风轮大型化是当前风电机组发展趋势,叶片向细长型化和柔性化发展,会导致叶片在气动载荷作用下发生较大变形,进而引起叶片气动特性变化,形成叶片气动力与叶片变形相互耦合的气弹响应过程。该过程容易使风力机偏离设计工况,输出功率降低,同时更易导致失稳,进而引发叶片破坏。基于对机组安全性和经济性方面考虑,有必要对大型风力机叶片气弹特性展开研究。在对风力机叶片气动弹性研究过程中,主要关注挥舞方向和扭转方向耦合变形。将三维叶片变形的气弹响应问题,基于气弹相似准则简化为二维翼型在沉浮和俯仰方向的弹性约束,进而理论推导建立两自由度气弹耦合响应数学模型,结合CFD方法实现了两自由度气弹耦合响应数值模拟,对结果进行分析。以风力机翼型DU-93-W-210作为研究对象。首先研究了翼型在不同攻角下的两自由度气弹耦合响应时间历程,根据翼型的弹性运动形态,确定了不同攻角下的临界颤振速度,研究表明,随着攻角的增大,临界颤振速度减小,更易发生气弹不稳定现象,同时俯仰和沉浮两个方向的气弹不稳定区域一致。其次,开展了两自由度气弹系统不稳定区域的影响参数,包括扭转中心位置、初始扰动以及两自由度固有频率比,研究表明,扭转中心置于前缘时临界颤振速度将增加,意味着气弹不稳定振荡被推迟或抑制,而扭转中心置于后缘时对临界颤振速度没有影响;在俯仰方向作用+5°的初始扰动时,研究攻角范围内都将减小临界颤振速度,而作用-5°初始扰动时,不同攻角下对临界颤振速度的影响各不相同;改变固有频率比之后俯仰和沉浮的气弹不稳定区域不再一致,总体上有抑制颤振的作用。以上研究将为柔性叶片气弹设计提供理论指导。图56幅;表3个;参50篇。