考虑动态失速与风轮支架损失的H型垂直轴风力机自由尾迹模型构建

采用基于升力线理论的自由尾迹模拟模型,耦合了Leishman-Beddoes(LB)动态失速模型和模拟支架损失的半经验公式,编制H型垂直轴风轮计算程序,对不同直径、不同实度的风轮进行气动性能模拟。为了检测模型对H型风轮输出计算的准确性,选取2种不同实度(分别为0.13和0.48)的H型风力机进行了对比分析。结果表明,当尖速比小于4时,动态失速影响较为明显。考虑支架损失的计算结果明显优于未考虑支架损失的计算结果,支架损失总体上随尖速比的增大而增大,2台风力机对应的最大支架损失分别高达60%和35.5%。考虑动态失速效应和支架损失的计算模型能较为准确地估算风轮实度较小的H型风轮的输出,但对于实度较大的H型风轮,其计算准确度有待进一步提高。

一种基于Radon变换和尾迹模型的尾迹检测算法

为了克服Radon变换用于合成孔径雷达(SAR)图像中的船舶尾迹检测的缺陷,提出了一种基于Radon变换和尾迹模型的尾迹检测算法,可以有效地检测出大幅SAR图像中的船舶尾迹。该算法利用结合梯度的归一化Radon变换增强了变换域中的峰谷值,采用成对搜索算法提取峰谷值,得到候选尾迹直线,并对候选尾迹进行验证,剔除虚警得到真实的尾迹,并确定尾迹的起点和方向。实验结果表明,所提算法在TerraSar-XSAR图像数据中对于船舶尾迹的检测准确率为87%。

高超声速模型尾迹电子密度二维分布反演方法

弹道靶利用二级轻气炮将模型加速到高超声速状态,模型在靶室内超高速飞行时形成等离子体尾迹.为实现高超声速模型尾迹电子密度径向二维分布诊断,利用七通道微波干涉仪测量系统获得了高超声速模型尾迹截面不同位置处平均电子密度.该系统采用一发七收的方式,实现平面波照射等离子体及平面波接收,天线波束可完全覆盖尾迹径向范围.多通道微波干涉仪数据处理过程常将等离子体视为分层介质,考虑到分层界面上折射效应的影响,本研究利用射线追踪方式建立电磁传播模型,结合测量数据建立目标函数,通过遗传算法优化来反演高超声速模型尾迹电子密度径向二维分布.该数据处理方法的电子密度反演结果与相同来流条件下的数值模拟结果对比吻合较好,初步验证了该方法的有效性.分析了分层模型对电子密度分布特性的影响,结果表明利用七层模型对尾迹建模效果最佳,且适用于不同厚度尾迹,最大化利用接收通道数,确保了计算精度.利用该方法实现弹道靶高超声速球模型尾迹电子密度二维分布诊断,并给出了给定实验状态下模型尾迹电子密度二维分布的一些规律.

基于自由尾迹法的小翼形状对风机气动性能影响分析

基于(势流)涡方法开发了水平轴风力机叶片气动性能分析程序,采用自由尾迹模型对增加O型小翼和L型小翼后的叶片气动设计性能进行分析,计算了风力机设计工况下的涡位置及诱导速度分布等气动性能参数,对比了增加小翼后功率输出情况。结果表明,增加小翼后风力机叶片在设计工况下功率系数有明显增加,下风向小翼功率提升高于上风向小翼。

基于涡尾迹方法的风力机气动性能分析

基于(势流)涡尾迹方法开发了水平轴风力机叶片气动性能分析程序,采用固定尾迹涡模型和自由尾迹模型分别对气动设计性能进行计算分析,得到风力机设计工况下的涡位置、诱导因子、功率系数及扭矩系数等气动性能参数,并与设计结果对比。结果表明,涡尾迹方法能够快速准确地计算风力机叶片气动性能参数,对风力机叶片气动分析,固定尾迹涡模型较自由尾迹模型计算时间短,具有较好的实用性。

基于自由尾迹法小翼气动特性分析

基于(势流)涡方法开发了水平轴风力机叶片设计优化程序,采用自由尾迹模型对增加小翼后的叶片气动设计性能进行初步分析,研究了风力机设计工况下,小翼对气流涡位置及诱导速度分布等气动性能参数的影响,对比分析了增加小翼后功率输出情况。结果表明,增加小翼后风力机叶片在设计工况下功率系数有明显增加,可以考虑将叶尖小翼作为已安装风机功率提升的解决方案之一。

Kelvin尾迹SAR图像仿真研究

一方面利用Kelvin尾迹水动力模型,通过对同一吃水深度(4 m)、不同船速(1-20 m/s)下的Kelvin尾迹波的仿真,提出了此模型适用的船只航行速度范围以及随着船速的变化,Kelvin尾迹波的变化情况。另一方面结合海表面波模型和雷达后向散射模型,比较同一船速、不同吃水深度(4 m、6 m和8 m)下的SAR仿真图像。结果表明,仅考虑Kelvin尾迹水动力模型时,当吃水深度不变时,在一定速度范围内,随船速的增大,Kelvin尾迹的横波波长逐渐增大,尖波变的逐渐清晰,超出此范围,Kelvin尾迹水动力模型就不再适用了;当同时考虑3种模型时,不同吃水深度下,在一定速度范围内,同一船速所仿真出的Kelvin尾迹SAR图像是不一样的,随着吃水深度的加深,Kelvin尾迹横波也随之清晰,超出此速度范围则无法看到横波。

拖曳式浮标海面尾迹图像仿真研究

利用开尔文尾迹理论,构建拖曳式浮标海面尾迹仿真模型,并对拖曳浮标在海洋背景场条件下不同航速、不同吃水航深、不同粘滞系数的尾迹进行仿真对比,分析尾迹波的变化。结果表明,当仅考虑尾迹水动力模型时,浮标吃水深度一定,在一定航速范围内,航速越大,尾迹越清晰;当航速一定,浮标吃水深度不同时,尾迹图像明显不同。

水平轴风力机偏航与俯仰尾流特性

风力机的尾流干扰效应是影响风场下游风力机性能和风场出力的主要因素,通过调整风轮姿态可有效改善尾流干扰效应,但同时也引入了更为复杂的非定常气动特性和尾流场分布。为了研究风轮姿态控制的尾流特性,基于升力线和自由涡尾迹模型建立了水平轴风力机气动和尾流仿真模型,以NREL 5MW风力机为研究对象,在额定风速条件下,研究了叶轮偏航和俯仰工况下的尾流结构特性。在此基础上,对存在风切变和塔架影响时的风力机偏航和俯仰工况产生的尾流干扰进行了分析。研究结果表明:风轮的偏航和俯仰会引起尾流涡结构失稳提前、远尾流区湍流度增大,同时会导致尾流中心发生偏转和尾流作用区域减小,并加快速度亏损恢复,降低尾流效应对下游的干扰。风切变会产生类似风力机俯仰的效果,使得尾流抬升,作用区域减小。塔架对近尾流区的干扰较为显著,而俯仰控制会降低塔架对尾流的干扰。

基于尾缘模型的多翼离心风机优化设计

为提升数值模拟预测离心风机性能结果的准确性,课题组考虑了进入离心风机气体的密度变化,对标准κ-ε湍流模型进行修正,使其平均计算误差降低到7%以内。针对小型多翼离心风机叶片出口速度分布特征,借助改进后的数值计算模型,对传统尾迹相似模型进行简化处理,采用周向距离及速度参数等无量纲因子对叶片速度尾迹分布进行曲线拟合,并结合拟合曲线形状实现多翼离心风机叶片尾缘结构的改型设计。研究结果表明:改型后风机叶片尾缘尾迹脱落面积缩小,同时由于蜗壳内旋涡强度及其影响区域减小,风机性能得到提升,其中小流量工况点及设计工况附近静压值提升约36 Pa,最高全压效率提高约2.8%。

倾转旋翼飞行器飞行力学建模及验证分析

为了进一步提高倾转旋翼飞行器的建模精度,考虑旋翼挥舞运动、采用有限状态尾迹模型描述旋翼诱导速度,进而建立旋翼气动力数学模型;考虑旋翼/机翼/干扰,建立相应气动力数学模型;针对倾转旋翼飞行器操纵冗余问题,建立了适用于全模态的操纵策略数学模型。最后以通用倾转旋翼飞行器数学模型和飞行试验数据,对建立的数学模型进行验证。仿真结果表明建立的飞行动力学模型具有良好的精度,适用于飞行动力学其他问题的分析研究。

深水立管入水过程中涡激耦合振动特性分析

本文基于哈密顿原理,建立了一种柔性立管涡激振动(VIV)的三维有限元动力学模型。该模型考虑了管内流体的流动,而管外尾迹(wake)由一组沿立管变化的并与立管侧向加速度相耦合的范德波尔振子模型(van der Pol oscillator wake model)加以模拟,水深以千米计。立管上端可以设置下入速度,可以随平台移动和摆动,下端则可以悬挂重物(如防喷器)和自由运动,也可以与水下井口连接。基于该模型,本文模拟了在一定的潮流、风流和波浪条件下,带或不带浮力块的隔水管下入过程中的动力学响应,重点讨论了悬挂重量、进入速度、入水深度对隔水管下端落点偏离、上端最大拉应力及全管最大弯曲应力的影响。本文处理的是一种典型的内外流固耦合振问题和复杂初边值问题,为后续有关研究提供了有效的计算分析工具。

基于三维翼型数据的风力机气动性能分析

将风力机转子时间步进自由尾迹分析模型用于风力机空气动力学分析,得到每个桨叶微段上的三维翼型升阻力数据;然后将所得的三维升阻系数与BEM理论结合起来,计算风力机转子的气动性能,以计入三维旋转效应的影响。将计算结果与实验数据进行比较,验证了该方法的有效性,为后续进一步研究失速延迟、提高风力机转子气动性能预测的准确性提供理论支撑。

离心泵叶片形状的优化

在采用射流－尾迹模型进行三维流动分析和性能预测的基础上，建立了以效率为目标函数，以进口冲角和叶片安放角分布系数等参数为设计变量的离心泵叶片形状优化模型。

ENHANCED UNSTEADY AND NONLINEAR ROTOR WAKE MODEL FOR REAL-TIME FLIG HT SIMULATION

WT5 'BZThis paper presents an unsteady and nonlinear wake model based on th e widely used Peters He finite state dynamic wake model with improvements. The swirl component in the tip trace plane (TTP) can be predicted, nonlinear items are added into the linear theory, and the old small angle assumption use d in matrix prediction is removed. All of these enha ncements are aimed at the low speed flight phase and formulations for the induce d velocity field just in the TTP frame are derived. The corresponding FORTRAN pr ogram is tested and optimized for the real time applications on PCs.

轴流压气机串列叶片损失模型发展

考虑到串列叶片具有比常规叶片更多的设计自由度,于是为建立一个包含主要设计参数的串列叶片性能评估模型,本文发展了一套串列叶片损失低维评估方法。首先利用数值模拟方法确定了串列叶片的主要损失来源,并定量分析了不同损失来源占总损失的比重,发现前叶尾迹损失不可忽略。在此基础上,建立了计及前叶尾迹损失的串列叶片损失模型并与数值结果进行了校核。结果表明,前叶尾迹损失是型面损失的重要部分并且损失模型能够较好地预测串列叶片不同损失来源。因此,发展的模型可以作为串列叶片性能评估以及参数化设计的重要工具。