一种高纬度区域船舶偏航距离的高精度求解算法

为提高船舶偏航距离的求解精度,设计一种迭代求解的方法,并与基于墨卡托投影的欧氏距离算法(算法1)和基于墨卡托投影的直接求解算法(算法2)进行比较,发现上述两种算法都存在误差。为此,提出一种基于正轴等距方位投影的直接求解算法(算法3)。验证结果表明:船舶在高纬度区域航行时,算法3比算法1和2对偏航距离的求解精度更高、速度更快。算法可应用于船舶运动控制、进出港操纵、航道规划和航线设计。

FMS偏航距试飞评估方法研究

偏航距是飞行管理系统(FMS)中的关键参数,其计算精度直接影响FMS导航、引导、自动飞控的功能和性能。因此,在FMS试飞评估中,首先要考虑的是偏航距的评估。本文着重研究了基于等角航线和大圆航线的偏航距计算模型,并针对这两种模型设计试飞评估方法,最后依托某国产飞行管理系统完成了实际试飞验证,证明了基于大圆航线的偏航距评估方法的高精确度。

基于大地主题解算方法的无人机偏航距修正探讨

无人机航空摄影在飞行作业时经常受气流等环境因素影响导致飞行航线与计划航线出现偏差,这时操作人员需要实时修正偏航距离。介绍了基于大地主题解算方法,利用计算机数值快速逼近的计算优势,精确计算偏航距,消除利用地图投影进行直角坐标系下点线距离计算引起的投影误差,不仅提高了偏航距计算精度,同时增强了高精度偏航距计算功能的适应性。

遥感卫星在侧视和偏航导引模式下太阳帆板光照角变化分析

遥感卫星通常工作在太阳同步轨道,姿态控制较为复杂。卫星可采用姿态侧视来扩大成像载荷探测范围,并通过姿态偏航导引来消除或补偿成像畸变。上面两种模式的姿态机动对太阳帆板光照角产生了较大影响,使得卫星一年当中不同时段太阳电池阵光照角差异很大,这对卫星电源系统设计有很大影响。文中通过分解卫星姿态和帆板安装位置影响因素,分析二者的影响,并利用坐标矩阵转换将光线矢量和帆板法线映射到同一坐标系下进行解算,从而得到光照角关系式。经过仿真验证该计算方法对光照角分析的有效性。

考虑偏航入流的螺旋桨气动特性及滑流分析

采用数值仿真的方法,对四叶螺旋桨在飞行中遭遇非轴向的偏航入流而产生的复杂非定常气动力问题和滑流现象进行了研究。结合非定常雷诺平均Navier-Stokes方程和滑移网格方法,以偏航角、来流迎角和入流速度为变量,得到不同工况下螺旋桨非定常拉力、力矩、推进效率等特性和滑流流场分布情况。结果表明:保持迎角和来流速度一定,当偏航角从15°增加到25°时螺旋桨拉力和推进效率分别提升了16.20%和6.76%,一定范围内螺旋桨气动特性与偏航角的变化具有正相关性,偏航入流导致桨后滑流流场分布和桨尖涡产生一定程度的偏转,螺旋桨尾迹缩短,滑流区风速得到恢复。螺旋桨非定常气动特性系数随迎角的增大而增大,偏航入流耦合小迎角与大迎角、无偏航计算结果基本相等。螺旋桨4个桨尖涡强度大小不相等,表现出不对称性;偏航入流对螺旋桨的气动性能起到明显的提升影响。

不同偏航工况下受迫运动风力机动力学特性

针对不同偏航工况下受迫运动风力机的动力学特性,文章建立了弹性基础的风力机模型。在湍流来流的条件下,实现模型风力机无规律、多自由度旋转的受迫运动状态,研究风力机的尾流场分布特性及能量特性。结果表明:在偏航角为0°时,由于受迫运动风力机存在多自由度旋转运动,受迫运动风力机的尾流明显小于固定式风力机,而湍流动能大于固定式风力机尾流中的湍流动能;随着偏航角的增大,风力机的尾流和湍流动能分布均出现径向偏移现象,偏移方向与偏航角旋转方向相反,且尾流和湍流动能均随着偏航角的增大而减小;随着偏航角的增大,受迫运动风力机和固定式风力机的平均输出功率均减小,受迫运动风力机的平均输出功率均小于固定式风力机的平均输出功率。

基于尾流判定的风电场偏航角分群优化控制

为了优化风电场整体的功率输出和疲劳载荷,提出分群优化方法。建立风机尾流干扰的神经网络判定模型,以风机的相对坐标和来流风速作为特征值来判断风机之间是否存在尾流干扰;引入连通分量分解算法,将风电场划分为多个互相无尾流干扰的气动解耦机群;采用改进的自适应评估粒子群算法,以提升功率和抑制载荷为目标对所有机群进行并行优化。结果表明:与贪婪算法和整体优化方法相比,所提分群优化方法在功率提升和载荷抑制方面的效果均较好,且其稳定性更好。

计及尾流的风电场智能等效建模及偏航优化控制

大型风电场中存在的尾流干扰会降低风电场整体输出功率,因此需要对风电场建立等效模型,并通过优化尾流分布来提升风电场整体功率输出能力。在所提出的新型风电场偏航优化框架中,提出了一种利用参数监督学习和正则化技术改进的径向基函数神经网络算法,并建立了面向多自由度偏航控制的风电场功率转换智能等效模型。在该模型的基础上,定义了以风电机组偏航角为决策变量的场级最大输出功率优化问题,提出了一种改进的精英多种群遗传算法并进行优化求解,得到各机组偏航角优化值以减少机组间尾流干扰。利用实际风电场布局和风况数据进行了仿真测试。结果表明:所建立的风电场功率转换智能等效模型与其实际特性吻合良好,在特定风况下,偏航优化控制使得风电场总功率提升718.79 kW;连续风况下,所提优化控制方法在不同风况下均有明显的优化效果,风电场总功率平均提升1208 kW,验证了所提出的新型风电场偏航优化框架在提升风电场整体输出功率上的优越性。

偏航风力机尾流特性和功率性能的大涡模拟研究

对偏航风力机尾流特性更好地了解有助于风电场偏航策略的使用,本文开展了偏航风力机尾流大涡模拟研究.首先,建立基于伪谱法的大涡模拟耦合新发展的滤波致动盘模型的模拟方法,使用EPFL偏航风力机尾流风洞实验数据验证了该方法的可行性和准确性.然后,模拟了不同偏航角下的风力机尾流,发现滤波致动盘模型对远尾流区的速度亏损、湍流度和尾流中心偏移有较高的预测精度.与非偏航情形不同,偏航情形大涡模拟重现了实验中观察到的“卷曲尾流”现象,这种现象造成了速度亏损和湍流度在垂直面出现不对称的分布.最后,模拟了两台风力机的尾流状况,并分析上游风力机偏航角对功率性能的影响.模拟结果显示风力机间距不宜过短,一方面,上游风力机尾流干扰造成下游风力机的功率下降,另一方面,在较短间距情况下上游风力机尾流中心偏移值在下游风力机处较小,总功率增加量减少.研究内容对在风电场使用偏航技术具有指导意义.

L形截面风电偏航轴承锻件近净轧制工艺数值模拟与优化

为解决L形截面风电偏航轴承锻件近净轧制受力与变形不均匀,台阶径向宽度较大而轴向深度较浅,成形困难等问题,通过数值模拟和异形芯辊轧制试验对锻件成形效果进行分析,发现成形过程中坯料台阶高度方向的金属填充不满,金属存在折叠堆积的情况,修改锻件及坯料的尺寸后仍难以完全改善成形效果,因此提出异形锥辊近净轧制成形方案,通过试验验证了该方案的可行性,并分析了坯料尺寸对成形效果的影响,结果表明增大坯料的壁厚有利于改善锻件的最终成形效果。

基于稳定偏航的风电场协同控制

为了令协同控制下的风力机能在实时变化的来流中安全可靠的达到提升发电量的目的,提出一种基于稳定偏航的协同控制方法。在该方法中,解析尾流模型被用来实时模拟风电场中的流场状态;差分进化算法用以优化场内机组的最佳偏航角度;将上述优化结果与机组自身的偏航控制逻辑相结合,能令机组稳定地执行最优协同控制指令。在动态风环境下的模拟表明,相较于传统的单机最优控制策略,该文提出的协同控制方法令风电场整体发电量提升4.76%。且该方法能令各机组仅需少量的主动偏航动作在实时变化的湍流风况中达成减少尾流影响的目的。研究结果说明该文提出的基于稳定偏航的风电场协同控制方法具有一定的实际应用价值。

上游风力机偏航对于下游风力机气动特性的影响

针对倾斜尾迹导致下游风力机受到不平衡的气动载荷,疲劳载荷显著增加的问题,文章基于FAST.Farm开源软件,研究了在NREL 5 MW风力机错列布局下,上游风力机偏航对于下游风力机气动特性的影响。研究结果表明:随着上游风力机偏航角度的增加,下游风力机逐渐处于尾流风速亏损的核心区域,其风轮输出功率的减少量显著增大,风轮所承受的推力逐渐降低;相较于上游风力机未偏航的情况,当上游风力机偏航角度为40°时,下游风力机叶根处倾覆力矩的标准差增加了50.5%,波动性显著增大。该研究结果可为整场控制协同优化和偏航入流下的风力机气动特性分析提供参考。

一种基于偏航导引的SAR卫星成像参数更新方法

为了解决低轨合成孔径雷达(SAR)卫星在开启偏航导引情况下缺乏参数计算方法的问题,从现有某卫星的实际任务规划需求出发,分析了升降轨、左右侧视等情况下偏航导引对目标可视情况的影响,提出了一种面向低轨道SAR卫星偏航导引更新成像参数的计算方法,达到对指定目标位置准确成像的效果.仿真结果表明,地球自转引起的偏航对成像中心时刻和斜距影响较大.

基于场级偏航控制的风电场尾流敏感性分析

偏航偏转控制有利于减小风机尾流效应,通过场级偏航协调优化减小尾流损失,可使风电场总发电量达到最大化。采用FLORIS尾流代理模型,以各风机偏航角为优化对象,风电场总功率最大为优化目标,进行场级偏航寻优。针对不同风机间距、纵列个数、湍流强度、来流风速和来流风向等多个维度,对比分析了偏航优化对尾流损失及功率提升的敏感性。结果表明:当风电场排布间距小于5D、风机纵列大于3台且仅需优化前5排、纵列机位连线与风玫瑰图主频风向夹角小于15°、风场湍流小于0.1、来流风速位于风机“切入风速+2 m/s”至“额定风速+2 m/s”区间时,场级偏航控制对于尾流优化效果最佳;若仅采用单机偏航控制风向,前排风机保留3°~5°偏航误差有利于风电场整体的发电收益。

不同偏航角下双叉式叶尖结构对风力机气动噪声分布规律的影响

为研究不同偏航角下双叉式叶尖结构风力机气动噪声的分布规律,利用数值模拟方法计算了双叉式叶尖结构叶片风力机处于0◦∼30◦偏航角度下的气动噪声分布规律。结果表明:在不同偏航角下,叶尖涡和中心涡轨迹发生偏移,与风力机旋转面产生夹角且随着偏航角度增大而减小;300 Hz内的低频段是气动噪声能量主要集中区域,其值随着偏航角度增大呈现先增大后减小的变化规律;偏航角越大,沿叶片展向,最大声压级位置越靠近旋转轴,沿叶片轴向,声压级随轴向距离增大而减小。其计算结果与风洞试验所得流场速度与声压级变化规律一致,验证了其数值研究的可靠性,为小型风力机叶片低噪设计提供数据支持和试验验证。

偏航工况下风力机叶片动态挥舞变形实验

风力机叶片在运行过程中受多种载荷作用会产生变形,且偏航导致叶片的受力情况更加复杂。为探究偏航工况下叶片动态挥舞变形情况,文章利用数字图像相关技术(DIC)开展实验,寻找偏航角、风速、转速的变化对叶片动态挥舞变形的影响规律。实验结果表明:水平轴风力机叶片的动态挥舞变形呈正弦规律变化,风速越大,动态挥舞变形越大;转速越大,动态挥舞变形增大的同时,到达最大值所用时间也越短,经历的变化周期越多;偏航角的存在改变了叶片的受力情况,偏航角越大,动态挥舞变形有增大趋势,到达峰值所用时间越短,峰值位置提前,同时正向动态挥舞变形占比减少,负向动态挥舞变形占比增多,30°偏航角时最明显。

不同入流条件及偏航角下的单风机尾流特性

随着大型风电基地建设,上游风机在运行时会使下游风场风速下降,湍流度增大,造成下游风机发电功率降低,加剧风机的疲劳破坏并缩短其服役周期。因此,亟需开展风机尾流研究,明确其特性及演化规律。为了揭示不同入流及偏航角下的单风机尾流特性,基于单风机尾流风洞试验,验证基于大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)结合致动线模型(Actuator Line Model,ALM)数值模拟方法的准确性;基于LES-ALM模拟方法研究入流风场(包括风速及湍流度)及偏航角对风机尾流特性的影响,阐明正负偏航角下单风机尾流的对称性。结果表明:随着背景湍流度的增大,风机尾流恢复速度加快;当入流条件相同时,风机设置正负对称偏航角,其尾流风速也表现出一定的对称性;风机偏航角越大,风机尾流膨胀宽度会逐渐减小,并降低尾流风速的亏损程度。

基于分布假设检验的风电机组静态偏航误差诊断方法研究

通过确定敏感风速区间并检测功率分布,实现对风电机组静态偏航误差值的估计。利用风电机组的实际运行数据对所提方法的有效性进行验证,并与基于功率曲线的诊断方法进行对比。结果表明,所提方法能够准确量化不同偏航误差区间的数据分布差异,精准识别出静态偏航误差所在的偏航角区间,诊断的准确性较高。

基于决策树算法的风力发电机组偏航控制系统设计

风力发电机组偏航系统对风力控制方面效果欠佳,为提升风能利用率与发电效益,将决策树作为基本算法,构建风力发电机组偏航控制系统。整合信号采集、位置伺服和偏航传动等物理装置单元,建立偏航控制系统的硬件结构。基于决策树算法,综合考虑滞后性、机械损耗等影响因素,设计偏航控制规则提取、叶轮侧对风向及自动解缆等系统的软件控制程序。将系统应用于搭建的大型风力发电机组仿真模型中开展实验,通过对比风向角度呈线性递增过程中,控制前后偏航电机启动脉冲、发电机功率与风力机转速以及偏航角度等模拟数据发现,各项参数均与风向角度有较强关联性。偏航角度的曲线斜率无限接近1,与风向角度的等量线性关系显著。结果表明,该系统能提升机组的发电效率与偏航控制效率,能快速、精准地实现风力发电机组偏航控制。

风力发电机组偏航系统运行与模拟故障实训平台设计

为便于学习风力发电机组运行方式和故障工况,参照实际兆瓦级机组偏航系统,设计风力发电机组偏航系统运行与模拟故障实训平台。该平台分设偏航执行平台和偏航控制系统人机交互操作平台,可精确实现偏航系统制动、偏航对风和解缆,也可通过设置故障验证学员对偏航系统的掌握程度。适用于国内高校风电专业学员、风电行业培训基地运维人员实操与培训考核。