域,同一工况下,主要噪声源随着频率增加,声源位置沿着风轮旋转面径向方向由叶片中部逐渐向叶尖移动,其对应的声能量逐渐降低。根据获取的不同工况下风轮工况振型分析数据和风轮声源位置和声源能量分布统计数据,通过运行风轮结构动态响应与叶片声源相关性分析,对比总结风轮工况振型与叶片自激声源的耦合规律。在此基础上,通过叶尖小翼结构调整风轮动频曲线走势进而调整旋转风轮近尾迹声辐射。与无小翼风轮比较,越靠近风轮位置,合适结构的叶尖小翼风轮辐射声压级降低的幅度越大,声压级最大降幅超过10dB;在约1倍风轮半径下游位置,声压级降低的幅度基本趋于稳定,声压级降幅为2～7dB。同时,对研究过程中碰到的一些问题进行了有益的探索,如旋转声源识别技术、旋转风轮结构动态响应对风力机性能的影响等。项目研究过程中的研究方法、数据处理技术以及研究结果,为相关研究工作提供了实践经验和参考。