风力机组的气弹耦合稳定性分析一直以来都是国内外风电领域专家和学者的广泛关注和研究的课题。气弹耦合主要包括整机自身的结构内力和外界气动力之间的耦合,对风力机进行结构模态分析除了避免风力机组运行在共振区产生结构上的损坏,更重要的是对其进行气弹稳定性分析,因为气动弹性不稳定性不同于共振和振动,具有更大的潜在破坏性。为了研究柔性风力机几何非线性对气弹频率的影响。本文选择的研究对象为美国可再生能源实验室的5MW海上风力机,将风力机离散成基于刚柔体、弹簧力元和关节组成的混合多体系统。在此,结构采用多体递归方法建模,把风力机看作是一有根的分叉树系统,通过牛顿-欧拉公式来组建风力机整机的非线性动力学方程。气动载荷基于修正的叶素动量理论,并结合风力机的结构模型,编写风力机气弹耦合稳态时域响应程序计算出风力机在各工况下的稳态变形位置和速度,同时引入了状态空间公式的B-L动态失速模型,该模型适用于风力机气动弹性,可忽略压缩效应和前缘引起的流场分离,引入了四个状态变量来描述气动参数的非定常效应,建立了整机的非线性气弹耦合特征方程组,方程的线性化是在一个稳定的平衡状态下进行的。目前针对风力机的模态分析主要有两种方法,一种是基于脉冲激励响应,通过求频响函数得到系统动力特性。另一种是通过求解特征值问题得到系统质量、刚度与阻尼的显式表达,对相应的特征值问题,可以在任意工况下计算特征值和特征向量,从而得到气动弹性模态的固有频率、阻尼和振型。采用RecurDyn多体动力学软件的多体递归算法程序化建模,通过特征值方法分析计算出了风力机在装配位置和稳态平衡位置的各阶结构固有频率以及在各转速下的固有频率。在不考虑风剪切、变桨角以及塔影效应等情况下,通过特征值方法求解风力机的气弹耦合特征方程组,计算出了风力机在叶尖速比一定,不同转速下装配位置和稳态平衡位置的气弹频率和气弹阻尼比。通过气弹阻尼比随风速的变化关系,如果所有模态都是正阻尼,表明他们都是稳定的,若果其中的一阶或者是几阶模态出现负阻尼,表明该工况下风力机会发生气弹颤振失稳。