1　绪论

1.1　研究背景

风能是一种非常重要的清洁与可再生能源，人类社会对于风能的利用可以追溯到数千年前，人们利用风力来驱动船只、提水灌溉、碾磨谷物。到19世纪末，人们开始利用风力发电，在解决农村及偏远地区的用电问题上发挥了重要作用。在此期间，风能始终没够得到足够的重视，风能利用技术进步缓慢。直到1973年世界石油危机，在化石能源短缺以及环境恶化的双重压力下，风能作为可再生能源的重要组成受到了足够的重视，风能利用技术尤其是风力发电技术取得了蓬勃发展。

风能利用的关键部件是风力机，风力机主要分为水平轴风力机和垂直轴风力机两大类。得益于成熟的螺旋桨技术，水平轴风力机在近半个世纪中飞速发展，成为了大中型风力发电机的主要机型。从1980年至2005年，水平轴风力机叶轮直径由15m增长到125m，容量也从最大几十千瓦增加到5MW。依此趋势，在未来的20年里，水平轴风力机有可能达到直径250m，容量20MW以上，这意味着将来可以利用更多风能。早期阶段的风力机尺寸相对较小，对风力机的研究主要集中在如何优化风力机叶片的气动性能以提高风能利用率方面，而对风力机叶片的气动弹性问题研究相对较少。随着风力机尺寸的不断增大，风力机叶片气动力和结构变形之间的相互影响逐渐增大，由此引发的风力机叶片振动及可能带来的疲劳损坏问题严重制约着现代风力机的发展。因此，风力机叶片的气弹稳定性问题越来越受到研究人员的重视。

风力机在遭遇强风天气时，为了保证风力机的安全必须停止运行，保持停摆状态。根据国际电工委员会（IEC）标准，停摆风力机的受力及载荷情况分析对必须要对各个来流风向做出全面评估。当风力机处于停摆状态，且来流风向垂直于风轮平面时，叶片各截面的攻角大多处于深度失速区中的90°附近，经过叶片的气流流动分离非常严重，呈现明显的非定常特性。实验及研究表明，在高风速、大分离以及非定常流动条件下，流动容易诱使风力机叶片产生振动。叶片振动对风力机尤其是大型风力机危害巨大：①叶片长期振动容易导致叶片疲劳损害，缩短叶片寿命；②叶片振动可能诱发整机发生共振，使整机失稳；③剧烈的叶片振动甚至能够直接使叶片发生断裂失效。因此，对停摆风力机叶片流动诱发振动问题进行研究对现代大型风力机的发展具有重要意义。