1　緒論

1.1　研究背景

風能是一種非常重要的清潔與可再生能源，人類社會對于風能的利用可以追溯到數千年前，人們利用風力來驅動船只、提水灌溉、碾磨谷物。到19世紀末，人們開始利用風力發電，在解決農村及偏遠地區的用電問題上發揮了重要作用。在此期間，風能始終沒夠得到足夠的重視，風能利用技術進步緩慢。直到1973年世界石油危機，在化石能源短缺以及環境惡化的雙重壓力下，風能作為可再生能源的重要組成受到了足夠的重視，風能利用技術尤其是風力發電技術取得了蓬勃發展。

風能利用的關鍵部件是風力機，風力機主要分為水平軸風力機和垂直軸風力機兩大類。得益于成熟的螺旋槳技術，水平軸風力機在近半個世紀中飛速發展，成為了大中型風力發電機的主要機型。從1980年至2005年，水平軸風力機葉輪直徑由15m增長到125m，容量也從最大幾十千瓦增加到5MW。依此趨勢，在未來的20年里，水平軸風力機有可能達到直徑250m，容量20MW以上，這意味著將來可以利用更多風能。早期階段的風力機尺寸相對較小，對風力機的研究主要集中在如何優化風力機葉片的氣動性能以提高風能利用率方面，而對風力機葉片的氣動彈性問題研究相對較少。隨著風力機尺寸的不斷增大，風力機葉片氣動力和結構變形之間的相互影響逐漸增大，由此引發的風力機葉片振動及可能帶來的疲勞損壞問題嚴重制約著現代風力機的發展。因此，風力機葉片的氣彈穩定性問題越來越受到研究人員的重視。

風力機在遭遇強風天氣時，為了保證風力機的安全必須停止運行，保持停擺狀態。根據國際電工委員會（IEC）標準，停擺風力機的受力及載荷情況分析對必須要對各個來流風向做出全面評估。當風力機處于停擺狀態，且來流風向垂直于風輪平面時，葉片各截面的攻角大多處于深度失速區中的90°附近，經過葉片的氣流流動分離非常嚴重，呈現明顯的非定常特性。實驗及研究表明，在高風速、大分離以及非定常流動條件下，流動容易誘使風力機葉片產生振動。葉片振動對風力機尤其是大型風力機危害巨大：①葉片長期振動容易導致葉片疲勞損害，縮短葉片壽命；②葉片振動可能誘發整機發生共振，使整機失穩；③劇烈的葉片振動甚至能夠直接使葉片發生斷裂失效。因此，對停擺風力機葉片流動誘發振動問題進行研究對現代大型風力機的發展具有重要意義。