經典頗振發生時，機翼尖部的振動回響突然出現了很大振幅的振盪現象。
目前，經典顫振在航天領域研究得相對較多，而在風力機領域研究得相對較少。Lobitz基於準定常與非定常氣動模型(Theodorsen模型)研究了兆瓦級風力機單個葉片的顫振極限，發現非定常氣動模型預測的顫振速度高於準定常模型的預測。
基本介紹
- 中文名：經典顫振
- 外文名：classical flutter
- 學科：航空航天
- 類型：飛行術語
- 現象：出現了很大振幅的振盪現象
- 顫振：氣動彈性問題之一
現象描述,機翼顫振,研究現狀,風機葉片經典顫振,
現象描述
經典頗振發生時，機翼尖部的振動回響突然出現了很大振幅的振盪現象。其試飛數據見圖。
從圖中看到，試飛在高度10000ft，馬赫數從0.8~0.9，翼尖回響非常小,也很平穩，但是到馬赫數0.95，機翼回響突然增大，這時飛機馬上退出了試驗。然後試驗從高度5000ft，馬赫數0.8重新向前推進，到馬赫數0.9僅出現了小幅值的LCO現象,在水平直線飛行中這種振盪還是平穩的，但在轉彎機動載荷飛行中，振盪幅值迅速增大，當水平直線加速到馬赫數0.92時，再次出現了振盪發散現象，所以在回響達到很高水平之前，立即中斷了試驗。相似的情況在其他試飛高度也同樣發生。經試飛數據分析，這種不穩定的回響主要是飛機頻率為9.5Hz的反對稱摸態表現的特性。
機翼顫振
最早的氣動彈性問題是機翼的彎扭耦合振動。機翼彎曲帶來攻角的變化，攻角變化引起升力變化，升力改變氣動力矩，該氣動力矩又引起彎曲，從而反饋到彎扭振動中。一旦條件成熟，反饋將助長振動，振動又增加反饋量，形成自激振動。它來勢兇猛、急劇，一旦發生，將在瞬間造成嚴重的破壞。這是航空發展史上最初遇到的氣動彈性不穩定性問題，並把這種振動稱為顫振。機翼顫振有兩種情況：1）機翼揮舞彎曲和扭轉自由度耦合引發的顫振；2）機翼彎曲和副翼偏轉耦合類型的顫振。而第二種情況不會發生在風力機上。
早在1903年，即在萊特（Wright）兄弟有動力載人飛行成功的前9天，Smithsonian學院的Langley教授在Potomac河畔進行的“空中旅行者”號有動力試飛失敗，事後人們才認識到這是典型的氣動彈性問題——機翼扭轉變形發散。之後的多次顫振事故促使Lanchester和Bairstow及Fage進行了第一批有目的氣動彈性顫振研究，他們所研究的是機身扭轉和升降舵偏轉兩自由度的二元顫振。1926年，Reissner發表了解決扭轉發散問題的理論，同時闡明了空氣動力中心與彈性軸相對位置的重要性。1934年，Theodorson獲得了翼面-操縱面組合的二維不可壓縮流諧振空氣動力的精確解，建立了解析求解翼面顫振的基礎。1955年，Fung發表了氣動彈性的書籍，闡述了多種顫振極限預測的理論和方法。隨著計算機技術的迅速發展，計算流體力學方法（CFD）與結構的有限單元法（FEM）耦合進行氣動彈性問題研究，成為一種強大的研究計算方法。
研究現狀
目前，經典顫振在航天領域研究得相對較多，而在風力機領域研究得相對較少。Lobitz基於準定常與非定常氣動模型(Theodorsen模型)研究了兆瓦級風力機單個葉片的顫振極限，發現非定常氣動模型預測的顫振速度高於準定常模型的預測。B．S．Kallesoe主要研究了葉片的穩定變形對風力機氣動彈性穩定性的影響。Hansen等進一步研究了翼型重心、葉片扭轉剛度等因素對葉片顫振極限的影響，指出大型風力機經典顫振包含了二階揮舞和一階扭轉模態，當兩者的頻率比降低以及翼型重心向後緣移動時，將引起顫振極限的降低；其研究表明，對經典顫振分析而言，針對單個葉片分析的結果與風力機系統整體分析的結果相差不大。M．O．L．Hansen等對目前風力機氣動力和氣動性問題已有的研究方法和理論進行了綜述性分析。
風機葉片經典顫振
近年來世界各國對綠色能源的需求導致大型風機的裝機容量不斷上升。隨著機型的增大，風力機葉片展向長度也隨之加大。目前兆瓦級的葉片尺寸都大於30m，因此在慣性力、彈性力和複雜氣動負載力禍合作用下，葉片會出現顫振現象。經典顫振問題是研究大型風力機葉片安全穩定運行的一個重要問題。水平風力機葉片的經典顫振發生在葉片運行低攻角狀態的勢流中，為氣流流動基本附著無明顯分離情況下，風機葉片扭轉自由度和揮舞自由度產生的自激振盪。由於顫振分析研究涉及葉片結構，葉片周圍複雜非定常氣動力以及葉片流固耦合等一系列複雜困難的問題，大部分經典顫振研究都集中於葉片定常氣動力的顫振分析研究。目前引入非定常氣動力的葉片經典顫振研究也局限於葉片氣彈系統在靜態點的顫振特性研究
任勇生等針對非時變葉片氣彈系統，採用特徵法畫出根軌跡曲線來分析葉片顫振穩定性，Kallesoe也採用特徵值和特徵向量來分析靜態攻角下的葉片氣彈特性。而目前針對旋轉風力機葉片的研究又大多集中於複雜葉片結構方程式的求解和線性化，或是基於風洞實驗的葉片氣動力特性。
因此李迺璐等基於標量化的揮舞/扭轉振動界面，引入Beddoes-Leishman非定常氣動模型為旋轉葉片在低攻角處提供周期時變非定常勢流氣動力，研究旋轉風機葉片動態時變氣彈系統的經典顫振穩定性特性。該研究分析了標量風速，揮舞扭轉固有頻率比，葉片剛度和結構阻尼對旋轉葉片氣彈穩定性的影響，揭示了旋轉動態葉片經典顫振邊界的變化規律。
結果表明，剛度較大的旋轉葉片有較好的氣彈穩定性; 結構阻尼可以有效的抑制旋轉葉片顫振的發生; 揮舞扭轉固有頻率比對扭轉自由度和揮舞自由度的穩定性影響都比較大。顫振邊界的研究表明，旋轉葉片在固有頻率比較低和較高的時候有良好的氣彈穩定性，在中間值域內氣彈穩定性會變差; 較高的扭轉固有頻率仍然需要一定的葉片剛度和結構阻尼來保證旋轉葉片的顫振穩定性，而具有較高揮舞固有頻率的葉片則對剛度和結構阻尼要求較低。
