考虑风剪切的漂浮式风力机气动特性研究

波浪与风载的共同作用下,海上风电机组平台存在多自由度运动,同时伴随着海上复杂的风况,其气动特性变化较为复杂。以NREL5MW风电机组为研究对象,在风剪切来流下,依据波浪和风载的作用规律,研究平台纵摇和纵荡运动对机组气动特性和绕流场细节的影响。结果表明:平台运动会造成风电机组气动性能的周期性波动,而风剪切作用使得风电机组平均发电量降低并加剧功率和推力的波动。风剪切会增大纵摇运动过程中展向截面的法向载荷幅值且波动加剧,但会降低与功率输出有关的切向受力;风剪切作用推迟了纵荡运动过程中展向截面法向和切向载荷峰值出现时刻,加剧载荷的波动。外叶展截面的法向和切向力系数曲线出现平台,加剧了叶片疲劳载荷,减小了功率输出。     

漂浮式风力机动态响应特性研究

漂浮式风力机是一种新型风力机。在海上风和波浪的综合作用下,机组的运动和气动特性参数将产生显著的动态变化,即动态响应。本文利用气动、水动、控制、结构完全耦合的风力机模拟软件,对三种典型漂浮式风力机在不同的风和波浪条件下的动态响应进行了计算和分析,结果表明:不同类型漂浮式风力机的动态响应差别很大,但纵荡运动始终是最主要的运动形式,纵荡平衡位置主要受风速的影响,而纵荡振幅主要受浪高的影响;漂浮式风力机的平均功率相对固定式风力机的稳态值基本不变,但平均载荷有较大程度的增加。     

碳纤维增强复合材料夹芯板的砰击损伤特性

复合材料高速船舶在复杂多变的海况中航行时，由于船体结构自身的大幅升沉和纵荡运动，不可避免地会与波浪产生砰击作用，可能产生结构损伤甚至失效。采用欧拉-拉格朗日方法建立了复合材料层合板砰击数值模型，将模拟结果与文献中的试验结果进行对比，验证了流固耦合渐进损伤分析方法的可靠性。在此基础上，建立了碳纤维增强复合材料夹芯板入水砰击流固耦合数值模型，编写了VUMAT子程序，研究了复合材料夹芯板渐进损伤演化特性，分析了砰击水动力载荷、射流和水压分布特性，研究了砰击速度和斜升角对夹芯板损伤特性的影响规律。结果表明，碳纤维增强复合材料夹芯板入水砰击过程经历4个阶段，即初始增长阶段、波动阶段、急剧上升阶段和迅速下降阶段。砰击载荷作用下复合材料夹芯板产生基体损伤和分层损伤，随着砰击速度提升和斜升角增大，砰击水动力载荷逐渐增加，复合材料夹芯板面板损伤范围逐渐扩大。     

基于神经网络的系泊系统主动式截断试验仿真

系泊系统主动式截断试验技术对缆索数值模型的求解速度有着较高的要求,而基于集中质量模型或有限元模型的缆索数值模型在计算时需要在每个时间步内迭代求解,因此求解速度缓慢。为解决此问题,采用神经网络辨识得到缆索上端点与截断点运动的时域等价近似模型。该等价模型在每个时间步内无需迭代求解,因此求解速度快于传统的缆索数值模型。同时利用商软OrcaFlex以及Matlab搭建了系泊系统主动式截断试验的仿真平台,将离线辨识得到的神经网络模型代替集中质量模型对缆索截断点运动进行求解。通过对比截断水深以及全水深下张力以及运动结果,说明了神经网络模型代替传统数值模型进行截断点运动计算的可行性。     

高反射腔镜双折射效应对腔增强光谱技术的影响

在吸收光谱技术中,使用光学腔增长激光与气体介质的作用路径,可提升探测灵敏度.然而,高反射率腔镜会存在双折射效应,导致光学腔产生两个本征偏振态,入射光在两个偏振方向相移的不同会导致腔模的分裂,会引起腔增强光谱信号以及腔衰荡光谱信号的扭曲.本文观测到了双折射效应下腔增强信号的频率分裂现象,并给出了函数模型,拟合结果表明其可以准确得到透射腔模中不同偏振光的比例.根据上述比例,可给出考虑不同耦合效率、双折射效应下的腔衰荡信号模型,实验结果表明相较于传统e指数模型,本文模型可更精确描述腔衰荡信号,得到拟合残差的标准偏差最大抑制了9倍.该分析有利于改善腔衰荡信号信噪比和不确定性,提升其浓度反演准确度.     

腔衰荡吸收测量中光源线宽影响研究

分析了腔衰荡吸收测量中激光线宽对实验结果的影响和单指数近似的适用范围，提出了衰荡曲线的多项式普适拟合公式。数值模型结果显示吸收较强时多项式拟合可以明显提高测量准确度，从而提高腔衰荡吸收测量的动态范围。     

腔衰荡吸收多指数模型研究

本文建立了考虑激光线宽影响后腔衰荡的多指数吸收模型，推导出了对数衰荡函数的多项式拟合公式。     

水下爆炸气泡作用下梁中垂损伤及流场变化特性

 以水面箱形梁模型为研究对象,利用数值计算和实验验证相结合的方法,对梁在水下爆炸气泡作用下的中垂损伤特点进行了研究,确定了中垂弯曲载荷的形成原因,深入分析了气泡运动时周围流场的变化特性;研究了爆炸参数对梁响应特性的影响,初步提出了梁发生中垂损伤的条件。研究发现：在爆炸气泡收缩阶段,结构和气泡之间的流场形成一个“凹”型分布的低压区,导致梁发生中垂弯曲变形;当爆径比参数λ满足1<λ<2.5时,爆炸气泡对梁结构的中垂损伤作用明显,且λ越小,等量炸药对梁的整体损伤作用越大。     

系留缆绳低温光纤安全监测技术

介绍了光纤光栅测温技术用于系留缆绳的低温温度场监测试验,为系留缆绳高压温升数据实时远程采集提供了新的方案,提高了系留预警系统的安全性、可靠性、可控性。     

幅度调制原子力显微镜仿真平台

基于欧拉-伯努利模型,对幅度调制原子力显微镜( AM-AFM)进行建模,采用P]D控制器进行反馈控制,建立了一套幅度调制原子力显微镜仿真平台.仿真结果表明,该平台准确地模拟了AM-AFM探针接近样品和扫描样品的过程中探针的运动状态及AM-AFM的工作系统,可作为大学生做原子力显微镜实验的辅助工具,使学生对AM-AFM的...     

平台转动对SAR成像的影响分析

分析了合成孔径雷达(SAR)平台偏航、俯仰和横滚3个方向转动对成像的影响。建立了平台转动模型,从雷达照射区域的变化、回波的幅度调制和回波的相位调制等3个方面展开分析,定量分析了平台转动对成像幅宽和方位聚焦的影响。分析结果表明,平台转动会产生成像幅宽损失,影响方位聚焦,并会改变目标的方位位置。分析结果可以为SAR系统设计和算法论证提供一定的参考。     

衰荡腔测量中的腔参数选择

 基于谐振腔失调灵敏度参量随腔长的变化关系，提出了一种衰荡腔，它是由共焦腔将腔长缩短为原来的0.73得到的稳定腔。根据光束传输规律和失调腔矩阵方法，以及光腔衰荡法测量原理和曲线拟合方法，建立了腔长、腔镜角度失调下光腔衰荡法的反射率测量模型。通过数值模拟，研究了这种稳定衰荡腔中，腔微小失调对反射率测量结果的影响，并与相同失调情况下共焦衰荡腔的测量结果进行了对比分析。结果表明，这种稳定腔用作衰荡腔，测量结果受腔镜角度失调影响较大，而受腔长失调影响小；其长度较短，便于工程应用；衍射损耗较小，测量精度高。     

水下近距爆炸作用下船体梁的动态响应特性

为研究舰船在水下近距爆炸作用下的结构响应及损伤模式,以相似准则为基础,设计了船体梁模型,选用4种不同能量结构的炸药,将其置于模型中部正下方爆炸,通过改变药量和爆距,实验研究了船体梁在近距爆炸作用下的动态响应特性。利用高速摄影技术观察了模型的整个运动过程,结合实验数据定量分析了结构的应变和加速度响应特性,比较了冲击波和气泡脉动对结构的损伤特点。研究发现:近距爆炸气泡脉动会使结构下方形成一个低压流体区,该低压区的存在会使模型受到中垂弯矩作用,并可能使其发生中垂弯曲破坏;随着爆距的增大,爆炸能量与损伤效果之间的相关性变得明显;近距条件下,为了发挥爆炸气泡的最大破坏作用,爆距应该接近于最大气泡半径。     

连续波腔衰荡光谱技术中模式筛选的数值方法

连续波腔衰荡光谱(CW-CRDS)测量中多模衰荡的产生是严重影响痕量气体测量灵敏度的重要因素.本文针对衰荡腔内无光阑或光阑滤模不彻底的CRDS装置,通过分析腔误调时的能量耦合规律以及受关断时间影响的衰荡过程,提出阈值选择和拟合度判定两种非光阑模式筛选方法,利用数值方法达到抑制多模衰荡及筛选基模衰荡(优衰荡)的目的.首先对CW-CRDS实验中平均采样和单次采样模式下出现的多种衰荡类型进行了归纳分析,发现可以通过单次采样数据预测多次采样的测量结果,实验结果与预期一致.解决了CRDS实验"平均"和"拟合"的先后顺序问题.在此基础上,利用优衰荡出现概率满足二项分布模型的特性,建立了优衰荡出现频率随触发阈值变化的概率模型,用于选择合适的触发阈值.实验表明提升触发阈值可以有效地抑制多模衰荡,使测量灵敏度提升约一个数量级.随着触发阈值的提升,通过优衰荡得到的Allan方差将趋于一个定值,但是衰荡过程获取时间将逐渐延长.因此,在CW-CRDS检测中触发阈值应设置在保证全部衰荡过程均为优衰荡的最小阈值处.之后,采用拟合度判定法对实验数据进行了筛选.最后给出了两种方法的适用范围,拟合度判定法虽然简单但局限性较大,阈值选择法可适用于腔误调程度不严重的情况.     

时延匹配加权的舷外异常噪声源曲面投影定位方法

对现有的"滤波-时延估计-双曲面定位"的声源定位方法进行改进。结合经验模态分解消噪方法和广义平均幅度差函数时延估计方法,利用能量分布准则和频谱一致性准则进行源信号本征模态函数筛选和信号重构,提取多组分析信号求取时延,并利用时延匹配准则对真实时延值进行筛选和加权处理。考虑水听器贴近壳体布放,对壳体进行建模,并按照象限投影到平面再进行双曲线定位。分别进行模型系泊及航行实验,实验结果表明,改进后的定位方法有更高的定位精度,且减小了时延估计误差造成的定位精度影响。      

浅海近程混响的振荡现象*

研究浅海近程混响特性对于评估和提高主动声纳性能具有重要意义。多次浅海混响实验显示,近程混响强度存在稳定的振荡现象,脉宽基本对振荡的幅度和周期没有影响。为解释这一现象,本文基于射线理论和小斜率近似给出了浅海近程混响模型,仿真与实测数据结果基本吻合。数值仿真结果表明：海底反射声场对单站声纳接收到回声信号的贡献远小于海底近垂向大掠射角散射声场的作用;混响强度振荡现象是海底近程散射声场的多途现象造成的,并由此给出了振荡周期与海深及收发深度的关系。     

光学反馈线性腔衰荡光谱技术不确定性

腔衰荡光谱技术是一种高灵敏的腔增强分子吸收光谱测量技术,由于激光频率噪声大,导致激光到腔耦合效率低,严重限制了其对痕量气体的探测灵敏度.光学反馈可以有效压窄半导体激光器的线宽,提高激光到外部谐振腔的耦合效率.本文基于精细度为7800的Fabry-Pérot腔,发展了光学反馈线性腔衰荡光谱技术.首先从光场相位的角度给出了线性腔光学反馈的原理,然后分析了影响测量不确定性的因素,包括光学反馈率、衰荡信号触发阈值、探测器相对透射汇聚光斑位置等.实验结果表明,通过设置低反馈率(3%自由光谱区间)、高衰荡信号触发阈值(90%腔模幅度)以及将光斑聚焦到探测器有效面中心等措施,结合光学反馈效应,可将空腔衰荡时间的相对不确定度提升至0.026%,远优于传统腔衰荡技术获得的典型值.系统在积分时间为180 s时,获得探测灵敏度为1.3×10^–10 cm^–1,对应甲烷的最小可探测吸收体积浓度为0.35×10^–9,从而满足了碳监测的要求.     

气浮隔振平台模态实验分析北大核心CSCD

采用ANSYS有限元方法分析了光学平台的自由模态,并以有限元结果作为参考,完成了实际工况下的模态实验,识别了平台整体结构的模态参数,得到了平台在垂向和横向的一阶频率,频率值分别为126.77Hz和361.427Hz。根据分析,该平台的刚度满足光学试验的要求。     

光反馈光腔衰荡和脉冲光腔衰荡技术测量腔镜高反射率的对比研究(英文)

基于半导体激光器的光反馈效应,提出了光反馈光腔衰荡技术用于测量腔镜的高反射率。相对于没有光反馈的情况,光腔衰荡信号振幅提高了两个数量级,从而大大提高了高反射率测量精度。在四个衰荡腔长采用光反馈光腔衰荡技术测量得到的腔镜反射率非常一致,统计平均值为99.9356±0.0008%。通过实验比较了光反馈光腔衰荡和脉冲光腔衰荡技术。结果表明,光反馈光腔衰荡技术的测量精度比脉冲光腔衰荡技术高。     

强激光大气传输的远场光束亮度仿真研究

为了分析组束激光的战术应用前景,对强激光大气传输的远场光束亮度进行了理论分析和数值模拟。结果表明:10kW量级的强激光有效作用距离不超过10km,需要对发射系统孔径和光束质量进行严格的控制;激光器承载平台的抖动幅度是影响远场光束功率密度的主要因素,在抖动幅度很小或者可以忽略的条件下,湍流和热晕对远场光束起着近乎相同的作用。