通过流体诱发振动，振动式风力发电机将风能（流体动能）转化为振动能。作为一种具有结构破坏性的负面现象，流体诱发振动（Flow Induced Vibrations）在日常生活和工业上大 量存在。比如卡门涡街诱发电缆振动、机翼颤振、梁的驰振、管排的绕振等等[5]。人们对这 些现象进行了广泛的研究来避免流体诱发振动的发生。通过这些研究，人们对各种诱发振动 的机理已有了一定的认识。

一般的风力发电机包括风力机和发电机二部分。整个系统能量转换的首要环节是风力机。 风力机截获来自外部的流动空气所具有的动能，并将截获的动能转换有用机械能，带动发电 机发电。它不仅决定了风力发电机整个系统所能输出有效功率，而且直接影响风力发电机的 安全稳定运行性能。无论风力发电机应用于静止系统或设备还是运动的载体，由于其风力机 的气动特性都很复杂，所以一直以来风力机的设计和空气动力特性的研究成为国内外研究的 重要方向。其中，研究的关键是风能获取、最佳运行机理和控制方法。是美国的 Harry Diamond 研究所最早开展基于流体诱发振动的风力发电机研究。该所于上世纪六七十年代开展了基于 环音振荡器的磁电式发电机的研究工作[6]，该类型发电机作为引信电源已成功地应用到美国 多种型号的弹丸中。此后则鲜见报道关于振动式风力发电机的研究。直到最近十年，由于对 微型低功耗、自供电电子器件的需求使得振动式风力发电机获得了空前广泛的关注。各国研 究学者基于种类繁多的流体诱发振动机理也提出了各式各样的振动式风力发电机方案。77323

利用卡门涡街诱发振动原理，发明了风力发电机，它主要有两种结构形式：一是钝体漩 涡脱落后，会产生交替变化的压力场，压力场驱动发电机结构的振动，并将振动能量转换为 电能[7]；另一个是钝体弹性支撑时自身会发生的涡激振动[8] ，将振动能量转换为电能。对于 第一类发电机，Andreopoulos 等人[4,9-10]对圆柱体诱发卡门涡街发电机进行了数值模拟以及实 验研究。该模拟方法考虑了流体动力学、电子元件响应三者和结构振动的耦合问题，模拟结 果（开路电压）与实验结果有较好的吻合[4]。并且应用 PIV（粒子图像测速仪）测量了卡门涡 街诱发弹性悬臂梁振动的流场特性 [10]。

图 1。1 是利用声学共振原理的谐振腔式风力发电机。外界气流流入谐振腔后，气流减速， 腔内气压升高。论文网由于柔性梁（具有很小的刚度）将向上弯曲，机械恢复力又使其回到原位。 当外界风速达到一定值，柔性梁所形成的自激振荡使压电梁产生周期性形变。因为形变，压 电梁上、下表面引出电极产生电压，这样便可以为负载供电，实现风能的获取与转换。 谐振腔式风力发电机[11]

颤振现象是一种自激的发散振动，它的特点是有大振幅和大变形。达到一定的风速条件， 当结构的振动方向与作用在结构上流体的压力一致时，结构就会从流体中吸取能量来增加结 构的振幅；结构的振幅结构在从流体中吸收的能量大于自身损耗能量趋于无穷大。然而结构 的非线性特征又会将振幅限制在有限的范围。图 1。2 是 PZT 压电悬臂梁的自由端铰链一个机 翼结构用于收集风能装置，是 2011 年美国康奈尔大学 Bryant 等人[12]所做。如图所示，机翼 发生颤振可带动压电梁一起振动。他们所测的临界风速降低到了 1。9m/s。 颤振式风力发电机

驰振（失速颤振）与颤振类似，同样是一种气动弹性振动。不用的是，与颤振相比，它 的振动频率较低，而振幅更大。驰振所具有临界速度低，振幅大等优点[16]在近几年吸引了一 些学者的关注[13,15-16]。