大展弦比机翼的阵风响应减缓控制与仿真

在考虑机翼几何非线性的基础上,先在机翼平衡位置求出振动模态,然后构建机翼的广义受控对象式,设计出模型预测控制器,进行阵风响应减缓控制仿真,并与阵风响应进行对比。结果表明,模型预测控制器能有效地抑制阵风响应。     

广东汕尾9810号台风实测分析

首次采用无惯性的超声波式风速风谱仪对广东汕尾 ９８１０ 号台风进行了实测。通过实测发现,台风风速的变化周期性明显,一般在５ ～ ５０ ｓ 左右,在峰值频率附近集聚的风能量过于集中,具有很强的破坏性。台风的阵风系数和湍流强度较大,风速极不稳定,从风能利用的角度讲,其品质因数较差。     

台风“梅花”近地风剖面变化研究

基于10、20、30和40m高度处台风"梅花"影响下的上海浦东地区近地风现场实测数据,主要研究了平均风速、湍流度和阵风因子随高度的变化规律.结果表明,通过公式计算得到的边界层高度随平均风速的增大而增大,平均值为2 063m,远远大于我国规范(GB50009—2001,2002)规定的B类地貌下的边界层高度(350m).当平均风速较大时,大气稳定度参数z/L随平均风速变化较小,基本在区间[-0.1,0.1]内波动,此时大气近似趋于中性.指数率、对数率和Deaves-Harris模型与平均风速实测剖面均吻合较好.参考ASCE7-10中湍流度剖面的表达形式,通过拟合得到了纵向、横向和竖向湍流度随高度变化的经验表达式.另外,对实测阵风因子随高度的变化进行了拟合,拟合结果可以为今后工程设计提供参考.     

城市地区近地强风特性实测研究

对北京气象塔47 m高度处超声风速仪测得的强风样本进行了分析.结果表明:近地强风的湍流度和阵风因子较大,顺风向湍流度实测值大都在0.3以上,3个方向的湍流度有随着风速增大而减小的趋势.实测湍流积分尺度之比与Solari和Piccardo总结的经验公式有一定差别,顺风向湍流积分尺度与日本结构工程规范给定的结果相符.实测得到湍流功率谱密度与冯·卡门经验谱基本吻合,说明冯·卡门谱能够较好地描述北京城市地区近地强风的脉动风速谱特性.     

Simulation of wind gust structure in the atmospheric boundary layer with Lattice Boltzmann Method

Cold fronts occur in northern East Asia during winter and spring.After cold frontal passage,airflow is downward and accompa-nying strong winds fluctuate significantly;this is termed wind gusts.Analysis of observation data shows that wind gust structure has coherent characteristics.This is important for entrainment of spring dust storms into the upper boundary layer,where they are transported great distances.The Lattice Boltzmann Method(LBM) is a computational fluid technique based on the Boltzmann transport equation.The LBM has been used to study complex motion such as turbulence,because it describes motion at the micro level.In this paper,Large eddy simulation is introduced in the LBM,enabling simulation of turbulent flow in the atmospheric boundary layer.The formation and development of wind gusts are simulated,and a coherent structure with a combination of wave and vortex is obtained.This explains the mechanism of soil erosion and sand entrainment by the coherent structure of wind gusts.     

基于干扰观测器的二元机翼颤振抑制及阵风载荷减缓方法研究

针对大展弦比柔性飞机在飞行过程中面临的两类气动弹性问题:颤振抑制与阵风载荷减缓开展研究。首先,建立以飞行速度为时变参数的柔性二元机翼结构动力学模型。其次,提出了基于鲁棒预测控制方法的变参数柔性机翼颤振抑制;同时,引入干扰观测器对阵风扰动进行观测,以干扰估计作为抗干扰控制输入,实现阵风载荷减缓。然后,根据对偶原理,将控制器与观测器独立设计。运用极点配置方法,设计了离散系统干扰观测器。根据Lyapunov理论将变参数系统的鲁棒镇定与颤振抑制问题转换为极大/极小动态规划问题。通过线性矩阵不等式方法求解出相应的预测控制律,并证明了整个闭环系统的稳定性。最后,以某型柔性变参数二元机翼对象为例,进行仿真。结果表明,设计的鲁棒预测控制器可提高约20%的临界颤振速度,且阵风载荷减缓率达到90%。     

基于非定常风荷载的大跨体育场挑篷结构风致响应

基于刚性模型风洞试验,对一个实际体育场弧形挑篷结构进行风致响应研究,采用平稳激励下随机振动的模态叠加法(CQC法)进行计算.分析了结构的风致响应,比较了挑篷前缘迎风和处于自身尾流区域时风致响应的不同特点.计算结果表明,挑篷前缘处于迎风侧时出现最大响应峰值,而当前缘处于自身尾流区域时结构的响应相对较小;挑篷前缘迎风时背景响应贡献相对尾流区域时的情况大,并且此时阵风响应因子相对较小.     

台风“启德”登陆过程中近地风场特征

通过对台风过程的风速及风向、阵风因子、湍流度和风速谱等参数的分析,研究了台风“启德”登陆时的近地风场特性.结果表明：台风“启德”的最大瞬时风速达到20 m/s,10 min最大平均风速为16m/s,台风登陆前,风速及风向脉动变化很大;台风登陆后,湍流度及阵风因子明显减小;风速变大,湍流度和阵风因子有减小的趋势.     

基于预处理技术的扰动风对多段翼型非定常绕流作用的数值模拟

运用双时间推进法和动态嵌套网格技术对扰动风作用下的多段翼型非定常绕流进行了数值模拟. 首先, 结合预处理技术对麻省理工学院(Massachusetts Institude of Technology, MIT) 的翼型模型在扰动风作用下的流动进行数值模拟, 并运用其实验结果验证程序的正确性; 然后, 对多段翼型在周期性的扰动风作用下的非定常粘性绕流进行数值模拟, 得到非定常情况下气动力随扰动风变化的迟滞规律. 计算范围内的结果表明: 扰动风的频率越低, 幅度越大, 多段翼型整体上的气动力越大; 扰动风的频率越高, 幅值越大, 对多段翼型的气动力影响越大.     

Stochastic modeling the effect of wind gust on dust entrainment during sand storm

After the passage of a cold front,spring in northern China the outbreak of strong wind is often accompanied by dust emissions.Owing to the coherent structure of wind gust,dust particles can effectively overcome the systematic descending air motion and penetrate into the middle and upper levels of the atmospheric boundary layer,and then propagate further and diffuse into the troposphere where ascending air motion prevails.Here,we consider the coherent structure of wind gust in LS models,and construct a model suitable for the dust entrainment under the dust-storm canopy.With the parameter of gust,we simulate the dust entrainment during dust storms,and test that the coherent structures of wind gust make the sand particles to reach the upper of the boundary layer.