低空复杂风场全天候雷达精细探测技术

低空复杂风场通常指距离地面高度600 m以下,局地风速、风向快速变化的风场.其全天候大范围精细探测是雷达科学、气象学等领域的长期难题.低空复杂风场的全天候雷达精细探测涉及传感器设计、三维风场反演和全天候融合等关键技术.本文从激光雷达探测、微波雷达探测、全天候融合及特征危害提取等方面对风场探测的技术内涵及研究现状进行了梳理,并分析了发展趋势,为低空复杂风场全天候精细探测技术发展与应用提供参考.

大跨度膜结构周围复杂风场的Monte Carlo模拟

针对膜结构周围复杂地形区域内的三维湍流,采用Monte Carlo模拟技术对非均匀流风场湍流进行建模,用FFT变换代替基于谐波叠加原理的经典模拟方程。湍流功率谱密度矩阵的分解采用本征正交分解获得,用平行算法执行整个模拟程序。最后,将该程序用于模拟一体育场膜结构挑篷周围三维风场。模拟谱与目标谱符合良好,证明了该建模方法和提高计算效率的三种方法的正确性和有效性。

复杂风场环境下的多旋翼无人机编队故障检测方法

针对多旋翼无人机编队故障检测研究的不足,提出了一种在复杂风场飞行环境下多旋翼无人机编队的故障检测方法。结合多旋翼动态行为和风扰动建模,基于卡尔曼滤波算法对编队中各多旋翼的状态变量进行实时估计,并通过概率统计的方法提取故障特征,进而建立辨识器模型进行故障检测,最终得到编队中的故障机辨识结果。在仿真验证环节,搭建了基于RflySim飞行仿真平台的湍流风与有色阵风叠加的复杂风场模型,分别对多旋翼的螺旋桨、加速度计、GPS、电池进行故障注入和编队飞行模拟,通过多组仿真验证了本文方法的有效性。

基于CALMET对复杂地形下风场的模拟研究

文章介绍了CALMET模拟风场的基本原理,对资料的选用及参数的设置进行了阐述,并对其在复杂地形及下垫面条件风场的模拟进行了应用研究。模拟结果对了解区域风场特点,合理规划布局,掌握污染扩散特点,科学利用风能资源有着重要的意义。

复杂风场区特大跨径悬索桥施工关键技术研究

我国西部山区因地形、风场环境复杂,在高速公路修建过程中,大跨径悬索桥的施工面临严峻的挑战。本文依托于雅康高速泸定大渡河特大桥项目,针对其极其复杂、紊乱的风环境,开展了大跨径悬索桥关键施工技术的相关研究。创新性地提出了一套缆索吊安装施工工艺方案和散索鞍安装方案,针对主塔施工和猫道施工分别进行了抗风稳定性研究。研究成果可以为复杂环境地区的大跨径悬索桥施工过程提供理论指导和经验数据,进一步推进我国大跨度悬索桥建设领域的发展。

基于CFD降尺度的复杂地形风场数值模拟研究

在计算机流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)模式Fluent的基础之上修改传统的RANS湍流参数化方案,选用大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)的湍流方案,并引入温度层结的浮力模型,得到修改后的Fluent模式。使用中尺度预报模式WRF和WRF耦合修改前后的Fluent模式模拟江西鄱阳湖地区内吉山测风站处2010年12月至2011年3月4个月的风速、风向和2011年3月6日吉山站附近地形流场以及气温场的变化过程。结合观测资料的对比发现,WRF模式在耦合Fluent后,对吉山单站点风速风向的模拟效果得到改善。WRF耦合Fluent的模拟方法在Fluent修改后(算例2),相比修改前(算例1)可以更精确地模拟吉山站各高度处的风速风向。4个月70 m高度平均风速WRF、算例1和算例2的平均误差分别为3. 963,2. 727和2. 224 m·s^-1。算例2与观测的70 m高度风向玫瑰图匹配程度总体上比算例1更高。算例2还可以模拟出白天不稳定状态下的热浮力效应和空间分布不均匀且较大的湍动能,能模拟出夜间大气边界层的逆温现象,而算例1则不能。以上结果均表明在对Fluent模式修改后,WRF耦合Fluent的模拟方法对吉山站附近风场的模拟效果得到改善。

沿海复杂地形台风登陆过程风场多尺度数值模拟

我国沿海地区的台风风场研究与预报具有显著的经济和社会效益。多尺度风场数值模拟方法是将WRF中尺度数值气象模拟同小尺度风场大涡模拟结合的数值模拟方法,可实现台风影响下沿海复杂地形风场的精细化研究。本文以2012年台风启德为背景,通过WRF模式有效再现了台风中心路径和近地平均风速风向的24 h时程;采用循环入流方法,将WRF得到的平均风剖面中加入高频风速成分,并作为复杂地形风场大涡模拟的入口条件,模拟近地风场的时间和空间分布。研究表明,台风登陆后受到沿海复杂地形的影响,近地流向湍流强度较海面上增强1倍左右,风速高频成分显著增强,并出现了0.73 m/s向下的竖向平均速度,对局部地区的抗风安全产生较为不利的影响。

基于Bezier和改进PSO算法的风环境下翼伞航迹规划

针对当前翼伞空投航迹规划中未考虑复杂风场影响,文中提出一种利用风场优势求解最优航迹的算法。将航迹规划问题转换成Bezier曲线的参数寻优问题,针对风场环境下可行轨迹特点提出优化策略,提出改进的粒子群优化算法求取最优解。实验结果表明,该航迹规划算法能在复杂风场环境下求出一条满足各种要求的最优航迹,算法设计合理,工程易实现。

复杂山地风场幅值特性试验研究

复杂山地具有与单个山体完全不同的风场特性,为了研究平均和脉动风速在复杂山地中的空间分布规律,进行了不同山体间隔距离、不同遮挡山体坡度和高度的复杂三维山体模型边界层风洞试验。试验结果表明:随着间隔距离增加,山顶近地平均风速最大加速比迅速减小;背风面山脚加速比迅速由正值减小为负值。随着遮挡山体坡度增大,山顶加速比迅速增大,最后趋于稳定。遮挡山体坡度小于临界坡度时,背风面山脚加速比为负值,反之则为正值。脉动风速均方根加速比随着遮挡距离的增大,逐渐线性向单个山体的结果靠拢;当受扰山体坡度大于遮挡山体坡度时,背风面山脚脉动风加速效应主要由受扰山体控制,反之则由遮挡山体控制。遮挡山体高度对平均风和脉动风速均方根加速比影响都较小。最后根据试验结果提出了复杂山地风场平均及脉动风速均方根计算修正模型。

变长度加油软管系统动力学建模及运动特性分析

空中加油过程中,软管锥套受复杂气流干扰发生飘摆运动,同时在受油机的撞击作用下可产生甩鞭现象,严重制约了空中加油的成功率及安全性。为了研究软管锥套系统的运动特性,基于绝对节点坐标方法建立变长度软管动力学模型。同时考虑软管材质的阻尼特性、加油吊舱卷盘机构的收放运动、加油过程中存在的紊流及尾涡等风场环境,根据多体系统动力学建模理论,获得软管复杂风场下加油锥套系统动力学模型。利用有限元分析软件ANSYS仿真及Simulink数值计算对软管平稳拖曳状态下锥套的下沉量进行模拟,同时将锥套平稳拖曳阻力Simulink数值结果与NASA公开数据资料进行比较,说明所提建模方法的准确性和可行性。通过数值仿真,确定了不同飞行高度/飞行速度下加油软管的稳定拖曳状态,分析了不同对接速度下软管甩鞭动力学特性,验证了不同测力反馈点对甩鞭抑制效果的影响。

库区急流裸岩环境下钢栈桥施工技术研究

在以往的钢栈桥施工中,一般都是在浅覆盖地层,深水急流等地进行钢栈桥施工,而在大型船舶无法入场且水流速度较快的库区急流裸岩环境下进行钢栈桥施工还未有先例。本文通过对某实际工程进行分析总结,提出库区急流裸岩环境下钢栈桥施工技术,同时对该工法进行分析计算,验证了该工法在库区急流裸岩下的适用性,同时对钢栈桥水流速进行参数分析,流速每增加1m/s,钢管桩最大应力只增加0.1MPa。结果表明,该施工方法能够满足施工要求,同时急流环境下的水流速不是钢栈桥应力验算的主要因素,急流环境主要影响钢管桩的定位精度。