WIND TUNNEL TEST AND STABILITY STUDY OF ICED QUAD BUNDLE CONDUCTOR1)

通过覆冰四分裂导线与单导线风洞试验,得到了4种不同工况下的空气动力系数,接着采用等效替代法得到关于四分裂导线中心轴的等效气动力系数,再将该系数与相同条件下进行风洞试验所得的单导线气动力系数作对比。结合Den Hartog横向驰振机理与Nigol扭转稳定机理,分析了等效后覆冰四分裂导线的稳定区与不稳定区,并将其与单导线的稳定区与不稳区作对比,分析了两者的失稳。本文所得结论能对覆冰导线舞动研究与仿舞技术研究有一定的参考价值。     

覆冰四分裂导线风洞试验与稳定性研究

通过覆冰四分裂导线与单导线风洞试验,得到了4种不同工况下的空气动力系数,接着采用等效替代法得到关于四分裂导线中心轴的等效气动力系数,再将该系数与相同条件下进行风洞试验所得的单导线气动力系数作对比。结合Den Hartog横向驰振机理与Nigol扭转稳定机理,分析了等效后覆冰四分裂导线的稳定区与不稳定区,并将其与单导线的稳定区与不稳区作对比,分析了两者的失稳。本文所得结论能对覆冰导线舞动研究与仿舞技术研究有一定的参考价值。     

基于3自由度的新月形覆冰输电线舞动稳定性研究

针对覆冰输电线舞动问题提出了一种基于非对称空气动力系数矩阵的临界风速计算方法．基于拟静态理论得到覆冰输电线的气动载荷，该气动载荷考虑了横向运动以及扭转运动对相对风攻角的影响，最后建立等效的3自由度覆冰输电线舞动模型．在初始风攻角处对气动载荷进行泰勒展开，得到非对称的线性空气动力系数矩阵．结合3自由度振动方程以及非对称空气动力系数矩阵，采用Rourh-Hurwitz准则计算覆冰输电线舞动发生的临界风速．通过风洞实验测得新月型覆冰单导线的空气动力系数，根据本文提出的理论分析了竖向振动频率、面外振动频率以及扭转振动频率对临界风速的影响，最后与DenHartog理论得到的临界风速进行了对比．本文研究成果对于指导覆冰输电线路防舞设计具有理论意义．     

覆冰导线气动力特性的规律性研究

采用数值模拟结合风洞试验验证的方法对影响覆冰导线气动力特性的主要因素进行规律性研究,建立了覆冰导线周围的空气流场二维CFD模型.对比湖北省中山口覆冰分裂导线的数值计算结果与风洞试验数据,验证CFD数值模拟方法的准确度和可靠性.在此基础上将CFD数值模拟方法推广至更多工况下的覆冰导线气动力系数数值模拟中,考察了覆冰导线气动力系数随覆冰形状、覆冰厚度、来流风速、导线分裂数目的影响规律.结果表明,该方法是一种实用、有效、准确的气动力系数数值模拟方法,所得气动力系数的变化规律对覆冰导线空气动力特性及舞动研究具有一定的指导意义.     

D形覆冰六分裂导线空气动力系数数值模拟

利用FLUENT流体动力学分析软件计算D形覆冰六分裂导线在特定风速下的绕流问题,得到各覆冰子导线空气动力系数随风攻角的变化曲线.分析了迎风侧子导线尾流对背风侧子导线气动特性的影响.结果表明,D形覆冰六分裂导线各子导线的空气动力系数存在明显差异,在研究舞动及其防舞技术时有必要考虑这种差异.     

不同自由度下覆冰四分裂导线舞动特征分析

基于哈密顿变分准则，推导了单档导线的振动控制方程，通过建立的气动荷载模型得到考虑气动荷载影响的覆冰导线舞动控制方程．进行风洞试验并得到覆冰四分裂导线的三分力气动系数，利用泰勒定律将气动系数在攻角α = 0处展开，得到了气动系数的三次拟合曲线．采用摄动法求解了二自由度下覆冰导线的位移响应，接着采用数值法求解了三自由度下覆冰导线的位移响应．最后，通过具体的数值算例分析了两者位移响应的区别．算例分析表明：二自由度下覆冰导线的位移响应与三自由度下覆冰导线的位移响应存在一定的区别，三自由度下覆冰导线的舞动更符合导线真实状态下的舞动，其结果更具有参考价值．     

两种离散方法对覆冰四分裂导线舞动特征的影响

首先基于Hamilton变分准则推导了覆冰导线三自由度耦合动力学方程组,接着采用两种离散方法离散动张力应变,一种是直接使用Galerkin法离散,另一种是先将动张力应变等效处理,然后再使用Galerkin法离散.由风洞试验测得新月形覆冰四分裂导线的气动力系数,并将各子导线的气动力系数等效,接着利用泰勒展开式拟合气动力系数,选取攻角55°进行舞动分析.基于Runge-Kutta法得到两种离散方法下的位移响应曲线,通过对比这两者位移响应曲线的差别,发现不同的离散方法对系统的相位、频率以及振幅皆有一定程度的影响.本文研究有助于理论建模的完善,并能给予实际工程一些指导.     

变化的气动力和电磁力对覆冰双分裂导线舞动的影响

基于FLUENT流体动力学软件对新月形覆冰双分裂导线绕流场进行了数值模拟,获得了各子导线阻力、升力及扭矩系数随子导线之间间距和风攻角的变化规律。进而利用ABAQUS用户自定义单元实现了随两子导线相对位置及风攻角变化的气动力、随子导线间间距变化的电磁力的施加,研究了随子导线间距变化的气动载荷以及电磁力对覆冰双分裂导线舞动的影响。分析了不同电流强度下双分裂导线的位移时程、运动轨迹、频率和子导线间间距时程等振动特征。结果表明,覆冰子导线相对位置变化对背风侧子导线的气动特性影响明显,电磁力及变化的气动力对分裂导线舞动特征的影响不可忽略。     

覆冰三分裂导线舞动的数值模拟方法

以覆冰三分裂导线为研究对象,提出了一种模拟覆冰分裂导线舞动的数值方法。用Hamilton变分原理建立系统的动力学平衡方程,利用罚函数法引入子导线上间隔棒连接点的运动约束条件;采用Newmark法进行时间积分、Newton-Raphson法迭代求解非线性方程。通过数值算例验证了方法的正确性。在该方法的应用中由于尾流影响而导致迎风侧子导线和背风侧子导线所受空气动力载荷不同,数值模拟结果反映了这一因素对各子导线舞动轨迹的影响。此方法为分裂导线舞动的深入研究提供了一种有效途径。     

GALLOPING BEHAVIORS OF SECTOR-SHAPE ICED EIGHT BUNDLE CONDUCTORS1)

考虑到重冰区的特高压输电线路更容易形成接近扇形的覆冰,结合风洞实验及数值模拟方法研究了扇形覆冰八分裂导线的舞动特征。通过扇形覆冰八分裂输电线的节段模型风洞实验,获得各覆冰子导线随风攻角变化的气动参数。在ABAQUS软件中建立单档扇形覆冰八分裂输电线路的有限元模型,通过程序UEL输入各覆冰子导线的气动参数,根据数值模拟结果可获得舞动轨迹及振幅等舞动特征,最后讨论了风速、档距和初始风攻角对八分裂导线舞动特征的影响。     

AUTOMATED WIND TUNNEL MEASUREMENTS

It is common practice in power transmission to use bundled overhead electrical conductors because the lower rate of corona discharge, compared with single conductors, makes the bundle attractive for high voltages. However, secondary problems may arise from the vibrations induced by the aerodynamic forces which act on the leeward conductors as a result of their immersion in the wake of a windward conductor. Thus, in addition to possible aeolian and galloping oscillations observed for a single conductor, bundle conductors may also be subjected to wake-induced oscillations. ^1,2 Although extensive research has been done on the aeroelastic behavior of single and bundled conductors which are bare, little is known about the galloping or wake oscillation characteristics of given bundle conductors which, depending upon the environmental conditions during the formation of ice, may have five or so representative shaped cross-sections. One important task involves the aerodynamic quasi-static force and moment measurements in a wind tunnel using full scale conductor cross-sections each of which must be rotated through many angles at different spacings. Such measurements are repetitive as well as tediously time consuming and, hence, are beneficially automated. A reliable, accurate and inexpensive automated apparatus is described in this paper which permits the aerodynamic measurements to be performed efficiently and without intervention. Most importantly, it relieves the operator of the usual responsibility for manually controlling the separation and orientation of the sections as well as the need to manually compensate fluctuations in the free stream air speed. For simplicity, the apparatus is detailed in the context of a twin bundle conductor.     

飞机大迎角俯仰运动下的横侧向气动特性及被动控制

在南航3m低速风洞内,利用一套两自由度动态试验机构,通过测力实验研究了某飞机模型静态和俯仰动态过程中大迎角下的横侧向气动特性,分析比较了在模型头部加上扰动片后,对横侧向气动特性产生的影响.研究结果表明,模型在静态大迎角下会产生较大的侧向力和偏航力矩,而模型的快速上仰过程则进一步加剧了模型头部流动的非对称性,在大迎角下产生较大的偏航力矩迟滞环;当在模型头部加扰动片后,不论是静态过程还是动态过程,都使得模型的侧向力和偏航力矩减小,从而改善了俯仰运动过程中大迎角下的横侧向气动特性.     

考虑气动力作用的载流覆冰导线主共振及谐波共振分析

针对载流导线的非线性振动问题,在以往只考虑安培力的载流导线振动方程中引入了气动荷载。在此基础上进一步引入了受迫激励荷载,以研究动态风或相邻档导线对载流覆冰导线非线性振动特征的影响,建立了一种新的气动力-安倍力-受迫激励联合作用下的载流覆冰导线系统。推导出非线性振动方程,利用Galerkin方法将该振动方程转变为有限维度的常微分方程,采用多尺度法求解得到系统的非线性受迫主共振和亚谐波共振的幅-频响应函数。通过数值计算,分析了参数变化对系统受迫共振响应的影响以及受迫主共振定常解的稳定性。结果表明,考虑气动力的振动幅值和系统非线性较未考虑气动力时更小和更弱;线路参数的变化对导线的响应幅值和系统的非线性都有一定程度的影响;主共振和亚谐波共振的响应幅值随着激励幅值的增大而增大,共振峰值向着调谐参数σ的负值方向偏移,呈现出软弹簧特征并伴随着多值和跳跃现象;主共振时,随着调谐参数的变化,响应幅值则出现同步和失步现象。     

一种新的覆冰导线舞动非线性有限元分析方法

本文基于Hamilton原理,建立了耦合三个平动自由度和一个扭转自由度以及偏心覆冰作用下导线的非线性舞动方程,提出了一种新的覆冰导线舞动分析非线性有限元模型,将相邻跨导线和绝缘子等效为线性弹簧单元,同时考虑覆冰导线非线性气动力和大幅舞动的几何非线性,采用Newmark-β时间积分结合修正的Newton-Raphson非线性迭代求解舞动有限元方程。本文数值解与D形覆冰导线舞动实测值无论在振幅还是频率方面均吻合得非常好,证明了本文新提出的导线舞动有限元模型的准确性。本文研究还表明：舞动是一种以上下运动为主的低频振动,通常发生在一阶上下自振频率附近,其振幅和频率由输电线路的物理参数和风载荷唯一确定,与初始运动状态无关。     

风力机叶片翼型动态试验技术研究

风力机叶片动态振荡过程往往伴随着俯仰和横摆同时进行, 以前对许多动态问题不清楚的阶段, 工程上不惜以增加叶片重量为代价而采用偏安全的设计, 通常忽略横摆振荡的影响; 大型风力机设计对获取翼型更加全面、准确的动态载荷提出了更高要求, 研究横摆振荡对翼型动态气动特性的影响规律具有重要意义. 本文首次开展翼型横摆振荡动态风洞试验研究, 采用“电子凸轮”技术代替机械凸轮实现了振荡频率和振荡角度的无级变化, 基于设计的电子外触发装置实现了对动态流场的实时测量, 实现了风洞来流、模型角位移和动态压力数据的同步采集, 分别开展了翼型静态测压、俯仰/横摆动态测压、粒子图像测速和荧光丝线等试验研究, 试验结果准度较高、规律合理; 分析了动态试验洞壁干扰影响机制. 研究表明, 横摆振荡翼型的气动曲线也存在明显迟滞效应; 随着振荡频率升高, 翼型俯仰和横摆振荡下的气动迟滞性均增强; 翼型俯仰振荡正行程的动态失速涡破裂有所延迟; 洞壁与模型端部交界处的强三维效应对翼型压力分布影响较大; 建立的横摆振荡试验技术可为风力机动态掠效应的研究提供技术支撑.