空气动力学第5章-3

三、基本控制逻辑 (1)事先根据叶片特性计算出最优的叶尖速比λopt和最优功率系
数CPmax，将它们作为固定值设置在控制器中，于是由测量到的
发电机转速即可得知获得最大功率下的理想发电机电磁转矩。 (2)时刻计算∂Pem/∂ω，以爬山法来追求最优工作点，使∂Pem/∂ω= 0，从而获得最大功率输出。
风力发电机组监测与控制
第五章 变速恒频风力发电机组的控制
第五章 变速恒频风力发电机组的控制 第一节 变速恒频风力发电机组的控制目标
第二节 变速恒频风力发电机组的控制策略
第三节 常用的控制方法和手段
第一节 变速恒频风力发电机组的控制目标 叶轮所受的空气动力学载荷主要分为两大部分：确定性载荷与
随机性载荷。随机性载荷是由风湍流引起的，而确定性载荷则
统的扭转振动存在很大的阻尼，一般不会引起什么问题。但对 于变速恒频风力发电机组，特别是处于恒转矩控制状态下，叶 轮、齿轮箱和发电机的阻尼都很小，因而叶片的平面内振动模 态和电磁转矩脉动可能激发传动系统产生剧烈的扭转振动。
七、塔架前后振动的抑制
图5-7
带通滤波器的频率特性
八、独立变桨技术
图5-8 增加传动链阻尼后的转矩控制器
(4)机组在额定风速以上运行时，为保持稳定的功率输出而进行 的变速变桨耦合控制。
第二节 变速恒频风力发电机组的控制策略 一、变速风力机的转矩-转速特性
二、功率系数CP、叶尖速比λ和桨距角β的特定关系
三、基本控制逻辑 四、滤波器 五、转矩和变桨控制 六、传动系统的扭转振动抑制 七、塔架前后振动的抑制 八、独立变桨技术
图5-12 变速与变桨分步控制带来的功率损失
四、在过渡区域进行变桨调节以增强可控性 实际的运行中，由于叶轮动态特性的影响，如果在额定点C附

在分析箱体高度对气动阻力的影响时，由于货车驾驶室的形状对箱体的气 流、压力分布和气动阻力有很大的影响。因此，必须对不同的驾驶室形状分别 加以讨论。在图5-9中列出了方形驾驶室和上边角倒圆驾驶室两种情况下，当 箱体高度增大时，其气流的流动状态。
பைடு நூலகம்
由图5-9可见，对方形驾驶室，由于在驾驶室上边角处气流分离早，中等高度 的箱体，能得到较为贴附的箱体气流，因此气动阻力系数较小。对上边角倒圆 的驾驶室，由于通过驾驶室上方的气流基本上没有分离，因此低高度的箱体， 可以获得较小的气动阻力，随着箱体高度的增大，作用在箱体上的迎面气流的 分离程度增加，因而导致了气动阻力的增加。正是由于这种不同的气流流动状 态，导致了不同的气动阻力随高度的变化曲线（图5-10）。
图5-5示出了4种客车后车体形状对气动阻力的影响。由图可见，由于客车气动 阻力主要是由车头形状决定的，并严重影响着后车体上的气流流动情况，将车头的 上边角和侧边角倒圆，可以大大改善后车体修形的效果。将后车体上边角倒圆后， 气动阻力系数下降了4%～8%；将后车体上缘和侧缘倾斜5º的倾角后，阻力系数下 降了6%～20%；再将5º倾斜面的下边角倒圆后，阻力系数下降了9%～22%；最后 将后车体延长，并使后车体上部具有较大的倾斜面，可使气动阻力系数下降14%～ 35%。但是最后这种方案会使客车后悬增长并影响内部的空间利用，所以它很难在 公共汽车上采用。
3．稳涡装置 它是安装在货箱（货车或拖车）前围上部的附加装置(图5-19)，目的是使货车 驾驶室与货箱之间涡流受阻滞甚至破碎，稳定相对气流在驾驶室与货箱之间产生 的非定常涡，以达到减阻的目的。
除了以上介绍的三种，还有一些装置可以降低CD，如水箱面罩（因内流对CD
有影响），发动机底面护板的最佳设计，前柱流水槽形状的最佳设计等。更为广 泛利用的降低CD的装置，如荷兰的DAF牌货车采用了导风板兼做卧舱的方法，有 效的利用了导风板下面的空间。轿车上广泛采用的前阻流板，对于货车也被认为 是有效的。此外，封闭车厢和货箱大部分是方形的，所以新的空气动力装置将有 所发展。

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壹 多旋翼无人机飞行性能
（四）避障性能
避障性能是指多旋翼无人机发现、识别并躲避障碍物的能力 。它是多旋翼无人机特有的飞行性能之一，也是其安全性能的重 要指标。目前只有部分多旋翼无人机具备该性能（如大疆精灵 4Pro、零度多比等）。该项性能的提出主要源于多旋翼无人机 多数情况飞行高度较低（100m以内），近地飞行时面临的地形 环境复杂，有房屋建筑、树木、室内、行人等。避障性能的主要 衡量指标为障碍物的大小、躲避障碍物的反应时间、反应距离与 躲避维度。
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壹 多旋翼无人机飞行性能
（一）飞行速度
多旋翼无人机的飞行速度性能与固定翼无人机不同，主要指最大 垂直上升速度、最大垂直下降速度和最大水平飞行速度。飞行速度对 竞速无人机、竞速航拍无人机有明显意义。但在普通消费级无人机中 ，该意义不大。目前最大垂直上升速度和下降速度均在5m/s以内。最 大水平飞行速度在28m/s以内。随着技术水平的提升，这些飞行速度 均会有所提升，同时对飞控系统、动力系统等提出更高要求
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贰 多旋翼无人机操纵及控制原理 （一）垂直运动 （六）侧向运动
（五）前后运动
（二）俯仰运动 （三）滚转运动
（四）偏航运动
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贰 多旋翼无人机操纵及控制原理
目前市场上普遍为无变距多旋翼无人机，其飞行原理与固定翼无人机和无人直升机原理不同，主要体 现在两个方面：
（1）通过调节每个旋翼的转速大小，从而调节升力大小，实现升力的大小和方向发生变化。没有自 动倾斜器，不能通过变距控制每片桨叶的攻角达到改变桨盘平面和升力的作用。
四旋翼无人机俯仰运动状态下的飞行原理示意图
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壹 多旋翼无人机飞行性能
（三）悬停性能与定位性能 多旋翼无人机的悬停性能定义与无人 直升机相同，具体见4.5节。悬停是旋翼无 人机特有的飞行性能之一，它与定位性能 一起作为衡量多旋翼飞行性能的一项指标。 一般现有无人机采用GPS定位技术、超声 波定位技术或基于双目视觉的定位技术。 悬停精度受定位技术发展的限制。抗干扰 性能一方面与定位技术相关，另一方面与 飞控算法也有一定关系。目前较好的消费 级多旋翼无人机水平定位精度为1.5m，垂 直定位精度为0.5m。

汽车空气动力学 的重要性
汽车设计中的空气动 力学在减小空气阻力、 提高燃油效率、增加 稳定性等方面起着至 关重要的作用。空气 动力学的研究能够帮 助汽车制造商设计更 具竞争力的车辆，响
减小风阻
优化车身形状
减少空气涡 流
改善车辆稳定性
优化尾部设 计
空间飞行器的空气动力学设计
再入过程
加速度和热量
结构强度
空间飞行器材料 的选择和设计
气动外形设 计
再入大气层时对 气动外形的要求
气动加热
再入大气层过程 中受到的气动加
热影响
航空航天领域的空气动力学研 究方向
01 飞行器设计
优化结构和气动外形
02 飞行控制
提高操纵性和稳定性
03 再入技术
探索再入过程中的挑战和解决方案
降低尾部阻力
汽车空气动力学的优化方法
01 风洞试验
通过模拟风场，测试车辆风阻情况
02 计算流体力学
利用计算机模拟流体运动，优化车辆外形
03 空气动力学仿真
设计专用软件模拟车辆空气动力学性能
汽车空气动力学的未来发展
新材料应用
轻量化材料的使用可以减 少车辆空气阻力 碳纤维等材料将成为未来 发展趋势
升力和失速
升力
垂直方向力
空气动力学 原理
描述物体运动状 态
升力应用
飞行器设计
失速
丧失升力状态
空气动力学的数学模型
流体力学模 型
描述空气流动
数学描述
物体运动状态
模型应用
飞行器设计
控制理论模 型
控制飞行姿态
空气动力学的实际应用
01 飞行器设计
应用于航空工程
02 建筑结构设计