本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電，具體涉及一種風(fēng)電葉片變槳系統(tǒng)多工況加載模擬系統(tǒng)及葉片。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)力發(fā)電作為清潔能源的重要組成部分，在全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型中扮演著關(guān)鍵角色。風(fēng)電葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心部件，其空氣動力學(xué)特性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、疲勞壽命及控制策略的優(yōu)劣，直接決定了風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電效率和運(yùn)行可靠性。變槳系統(tǒng)作為風(fēng)電葉片的重要控制機(jī)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)葉片角度來適應(yīng)不同風(fēng)況，實現(xiàn)功率優(yōu)化和風(fēng)機(jī)保護(hù)。為了提升風(fēng)電機(jī)組的安全性與適應(yīng)能力，需要對變槳系統(tǒng)在多種運(yùn)行工況下進(jìn)行模擬與測試，然而，目前的測試方法仍存在諸多局限性，難以實現(xiàn)對風(fēng)電葉片變槳系統(tǒng)的全方位評估，其主要原因是目前風(fēng)電葉片變槳系統(tǒng)的測試主要依賴于實地試驗，即在實際風(fēng)電場或特定的戶外試驗基地，對風(fēng)電葉片在自然風(fēng)環(huán)境下的性能進(jìn)行測量，盡管實地試驗?zāi)軌蛱峁┱鎸嵉倪\(yùn)行數(shù)據(jù)，但其局限性主要體現(xiàn)在以下幾個方面，?自然條件不可控：風(fēng)速、風(fēng)向、氣流湍流度等環(huán)境因素?zé)o法人為設(shè)定，測試結(jié)果受環(huán)境變化影響較大，難以復(fù)現(xiàn)相同的測試工況；測試工況受限：只能覆蓋正常運(yùn)行工況、突陣風(fēng)工況等部分自然發(fā)生的風(fēng)況，但對于極端臺風(fēng)工況、雷暴沖擊工況、極端溫濕度工況、風(fēng)沙環(huán)境工況等特殊條件，難以在短時間內(nèi)進(jìn)行有效測試；測試成本高昂：風(fēng)電葉片和變槳系統(tǒng)尺寸較大，實地測試需要搭建高成本的測試平臺，并且受天氣影響較大，導(dǎo)致測試周期長、成本高；數(shù)據(jù)采集復(fù)雜：實地測試往往涉及氣象數(shù)據(jù)、葉片受力、結(jié)構(gòu)振動、變槳驅(qū)動響應(yīng)等多個變量，同時進(jìn)行精準(zhǔn)測量難度較高。其次，實驗室模擬是一種在受控環(huán)境下進(jìn)行的葉片變槳系統(tǒng)測試方式，其核心在于使用風(fēng)洞試驗、靜態(tài)加載試驗、簡化風(fēng)機(jī)模型試驗等手段，模擬風(fēng)電葉片在不同條件下的運(yùn)行特性。然而，現(xiàn)有實驗室模擬方法存在如下問題：工況范圍受限：傳統(tǒng)實驗室模擬設(shè)備主要集中于單一或有限的幾種工況，對于高湍流風(fēng)工況、極端溫濕度變化、風(fēng)沙侵蝕、雷電沖擊等非均勻和動態(tài)環(huán)境工況，傳統(tǒng)實驗室設(shè)備難以精確再現(xiàn)。環(huán)境與結(jié)構(gòu)分離測試：目前的實驗室測試通常將環(huán)境因素（溫濕度、風(fēng)場）、葉片結(jié)構(gòu)動力學(xué)（應(yīng)力、變形）和變槳控制策略分開進(jìn)行測試，缺乏一個能夠綜合模擬環(huán)境-結(jié)構(gòu)-控制相互作用的集成測試平臺；例如，風(fēng)洞試驗通常僅關(guān)注空氣動力學(xué)性能，無法同時測量結(jié)構(gòu)變形與變槳驅(qū)動系統(tǒng)的響應(yīng)；靜態(tài)加載試驗主要測試葉片在不同載荷下的應(yīng)力分布，而不能反映真實風(fēng)場中的動態(tài)變化；動態(tài)響應(yīng)測試不足：現(xiàn)有的實驗室測試設(shè)備難以實現(xiàn)對動態(tài)變槳過程的精確模擬，如變槳控制系統(tǒng)在突陣風(fēng)下的響應(yīng)延遲、高頻振動對葉片壽命的影響、極端溫度變化對變槳驅(qū)動機(jī)構(gòu)的影響，這些動態(tài)因素對風(fēng)電機(jī)組的長期穩(wěn)定性至關(guān)重要，但目前的實驗室方法難以全面評估其影響。另外，現(xiàn)有的實地試驗和實驗室測試方法的局限性主要由以下因素導(dǎo)致：自然風(fēng)場的復(fù)雜性：風(fēng)速、風(fēng)向和湍流特性的隨機(jī)性較強(qiáng)，難以在實驗室完全復(fù)現(xiàn)；實驗室設(shè)備的物理限制：傳統(tǒng)實驗設(shè)備多采用靜態(tài)或單維度加載方式，缺乏多軸向動態(tài)加載能力；環(huán)境控制系統(tǒng)的局限性：現(xiàn)有實驗室環(huán)境通常以恒溫恒濕為主，無法動態(tài)模擬溫度突變、降水、雷電等環(huán)境因素對葉片的影響；?數(shù)據(jù)采集技術(shù)的局限性：缺乏高精度、實時、多模態(tài)的監(jiān)測手段，無法同時測量風(fēng)速、載荷、溫濕度、材料老化、變槳驅(qū)動響應(yīng)等多個變量的耦合效應(yīng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種風(fēng)電葉片變槳系統(tǒng)多工況加載模擬系統(tǒng)及葉片，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中，無法在多種復(fù)雜工況下的全面、準(zhǔn)確對葉片進(jìn)行加載，模擬的技術(shù)缺陷。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

3、第一方面，提供了一種風(fēng)電葉片變槳系統(tǒng)多工況加載模擬系統(tǒng)，包括：葉片模擬裝置、多維度精密加載裝置、變槳驅(qū)動裝置、多模態(tài)監(jiān)測裝置、數(shù)據(jù)分析裝置、全息環(huán)境模擬裝置、數(shù)字孿生平臺、傳輸裝置以及控制裝置，所述葉片模擬裝置、多維度精密加載裝置、變槳驅(qū)動裝置、多模態(tài)監(jiān)測裝置、數(shù)據(jù)分析裝置、全息環(huán)境模擬裝置、數(shù)字孿生平臺和傳輸裝置與所述控制裝置電性連接；

4、所述葉片模擬裝置用于對葉片形狀模擬；所述多維度精密加載裝置用于對所述葉片形狀模擬進(jìn)行控制；所述變槳驅(qū)動裝置用于對變槳過程進(jìn)行控制；所述多模態(tài)監(jiān)測裝置用于對葉片狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測；所述數(shù)據(jù)分析裝置用于對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理；所述全息環(huán)境模擬裝置用于模擬不同的工作狀態(tài)；所述數(shù)字孿生平臺用于構(gòu)建葉片模型；所述傳輸裝置用于數(shù)據(jù)傳輸。

5、進(jìn)一步地，所述葉片模擬裝置包括模塊化葉片結(jié)構(gòu)、智能材料組件、主動變形控制組件以及納米涂層，所述模塊化葉片結(jié)構(gòu)采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、玻璃纖維和芳綸纖維制成，所述納米涂層覆蓋于模塊化葉片結(jié)構(gòu)表面，所述主動變形控制組件與所述智能材料組件電性連接，所述智能材料組件與模塊化葉片結(jié)構(gòu)連接。

6、進(jìn)一步地，所述多維度精密加載裝置包括主作動系統(tǒng)、輔助作動系統(tǒng)、力/力矩傳感器以及智能控制單元，所述主動作動系統(tǒng)設(shè)置于加載基座上，用于為葉片提供大載荷模擬；所述輔助作動系統(tǒng)設(shè)置于葉片支撐結(jié)構(gòu)上，用于模擬高頻小振幅動態(tài)載荷；所述力/力矩傳感器設(shè)置于葉片根部，用于實時測量施加的力和力矩；所述制動控制單元用于對加載過程進(jìn)行閉環(huán)優(yōu)化。

7、進(jìn)一步地，所述變槳驅(qū)動裝置包括驅(qū)動單元、傳動系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述驅(qū)動單元、傳動系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)與所述控制系統(tǒng)電性連接。

8、進(jìn)一步地，所述多模態(tài)監(jiān)測裝置包括光線光柵傳感系統(tǒng)、聲發(fā)射檢測系統(tǒng)、三維數(shù)字圖像系統(tǒng)、紅外熱像系統(tǒng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；其中，所述光纖光柵傳感器系統(tǒng)用于監(jiān)測葉片應(yīng)變和溫度分布；所述聲發(fā)射檢測系統(tǒng)用于檢測葉片內(nèi)部裂紋和微損傷；所述三維數(shù)字圖像系統(tǒng)用于實時跟蹤葉片形變；所述紅外熱像系統(tǒng)用于監(jiān)測葉片表面的溫度異常；所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于檢測數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。

9、進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)分析裝置包括硬件平臺、軟件架構(gòu)、ai模塊和可視化平臺，所述硬件平臺、軟件架構(gòu)、ai模塊和可視化平臺之間信號連接，所述ai模塊包括深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)模塊、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊、長短期記憶網(wǎng)絡(luò)模塊和圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊。

10、進(jìn)一步地，所述全息環(huán)境模擬裝置包括溫濕度控制系統(tǒng)、氣壓模擬系統(tǒng)、風(fēng)場模擬系統(tǒng)、降水模擬系統(tǒng)、太陽輻射模擬系統(tǒng)和雷電模擬系統(tǒng)，所述濕度控制系統(tǒng)、氣壓模擬系統(tǒng)、風(fēng)場模擬系統(tǒng)、降水模擬系統(tǒng)、太陽輻射模擬系統(tǒng)和雷電模擬系統(tǒng)之間信號連接。

11、進(jìn)一步地，所述數(shù)字孿生平臺包括模型系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、虛擬傳感器網(wǎng)絡(luò)和可視化交互系統(tǒng)，所述模型系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、虛擬傳感器網(wǎng)絡(luò)和可視化交互系統(tǒng)之間信號連接。

12、進(jìn)一步地，所述傳輸裝置包括數(shù)據(jù)總線、時間同步系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)以及安全應(yīng)急系統(tǒng)，所述時間同步系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)以及安全應(yīng)急系統(tǒng)之間通過所述數(shù)據(jù)總線連接。

13、第二方面，提供了一種葉片，包括葉片本體，所述葉片本體上安裝有變槳系統(tǒng)，所述葉片采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、玻璃纖維和芳綸纖維制成，所述葉片表面涂覆有納米涂層，所述葉片采用如上所述的風(fēng)電葉片變槳系統(tǒng)多工況加載模擬系統(tǒng)進(jìn)行模擬。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

15、1、該系統(tǒng)集成了葉片模擬、多維度加載、變槳驅(qū)動、多模態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、全息環(huán)境模擬和數(shù)字孿生等多項功能，能夠全面模擬風(fēng)電葉片在不同工況下的運(yùn)行狀態(tài)，為變槳系統(tǒng)的研發(fā)和測試提供了全方位的支持，通過多維度精密加載裝置對葉片形狀模擬進(jìn)行精確控制，以及多模態(tài)監(jiān)測裝置對葉片狀態(tài)的實時監(jiān)測，該系統(tǒng)能夠獲取準(zhǔn)確的測試數(shù)據(jù)，提高測試的精確性和可靠性。

16、2、模塊化葉片結(jié)構(gòu)使得葉片可以根據(jù)需要輕松拆卸和更換，降低了維護(hù)成本和時間，并且能夠根據(jù)不同的測試需求或風(fēng)場條件，快速調(diào)整葉片的尺寸、形狀和材料，提高了測試的靈活性和適應(yīng)性；碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、玻璃纖維和芳綸纖維的使用，使得葉片既具有高強(qiáng)度和剛性，又保持了輕量化，有助于提高風(fēng)電機(jī)組的整體效率和穩(wěn)定性。

17、3、主作動系統(tǒng)設(shè)置于加載基座上，能夠為葉片提供大載荷模擬，這對于測試葉片在極端風(fēng)況或重載條件下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性至關(guān)重要；其次，輔助作動系統(tǒng)設(shè)置于葉片支撐結(jié)構(gòu)上，能夠模擬高頻小振幅動態(tài)載荷，有助于評估葉片在持續(xù)變化的風(fēng)況下的疲勞壽命和動態(tài)響應(yīng)特性；另外，力/力矩傳感器設(shè)置于葉片根部，能夠?qū)崟r測量施加的力和力矩，為數(shù)據(jù)分析提供了準(zhǔn)確、可靠的輸入數(shù)據(jù)，這種實時測量能力使得測試過程更加精確，能夠捕捉到葉片在受力過程中的細(xì)微變化，為葉片設(shè)計和優(yōu)化提供有力支持。

18、4、將驅(qū)動單元、傳動系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)集成在一起，并通過電性連接實現(xiàn)協(xié)同工作，大大簡化了變槳驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的整體性能和可靠性，使得各個組件之間的信息傳遞更加迅速準(zhǔn)確，響應(yīng)速度更快，有助于提升變槳動作的精確性和及時性；其次，控制系統(tǒng)作為整個變槳驅(qū)動裝置的核心，能夠根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)向等外部條件以及風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，精確控制驅(qū)動單元的輸出功率和轉(zhuǎn)速，通過精確控制變槳過程，可以實現(xiàn)葉片角度的快速、準(zhǔn)確調(diào)整，優(yōu)化風(fēng)電機(jī)組的功率輸出，提高發(fā)電效率。

19、5、通過光纖光柵傳感系統(tǒng)監(jiān)測葉片的應(yīng)變和溫度分布，能夠?qū)崟r了解葉片在受力過程中的形變情況和溫度變化，為評估葉片的結(jié)構(gòu)安全性和耐久性提供重要數(shù)據(jù)；聲發(fā)射檢測系統(tǒng)能夠檢測葉片內(nèi)部的裂紋和微損傷，即使在葉片表面無明顯跡象的情況下，也能及時發(fā)現(xiàn)潛在的損傷，有助于預(yù)防葉片的突然失效；三維數(shù)字圖像系統(tǒng)實時跟蹤葉片形變，提供了直觀的葉片形態(tài)變化信息，有助于分析葉片的動態(tài)響應(yīng)特性，紅外熱像系統(tǒng)監(jiān)測葉片表面的溫度異常，能夠及時發(fā)現(xiàn)因摩擦、過載或內(nèi)部損傷引起的局部溫升，為故障排查提供線索。

20、6、數(shù)據(jù)分析裝置的應(yīng)用為風(fēng)電領(lǐng)域的智能化發(fā)展提供了有力支持。通過智能化的數(shù)據(jù)分析，可以更深入地了解葉片的運(yùn)行狀態(tài)和性能，為葉片的設(shè)計、制造和運(yùn)維提供科學(xué)依據(jù)。

21、7、全息環(huán)境模擬裝置能夠綜合模擬溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速、降水、太陽輻射以及雷電等多種自然環(huán)境因素，為風(fēng)電葉片等戶外設(shè)備提供了一個接近真實的測試環(huán)境，這種全面的環(huán)境模擬能力，使得研究人員可以在實驗室內(nèi)對風(fēng)電葉片在各種極端天氣條件下的性能進(jìn)行準(zhǔn)確評估，無需等待自然條件的出現(xiàn)。

22、8、數(shù)字孿生平臺能夠構(gòu)建高度仿真的虛擬模型，準(zhǔn)確反映物理實體的結(jié)構(gòu)、功能和行為，可以在不直接接觸物理實體的情況下，深入了解其內(nèi)部機(jī)理和工作狀態(tài)。