基于MEMS微致動器的風力機翼型主動流動控制.pdf

1、MEMS(Micro E1ectro Mechanical System)是采用微機械加工技術,集微型傳感器、微型致動器、微型控制器于一體的微機電系統(tǒng)。把MEMS微致動器技術應用于風力機翼型的主動流動控制是一個創(chuàng)新性研究,它可以實現(xiàn)減小阻力、增加升力、提高風力機機動能力、降低噪聲等目的,并可顯著地改善風力機的運行穩(wěn)定性。
　　本研究首先建立了一種新的翼型結構模型。該模型是基于MEMS微氣泡型致動器建立的,依靠微氣泡的充氣、放氣過程

2、來改變翼型周圍的流場,改善翼型的氣動特性。在這個結構模型的基礎上,采用分析動力學的方法,利用拉格朗日第二類方程,推導出系統(tǒng)的結構運動方程并進行線性化處理。其次,基于Leishman。Beddoes(L一B)動態(tài)失速模型,建立翼型的空氣動力學模型,并用一組非定常的空氣動力學方程來表示該模型。方程給出了線性以及非線性兩種形式,線性運動方程用來進行系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和控制策略的設計,非線性運動方程町以用于進行時間仿真來評估控制的性能。再次,綜合

3、結構動力學方程和空氣動力學方程,二者通過風速、攻角、氣動力等量進行耦合,選取合適的狀態(tài)變量和輸入輸出量,推導得出整個系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程,為之后的流動控制提供數(shù)學模型。最后,根據(jù)建模所得到的狀態(tài)空間方程,選用線性二次型調節(jié)器(LQR),利用MATLAB軟件編程對風力機翼型進行流動控制。得到控制前與控制后的風力機翼型升力、阻力系數(shù)以及振動量的變化曲線。通過曲線的對比,可以看到,加裝了MEMS微氣泡制動器之后,風力機翼型的氣動力系數(shù)發(fā)生了明顯