0. 证明来源分级(全文通用)
| 标记 | 含义 | 举例 |
| A 标准 | 国家标准 / 国际标准原文 | GB 50009 风荷载、IEC 61400-2 小型风机、ISO 6336 齿轮、DIN 3996 蜗杆 |
| B 实测 | 自己量的 / 台架测的 | 卡尺、称重、台架扭矩、风洞 Cd |
| C 复算 | 第三方软件独立复算 | CalculiX FEA、FreeCAD 体积、SolidCraft STEP 回读 |
| D 样本 | 供应商样本/铭牌 | 电机保持扭矩、轴承额定动载、材料数据表 |
| E 待测 | 暂无证据,仅占位 | PA-CF 实测 σ/E、帆布 Cd、摩擦系数 μ |
1. 风气候卡(第一个问题的补全)
| 参数 | 取值 | 来源 | 说明 |
| 年均风速(10 min 均值) | 4.43 m/s | E | 按 Weibull A=5.0 / k=2.0 反算;须用你机场气象站原始 10 min 数据替换 |
| Weibull 形状 k | 2.0 | A | IEC 61400-2 内陆典型值 |
| Weibull 尺度 A | 5.0 m/s | E | 同上,待本地数据拟合 |
| 额定风速 | 11 m/s | A | 超概率 0.79% ⇒ 年约 69 h 满发 |
| 切出 / 极端风速 | 20 / 30 m/s | A | 小型风机 III 类 |
| 50 年一遇阵风 | 40 m/s(3 s) | A | GB 50009 基本风压换算 |
| 年有效风时(3~20 m/s) | 6 112 h | C | 由 Weibull 积分 |
这一卡全部是「待替换」状态。机场气象站能给出 10 分钟均值序列与阵风极值,一旦拿到,我用同一套 Weibull 拟合重算,年发电量与载荷包络同时更新。
2. 材料卡:PA-CF(第二个问题的补全)
| 性能 | 取值(中值) | 来源 | 范围 |
| 弹性模量 E | 7.0 GPa | E | 5.5 ~ 8.5 GPa(随纤维含量与打印方向) |
| 拉伸强度 σ_t | 75 MPa | E | 60 ~ 90 MPa(XY 向,Z 向低 40%) |
| 弯曲强度 σ_b | 120 MPa | E | 100 ~ 140 MPa |
| 许用弯曲应力 σ_allow | 138 MPa | E | 取弯曲强度上界 ÷ SF1.0(偏冒险,建议降到 80) |
| 密度 ρ | 1.20 g/cm³ | E | 1.15 ~ 1.25 |
| 层间剪切强度 | 25 MPa | E | Z 向最弱,螺丝孔处控制 |
用 138 MPa 当许用值是全表最危险的一处假设。它是弯曲强度上界且未除安全系数。
按 SF=1.8 反算,真实许用应为 67 ~ 78 MPa。若坚持 138,全部叶片框强度结论都要重算。
3. 载荷包络(4 工况 × 3 个层级)
| 工况 | 风速 | 整机风力 | 单叶载荷 | 叶根弯矩 | 来源 |
| 额定 | 11 m/s | 1 165 N | 49 N | 24.6 N·m | C |
| 切出 | 20 m/s | 3 851 N | 160 N | 81.3 N·m | C |
| 极端 | 30 m/s | 8 666 N | 361 N | 182.9 N·m | C |
| 50 年阵风 | 40 m/s | 15 406 N | 642 N | 325.1 N·m | C |
计算口径:F = ½·ρ·Cd·A·V²,ρ=1.225、Cd=1.2、A总=13.10 m²(24 片 × 0.546 m²)、叶根弯矩取臂长 H/2=0.507 m。
Cd 仍是假设值,风洞实测后这一整表按比例缩放。
4. FMEA(失效模式与影响分析)
| # | 失效模式 | 后果 | S/O/D | RPN | 对策(谁负责证明) |
| 1 | 叶片框叶根断裂 | 叶片飞出,击中结构 | 9/4/6 | 216 | 叶根加厚 + 疲劳校核;C FEA + B 台架 |
| 2 | 长销孔磨损 → 回差增大 | 角度精度超 ±0.5° | 6/6/5 | 180 | 加铜衬套 + 表面处理;B 台架回差实测 |
| 3 | 蜗杆导程角不足 → 断电掉角 | 叶片失位、联动失效 | 7/5/3 | 105 | d1 8→12 或加制动器;A DIN 3996 自锁判据 |
| 4 | 帆布撕裂 / 脱缝 | 叶片失效、风载变化 | 5/6/4 | 120 | 压带+双缝+张力控制;B 拉伸试验 |
| 5 | 滑车侧向脱轨 | 整车卡死 / 坠落 | 10/2/4 | 80 | 双轮缘 + 侧向限位;C 侧载 FEA |
| 6 | 螺丝孔层间剪切(Z 向) | 框体分层开裂 | 6/5/5 | 150 | 孔距加大 + 金属衬套;B 拉脱试验 |
RPN ≥ 150 的三项(叶根断裂 216、销孔磨损 180、螺丝孔剪切 150)必须先出证据才能过评审。其余三项可带条件放行。
5. 参数表(每项挂来源)
| # | 参数 | 取值 | 来源 | 怎么证明 |
| 1 | 叶片展向高 H | 1.013 m | B | CAD 实测(STEP 包围盒) |
| 2 | 叶弦 c | 0.539 m | B | 同上 |
| 3 | 叶片数 | 24 片 / 12 车 | A | 轨道周长 ÷ 间距,与实物核对 |
| 4 | 总叶面积 A | 13.10 m² | C | CAD 面积 × 片数 |
| 5 | 阻力系数 Cd | 1.2(假设) | E | 风洞实测(你已定) |
| 6 | 框板厚 t(叶根) | 6 mm | E | 按 σ_allow=80 重算,FEA 校核 |
| 7 | 框条宽 b | 12→8 mm | E | 等强度渐变,FEA 校核 |
| 8 | 许用弯曲 σ_allow | 138 → 80 MPa | E | 三点弯曲试验(B) |
| 9 | 弹性模量 E | 7.0 GPa | E | 拉伸试验(B) |
| 10 | 销径 d_pin | 5 mm | C | 刚度反解 + 挤压校核 |
| 11 | 末级模数 m₂ / 齿数 z | 1.5 / 20 | A | DIN 3996 齿根承载 |
| 12 | 末级容许扭矩 | 23.0 N·m | C | 手算 + 与样本额定对照 |
6. 评审门槛(什么算「证据够了」)
| 关卡 | 通过条件 |
| G1 载荷 | Cd 有风洞值 或 采用偏保守上界并写进风险清单 |
| G2 材料 | σ_allow / E 有实测值;无实测则整表按 0.6 折减 |
| G3 强度 | ≥2 个 RPN≥150 项有 FEA 或台架证据 |
| G4 精度 | 回差有台架实测,落在 ±0.5° 内 |
| G5 风气候 | 用本地气象站原始 10 min 数据重拟合 |