CN114818020A - 基于势流理论的阵风预测方法和装置 - Google Patents

基于势流理论的阵风预测方法和装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种基于势流理论的阵风预测方法和装置。该方法包括：获取阵风机构尺寸参数和叶片振动方式；将叶片简化为二维翼型并在叶片的弦线上和尾迹区布置点涡以对振动的二维翼型的绕流流场进行模拟；基于势流理论计算出各点涡的涡强分布后，根据毕奥萨伐尔定理计算出各点涡在目标点处的诱导速度；采用镜像法确定风洞壁面对各点涡在目标点处诱导速度的影响参数；根据影响参数对各点涡在目标点处的诱导速度进行修正，根据各点涡在所述目标点处修正后的诱导速度，得到目标点的阵风速度。本申请的方法减少了阵风实验中布置阵风机构及调整叶片振动过程中工作量、降低成本。

Description

基于势流理论的阵风预测方法和装置
技术领域
本申请涉及流体力学技术，尤其涉及一种基于势流理论的阵风预测方法和装置。
背景技术
阵风是自然界中一种常见的自然现象，由阵风引起的非定常气动力会导致飞行器、风机、桥梁、建筑物等物体的机械结构疲劳、破坏，通过阵风机构开展阵风响应实验对于深入理解和解决这类问题具有重要意义。
现有实验过程中，选择合适尺寸的叶片按照设定的间距进行排布组成阵风机构，并选择叶片振动方式使叶片俯仰振动产生周期性的阵风，通过测量相应位置的风速与设计要求比较，对叶片弦长、叶片间距、叶片振动方式进行调整，最终达到设计要求。
叶片振动方式和排布方式有无穷多种，通过实验测量然后修正阵风机构参数及叶片振动方式的方法工作量大、成本高。
发明内容
本申请提供一种基于势流理论的阵风预测方法和装置，用以解决阵风实验中布置阵风机构及调整叶片振动过程中工作量大、成本高的问题。
第一方面，本申请提供一种基于势流理论的阵风预测方法，包括：
获取阵风机构的尺寸参数和叶片的振动参数，所述阵风机构由一个或者多个叶片排列组成；
将所述叶片简化为二维翼型，并在所述叶片的弦线上和尾迹区布置点涡以对振动的所述二维翼型的绕流流场进行模拟；
基于势流理论，以及所述阵风机构的尺寸参数和叶片的振动参数，计算出各点涡的涡强；
根据毕奥萨伐尔定理和各点涡的涡强，计算出各点涡在目标点处的诱导速度；
采用镜像法确定容纳所述阵风机构的风洞的壁面，对各点涡在所述目标点处的诱导速度的影响参数；
根据所述影响参数对各点涡在所述目标点处的诱导速度进行修正；
根据各点涡在所述目标点处修正后的诱导速度，得到所述目标点的阵风速度。
可选的，所述采用镜像法确定容纳所述阵风机构的风洞的壁面，对各点涡在所述目标点处的诱导速度的影响参数，包括：
以所述风洞的上壁面为对称面，布置各点涡对应的上镜像点涡，所述上镜像点涡与所述叶片上的点涡关于所述上壁面镜像对称，所述上镜像点涡的涡强符号与所述叶片的对应位置上点涡的涡强符号相反；
以所述风洞的下壁面为对称面，布置各点涡对应的下镜像点涡，所述下镜像点涡与所述叶片上的点涡关于所述下壁面镜像对称，所述下镜像点涡的涡强符号与所述叶片的对应位置上点涡的涡强符号相反；
根据毕奥萨伐尔定理和各所述上镜像点涡的涡强，计算出各所述上镜像点涡在所述目标点处的诱导速度，各所述上镜像点涡在所述目标点处的诱导速度为风洞壁面对所述目标点处的诱导速度的影响参数；
根据毕奥萨伐尔定理和各所述下镜像点涡的涡强，计算出各所述下镜像点涡在所述目标点处的诱导速度，各所述下镜像点涡在所述目标点处的诱导速度为风洞壁面对所述目标点处的诱导速度的影响参数。
可选的，所述根据所述影响参数对各点涡在所述目标点处的诱导速度进行修正，包括：
针对任一所述点涡，将所述点涡在所述目标点处的诱导速度、所述点涡对应的上镜像点涡在所述目标点处的诱导速度以及所述点涡对应的下镜像点涡在所述目标点处的诱导速度相加，得到所述点涡在所述目标点处修正后的诱导速度；
根据各点涡在所述目标点处修正后的诱导速度，得到所述目标点的阵风速度，包括：将各点涡在所述目标点处修正后的诱导速度进行叠加，得到所述目标点的阵风速度。
可选的，所述阵风机构为叶片振动式，叶片数量小于等于10，叶片振动幅值为0°～12°。
可选的，叶片数量和叶片振动幅值可调节。
可选的，叶片截面为对称形状，截面形状包括NACA系列对称翼型，且在展向上截面形状保持不变。
可选的，所述阵风机构的各叶片并排放置，叶片的振动方式为沿垂直于叶片截面的轴转动。
可选的，所述势流理论包括：Theodorsen理论或Wagner理论，且包含以下假设：翼型可简化为无厚度平板，翼型后缘尾迹区的点涡以自由流速度水平向下游对流，翼型后缘满足库塔条件。
第二方面，本申请提供一种基于势流理论的阵风预测装置，包括：
获取模块，用于获取阵风机构的尺寸参数和叶片的振动参数，所述阵风机构由一个或者多个叶片排列组成；
模拟模块，用于将所述叶片简化为二维翼型，并在所述叶片的弦线上和尾迹区布置点涡以对振动的所述二维翼型的绕流流场进行模拟；
涡强计算模块，用于基于势流理论计算出各点涡的涡强分布；
速度计算模块，用于根据毕奥萨伐尔定理和各点涡的涡强分布，计算出各点涡在目标点处的诱导速度；
修正模块，用于采用镜像法确定容纳所述阵风机构的风洞的壁面，对各点涡在所述目标点处的诱导速度的影响参数，根据所述影响参数对各点涡在所述目标点处的诱导速度进行修正；
确定模块，用于根据各点涡在所述目标点处修正后的诱导速度，得到所述目标点的阵风速度。
第三方面，本申请提供一种基于势流理论的阵风预测设备，包括：存储器和处理器；
所述存储器，被配置为存储计算机执行指令；
所述处理器，被配置为执行所述存储器存储的所述计算机执行指令，以实现基于势流理论的阵风预测的方法。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现所述的基于势流理论的阵风预测方法。
第五方面，本发明提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如本发明第一方面所述的方法。
本申请提供的基于势流理论的阵风预测方法和装置，通过已知的阵风结构的尺寸参数和叶片振动方式，根据势流理论计算出各点涡的涡强分布，结合毕奥萨伐尔定理计算出各点涡在目标点处的诱导速度，并采用镜像方法对风洞壁面影响进行修正，获得目标点处的阵风速度，实现减少实验测量工作量的效果。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1为基于势流理论的阵风预测方法的流程示意图；
图2为二维翼面及点涡布置示意图；
图3为双振动叶片阵风速度预测示意图；
图4为考虑风洞壁面影响的双振动叶片阵风速度预测示意图；
图5为不同条件下垂向阵风速度幅值预测结果；
图6为垂向阵风时空演化的预测结果；
图7为基于势流理论的阵风预测装置的一种示意图；
图8为本发明提供的一种电子设备的一种结构示意图。
通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
现有涉及阵风的实验中，需选择合适尺寸的叶片按照设定的间距进行排布组成阵风机构，并选择叶片振动方式使叶片俯仰振动产生周期性的阵风，通过测量相应位置的风速与设计要求比较，对叶片弦长、叶片间距、叶片振动方式进行调整，最终达到设计要求。现有的方法需多次调整叶片的振动方式及阵风机构的尺寸参数，并进行实验测量，工作量大且成本高。因此，有必要研究一种阵风预测方法和装置，减少实验的工作量并降低成本。
所以，本申请提供一种基于势流理论的阵风预测方法，该方法能够依据阵风机构的尺寸参数和叶片振动方式，将其带入公式计算并修正，得到实验区域内任意指定点处的阵风速度。降低实验工作量并降低实验成本。
本申请实施例中的该方法可以由基于势流理论的阵风预测装置执行，以下简称预测装置，该预测装置可以为个人电脑、专用电脑和服务器等。
下面以具体地实施例一对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。
参考图1，图1为本申请实施例提供的基于势流理论的阵风预测方法的流程示意图，该方法可以由上述的预测装置执行，该方法可以包含以下步骤。
步骤S101:获取阵风机构的尺寸参数和叶片振动参数，该阵风机构由一个或者多个叶片排列组成。
阵风机构的尺寸参数包括叶片弦长和叶片间距，可选的，阵风机构采用的叶片数量小于等于10，即叶片数量为1-10个，叶片数量可以根据使用场景进行调节。
阵风机构采用叶片振动式，通过叶片的振动对自由来流进行扰动产生阵风，自由来流指叶片前未经扰动的来流。叶片的振动方式对阵风的产生起主要影响，叶片的振动主要通过叶片攻角的连续变化来实现，其中叶片攻角为翼型上合成气流的方向与翼型几何弦的夹角。
叶片振动参数包括叶片攻角变化，叶片攻角变化可以是正弦函数，也可以是其他形式。可选的，叶片振动参数还可以包括叶片振动幅值，叶片振动幅值可以为0°～12°，叶片振动幅值可以根据使用场景进行调节。
可选的，所有叶片并排放置，振动方式为沿垂直于叶片截面的轴转动。
步骤S102:将叶片简化为二维翼型，并在叶片弦线及尾迹区布置点涡以对振动的二维翼型的绕流流场进行模拟。
为进行后续计算，需将叶片简化为二维翼型，其中，二维翼型为截面形状不变的无限翼展机翼，且本实施例中叶片截面为对称形状，截面形状包括NACA系列对称翼型，且在展向上截面形状保持不变。
通过在叶片弦线及尾迹区布置点涡模拟自由来流绕过叶片时的流场变化，其中流场为某一时刻气流运动的空间分布，参考图2所示，图2为二维翼面及点涡布置示意图。
叶片弦线是连接叶片前缘和后缘的直线，其中后缘为该二维翼型的后尖点，前缘为该二维翼型上距后缘最远的点。
尾迹区是叶片尾部受其前面边界层的影响下低于自由来流速度充满涡流的流动区域，其中边界层为绕流中紧贴物体表面的粘性力不可忽略的流动薄层。
点涡是指一种闭合环流的流动，为进行后续计算推导实现对阵风速度的预测在进行模拟前在叶片弦线及尾迹区布置一系列点涡来模拟环流，环流可以通过环量表征，环量为流体速度沿着一条闭曲线的路径积分。
步骤S103：基于势流理论，以及该阵风机构的尺寸参数和叶片的振动参数，计算各点涡的涡强分布。
势流理论是研究不可压理想流体无旋流场的速度分布、压力分布及作用于物体上的力的一种理论，其中不可压理想流体指不可压缩且粘度为零的流体，实际情况下流动过程中流体密度变化小且粘度低的流体也可被假定为不可压理想流体。
势流理论包括但不限于：Theodorsen理论或Wagner理论。使用势流理论求解叶片弦线及尾迹区上的涡强分布需要进行以下假设：翼型可简化为无厚度平板，翼型后缘尾迹区的点涡以自由流速度水平向下游对流，翼型后缘满足库塔条件。若叶片攻角变化形式为正弦函数，即叶片攻角可以表示为：α(t)＝αmsin(ωt)，则各点涡的涡强分布可以通过如下方式计算得到。
根据Theodorsen理论可知，已正弦形式振动的翼型升力可以表示为准定常项、附加质量项、尾迹影响项之和，即L＝Lquasi+Lmass+Lwake,其中Lmass为附加质量项，Lwake为尾迹影响项，Lquasi为准定常项，准定常项可由公式(1)表示：
Figure BDA0003563832350000061
公式(1)中，ρ代表流体密度，U代表自由来流速度，c代表叶片弦长，
Figure BDA0003563832350000065
为叶片攻角对时间的导数，a为描述转轴位置的参数，等于转轴点的x坐标，x的坐标参考图2所示。
根据库塔-茹科夫斯基定理，准定常升力项亦可以用公式(2)表示：
Lquasi＝ρUΓ0 (2)
公式中，Γ0表示由翼型运动产生的附着涡环量，也可称为准定常环量。
结合公式(1)和公式(2)可以计算出任意时刻翼型上的准定常环量Γ0(t)，即
Figure BDA0003563832350000062
根据开尔文定理，翼型上和尾迹区的环量之和始终保持恒定，即Γ0+Γ1+Γw＝常数。其中Γ1和Γw均为γw的函数，Γ1表示尾迹区点涡在翼型上诱导的环量，Γw为尾迹区点涡环量，γw为尾迹区点涡的涡强分布。分别可表示为：
Figure BDA0003563832350000063
Figure BDA0003563832350000064
根据开尔文定理及公式(4)和公式(5)可以计算获得任意t时刻尾迹区点涡的涡强分布γw(x,t)。
由求得的尾迹区点涡的涡强分布及已知的翼型运动方式，为简化后续计算，定义变量θ，令
Figure BDA0003563832350000071
则翼型上的点涡的涡强分布可由公式(6)表示：
Figure BDA0003563832350000072
公式(6)中A0、An为随时间变化的系数。n＝1,2,3…。已知翼型运动方式和尾迹区点涡的涡强分布，根据非定常不可压势流理论，可以计算出A0、An，最终可以计算得到翼型上点涡的涡强分布γa(x,t)，其中翼型运动方式主要为叶片攻角变化形式。
若叶片攻角变化形式为非正弦函数，则由Wagner理论获得翼型升力的准定常项，后续尾迹区点涡的涡强分布和翼型上点涡的涡强分布结合公式(2)(3)(4)(5)(6)及开尔文定理求得，具体步骤与上述过程相同，此处不再赘述。
步骤S104：根据毕奥萨伐尔定理和各点涡的涡强分布，计算出各点涡在目标点处的诱导速度。
由步骤S103求得尾迹区点涡的涡强分布和翼型上点涡的涡强分布后，依据毕奥萨伐尔定理可以求得各点涡在目标点处的诱导速度，流场中所有点涡在目标点处诱导速度的叠加值即为目标点处的阵风速度。
针对单一叶片，任意坐标点(x,z)处的阵风速度包括流向阵风速度和垂向阵风速度，流向阵风速度为与自由来流水平方向的阵风的速度，即阵风在x-z坐标系下x轴方向的速度分量，参考图3所示，垂向阵风速度为与自由来流垂直方向的阵风的速度，即阵风在x-z坐标系下z轴方向的速度分量，参考图3所示。其中，流向阵风速度可由公式(7)求得，垂向阵风速度可由公式(8)求得：
Figure BDA0003563832350000073
Figure BDA0003563832350000074
式中，ξ为点涡在x轴上的坐标值,x为目标点在x-z坐标系下的横向坐标，z为目标点在x-z坐标系下的纵向坐标，γa(ξ,t)为翼型上点涡的涡强分布，γw(ξ,t)为尾迹区点涡的涡强分布。
Figure BDA0003563832350000075
表示翼型上的点涡在坐标点(x,z)处的流向诱导速度，
Figure BDA0003563832350000076
表示尾迹区的点涡在坐标点(x,z)处的流向诱导速度，
Figure BDA0003563832350000077
表示翼型上的点涡在坐标点(x,z)处的在垂向诱导速度，
Figure BDA0003563832350000078
表示尾迹区的点涡在坐标点(x,z)处的垂向诱导速度。
当有2个振动叶片时，相应的点涡模型如图3所示，图3为双振动叶片阵风速度预测示意图；图中P点的流向阵风速度和垂向阵风速度可由公式(9)和公式(10)表示：
up＝u(x,z1,t)+u(x,z2,t) (9)
wp＝w(x,z1,t)+w(x,z2,t) (10)
其中，z1为p点在x-z1坐标系下的纵坐标，z2为p点在x-z2坐标系下的纵坐标，x-z1坐标系和x-z2坐标系是以不同叶片中间点为原点建立的坐标系，z1和z2可以理解为P点与不同叶片在其坐标系下的垂向方向的相对值。公式(9)和公式(10)可以理解为两叶片在各自坐标系下求得的速度的叠加值，u(x,z1,t)表示沿上方叶片弦线分布的点涡在t时刻对p点产生的流向速度，u(x,z2,t)表示沿下方叶片弦线分布的点涡在t时刻对p点产生的流向速度，w(x,z1,t)表示沿上方叶片弦线分布的点涡在t时刻对p点产生的垂向速度，w(x,z2,t)表示沿下方叶片弦线分布的点涡在t时刻对p点产生的垂向速度。
同理，当振动叶片的数目大于2片时，对各个叶片上所有点涡的诱导速度进行叠加即可得到下游任意点处的流向阵风速度和垂向阵风速度。
步骤S105:采用镜像法确定容纳该阵风机构的风洞的壁面，对各点涡在该目标点处的诱导速度的影响参数。
实际中，风洞壁面对阵风机构的影响有时不可忽略，风洞壁面包括上壁面和下壁面。本实施例中可以采用镜像法对目标点处的阵风速度进行修正。镜像法原理为用放置在风洞壁面之外的镜像点涡对目标点处的风速影响等效替代风洞壁面对目标点处风速的影响，从而将风洞壁面对目标点处的影响转化为假想点涡对目标点处的影响。
具体的，以该风洞的上壁面为对称面，布置各点涡对应的上镜像点涡，该上镜像点涡与叶片上的点涡关于该上壁面镜像对称，该上镜像点涡的涡强符号与该叶片的对应位置上点涡的涡强符号相反。以该风洞的下壁面为对称面，布置各点涡对应的下镜像点涡，该下镜像点涡与该叶片上的点涡关于该下壁面镜像对称，该下镜像点涡的涡强符号与该叶片的对应位置上点涡的涡强符号相反。
布置镜像点涡的目的为求得镜像点涡对目标点处的诱导速度，来表示风洞壁面对目标点处阵风速度的影响。
根据毕奥萨伐尔定理和各上镜像点涡的涡强，计算出各上镜像点涡在目标点处的诱导速度，各上镜像点涡在该目标点处的诱导速度为风洞壁面对该目标点处的阵风速度的影响参数。根据毕奥萨伐尔定理和各下镜像点涡的涡强，计算出各下镜像点涡在目标点处的诱导速度，各下镜像点涡在该目标点处的诱导速度为风洞壁面对目标点处的阵风速度的影响参数。
图4为考虑风洞壁面影响的双振动叶片阵风速度预测示意图；如图4所示，上、下镜像点涡在P点的流向诱导速度可以通过公式(11)表示，上、下镜像点涡在P点的垂向诱导速度可以通过公式(12)表示。
u'p＝u(x,z′1,t)+u(x,z'2,t) (11)
w'p＝w(x,z′1,t)+w(x,z'2,t) (12)
其中，z′1为p点在x-z′1坐标系下的纵坐标，z′2为p点在x-z′2坐标系下的纵坐标,u′p为风洞壁面对目标点处流向阵风速度的影响参数，w′p为风洞壁面对目标点处垂向阵风速度的影响参数。u(x,z1′，t)表示上壁面镜像点涡在t时刻对p点产生的流向速度，u(x，z′2，t)表示下壁面镜像点涡在t时刻对p点产生的流向速度，w(x，z′1，t)表示上壁面镜像点涡在t时刻对p点产生的垂向速度，w(x,z2′，t)表示下壁面镜像点涡在t时刻对p点产生的垂向速度。
步骤S106:根据该影响参数对各点涡在该目标点处的诱导速度进行修正，根据各点涡在目标点处修正后的诱导速度，得到目标点的阵风速度。
针对任一点涡，将该点涡在该目标点处的诱导速度、该点涡对应的上镜像点涡在该目标点处的诱导速度以及该点涡对应的下镜像点涡在该目标点处的诱导速度相加，得到该点涡在该目标点处修正后的诱导速度，将各点涡在目标点处修正后的诱导速度进行叠加，得到目标点的阵风速度。
最终的阵风速度为步骤S104中求得的P点的阵风速度与上下镜像点涡在P点的诱导速度之和，即得到的流向阵风速度为u′p+up，垂向阵风速度w′p+wp。
本实施例中，获取阵风机构的尺寸参数及叶片振动方式后，将叶片简化为二维翼型，并在叶片弦线及尾迹区布置点涡以对振动的二维翼型的绕流流场进行模拟，基于势流理论，以及阵风机构的尺寸参数和叶片的振动参数，计算出各点涡的涡强分布，根据毕奥萨伐尔定理和各点涡的涡强分布，计算出各点涡在目标点处的诱导速度，采用镜像法确定风洞壁面的影响参数，根据影响参数对各点涡在目标点处的诱导速度进行修正，得到目标点的阵风速度。该方法能够基于给定的阵风机构尺寸参数以及叶片振动参数，对阵风流场进行预测，为阵风流场的设计提供理论支撑，不需要通过实验进行测量，减少了阵风预测的工作量和成本。
下面以具体地实施例二对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何求解目标点处的阵风速度做详细说明：
示例性的，自由来流速度30m/s,叶片弦长0.24m,叶片间距0.38m,实验段z方向尺寸为1m的条件下，两个叶片以中心弦线点为转轴做同步正弦振动，预测目标点(0.84m,0m)的垂向阵风速度过程如下：
获得阵风机构尺寸参数为：叶片弦长为0.24m,叶片间距为0.38m，叶片振动方式为同步正弦振动，正弦函数为α(t)＝αmsin(ωt)，其中αm为叶片振动幅度，ω为角速度，ω＝2πw,f为频率，t为时间。叶片为正弦振动，模拟叶片弦线和尾迹区上的点涡对二维翼型的绕流流场，通过公式(1)求得振动翼型的升力准定常项Lquasi，将求得的Lquasi带入公式(2)并通过公式(3)，求得准定常环量Γ0，通过公式(4)和公式(5)结合开尔文定理可求得尾迹区的涡强分布γw(x,t)，通过尾迹区的涡强分布γw(x,t)及翼型运动方式，同时结合公式(6)可求得翼型上的涡强分布γa(x,t)，通过公式(8)可求得单一叶片相应点涡对目标点的垂向诱导速度，再通过公式(10)求得两叶片相应点涡对目标点的垂向诱导速度w,通过公式(12)求得上下镜像点涡在目标点的垂向诱导速度w′，最终得到目标点处垂向阵风速度w′+w。计算0到50赫兹频率下叶片振动幅度为4°、6°和8°情况下垂向阵风速度可得到如图5所示结果，图5为不同条件下垂向阵风速度幅值预测结果。可以看出，垂向阵风速度幅值随叶片振动频率先增加后减小，叶片振动幅度越大垂向阵风速度越大。
下面以具体地实施例三对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何预测一段时间内目标区域的阵风速度分布进行展示：
示例性的，自由来流速度30m/s,叶片弦长0.24m,叶片间距0.38m,实验段z方向尺寸为1m的条件下，两个叶片以中心弦线点为转轴做同步正弦振动，当叶片振动频率为10赫兹时，叶片振动幅度为6°时，预测场中(0.84m,-0.18m,)和(0.84m,0.18m)两点连线上的垂向阵风速度随时间演化的预测过程如下：
获得阵风机构尺寸参数叶片弦长为0.24m,叶片间距为0.38m，叶片振动方式为同步正弦振动，正弦函数为α(t)＝αmsin(ωt)，其中αm为叶片振动幅度，在本实施例中叶片振动幅度选择6°，ω为角速度，ω＝2πf,f为频率，频率选择10赫兹，t为时间，时间选择0到0.3秒区间。叶片为正弦振动，模拟叶片弦线和尾迹区上的点涡对二维翼型的绕流流场，通过公式(1)求得振动翼型的升力准定常项Lquasi，将求得的Lquasi带入公式(2)并通过公式(3)，求得准定常环量Γ0，通过公式(4)和公式(5)结合开尔文定理可求得尾迹区的涡强分布γw(x,t)，通过尾迹区的涡强分布γw(x,t)及翼型运动方式，同时结合公式(6)可求得翼型上的涡强分布γa(x,t)，通过公式(8)可求得叶片相应点涡对目标点的垂向诱导速度w，目标点为(0.84m,-0.18m,)和(0.84m,0.18m)连线上的点，通过公式(12)求得上下镜像点涡在目标点的垂向诱导速度w′，最终得到目标点处垂向阵风速度w′+w。将计算获得的0到0.3秒区间内及目标点为(0.84m,-0.18m,)和(0.84m,0.18m)连线上的点的阵风速度可用图6表示，图6为垂向阵风时空演化的预测结果。并且从图6可以看出垂向阵风在z方向上变化较小，且随时间呈现周期性变化。
参考图7，图7为本申请实施例提供的基于势流理论的阵风预测装置的一种示意图，该装置100包括获取模块11、模拟模块12、涡强计算模块13、速度计算模块14和修正模块15。
获取模块11，用于获取阵风机构的尺寸参数和叶片的振动参数，该阵风机构由一个或者多个叶片排列组成；
模拟模块12，用于将叶片简化为二维翼型，并在该叶片的弦线上和尾迹区布置点涡以对振动的该二维翼型的绕流流场进行模拟；
涡强计算模块13，用于基于势流理论，以及该阵风机构的尺寸参数和叶片的振动参数，计算出各点涡的涡强分布；
速度计算模块14，用于根据毕奥萨伐尔定理和各点涡的涡强分布，计算出各点涡在目标点处的诱导速度；
修正模块15，用于采用镜像法确定容纳该阵风机构的风洞的壁面，对各点涡在该目标点处的诱导速度的影响参数，根据该影响参数对目标点处的诱导速度进行修正；
确定模块16，用于根据各点涡在所述目标点处修正后的诱导速度，得到所述目标点的阵风速度。
可选的，该修正模块15具体用于：以该风洞的上壁面为对称面，布置各点涡对应的上镜像点涡，该上镜像点涡与叶片上的点涡关于该上壁面镜像对称，该上镜像点涡的涡强符号与该叶片的对应位置上点涡的涡强符号相反；
以该风洞的下壁面为对称面，布置各点涡对应的下镜像点涡，该下镜像点涡与叶片上的点涡关于该下壁面镜像对称，该下镜像点涡的涡强符号与该叶片的对应位置上点涡的涡强符号相反；
相应的该速度计算模块14具体用于：根据毕奥萨伐尔定理和各上镜像点涡的涡强，计算出各上镜像点涡在该目标点处的诱导速度，各上镜像点涡在该目标点处的诱导速度为风洞上壁面对该目标点处的阵风速度的影响参数；
根据毕奥萨伐尔定理和各下镜像点涡的涡强，计算出各下镜像点涡在该目标点处的诱导速度，各下镜像点涡在该目标点处的诱导速度为风洞下壁面对该目标点处的阵风速度的影响参数。
可选的，该修正模块15具体用于：针对任一点涡，将该点涡在该目标点处的诱导速度、该点涡对应的上镜像点涡在该目标点处的诱导速度以及该点涡对应的下镜像点涡在该目标点处的诱导速度相加，得到所述点涡在所述目标点处修正后的诱导速度，该确定模块16具体用于：将各点涡在所述目标点处修正后的诱导速度进行叠加，得到所述目标点的阵风速度。
可选的，该阵风机构为叶片振动式，叶片数量小于等于10，叶片振动幅值为0°～12°。
可选的，叶片数量和叶片振动幅值可调节。
可选的，叶片截面为对称形状，截面形状包括NACA系列对称翼型，且在展向上截面形状保持不变。
可选的，该阵风机构的各叶片并排放置，叶片的振动方式为沿垂直于叶片截面的轴转动。
可选的，该势流理论包括：Theodorsen理论或Wagner理论，且包含以下假设：翼型可简化为无厚度平板，翼型后缘尾迹区的点涡以自由流速度水平向下游对流，翼型后缘满足库塔条件。
本实施例提供的装置可用于执行上述实施例一至实施例三的方法步骤，具体实现方式和技术效果类似，这里不再赘述。
参考图8，图8为本发明提供的一种电子设备的一种结构示意图，该电子设备200包括：处理器21、存储器22，收发器23，存储器22用于存储指令，收发器23用于和其他设备通信，处理器21用于执行存储器中存储的指令，以使电子设备200执行如上述实施例一至实施例三的方法步骤，具体实现方式和技术效果类似，这里不再赘述。
本申请提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，计算机执行指令被处理器执行时用于实现如上述实施例一至实施例三中的基于势流理论的阵风预测的方法步骤。
本申请提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如上述实施例一至实施例三中的方法。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (10)

1.一种基于势流理论的阵风预测方法，其特征在于，包括：
获取阵风机构的尺寸参数和叶片的振动参数，所述阵风机构由一个或者多个叶片排列组成；
将所述叶片简化为二维翼型，并在所述叶片的弦线上和尾迹区布置点涡以对振动的所述二维翼型的绕流流场进行模拟；
基于势流理论，以及所述阵风机构的尺寸参数和叶片的振动参数，计算出各点涡的涡强分布；
根据毕奥萨伐尔定理和各点涡的涡强分布，计算出各点涡在目标点处的诱导速度；
采用镜像法确定容纳所述阵风机构的风洞的壁面，对各点涡在所述目标点处的诱导速度的影响参数；
根据所述影响参数对各点涡在所述目标点处的诱导速度进行修正；
根据各点涡在所述目标点处修正后的诱导速度，得到所述目标点的阵风速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用镜像法确定容纳所述阵风机构的风洞的壁面，对各点涡在所述目标点处的诱导速度的影响参数，包括：
以所述风洞的上壁面为对称面，布置各点涡对应的上镜像点涡，所述上镜像点涡与所述叶片上的点涡关于所述上壁面镜像对称，所述上镜像点涡的涡强符号与所述叶片的对应位置上点涡的涡强符号相反；
以所述风洞的下壁面为对称面，布置各点涡对应的下镜像点涡，所述下镜像点涡与所述叶片上的点涡关于所述下壁面镜像对称，所述下镜像点涡的涡强符号与所述叶片的对应位置上点涡的涡强符号相反；
根据毕奥萨伐尔定理和各所述上镜像点涡的涡强，计算出各所述上镜像点涡在所述目标点处的诱导速度，各所述上镜像点涡在所述目标点处的诱导速度为风洞壁面对所述目标点处的诱导速度的影响参数；
根据毕奥萨伐尔定理和各所述下镜像点涡的涡强，计算出各所述下镜像点涡在所述目标点处的诱导速度，各所述下镜像点涡在所述目标点处的诱导速度为风洞壁面对所述目标点处的诱导速度的影响参数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述影响参数对各点涡在所述目标点处的诱导速度进行修正，包括：
针对任一所述点涡，将所述点涡在所述目标点处的诱导速度、所述点涡对应的上镜像点涡在所述目标点处的诱导速度以及所述点涡对应的下镜像点涡在所述目标点处的诱导速度相加，得到所述点涡在所述目标点处修正后的诱导速度；
根据各点涡在所述目标点处修正后的诱导速度，得到所述目标点的阵风速度，包括：将各点涡在所述目标点处修正后的诱导速度进行叠加，得到所述目标点的阵风速度。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述阵风机构为叶片振动式，叶片数量小于等于10，叶片振动幅值为0°～12°。
5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，叶片数量和叶片振动幅值可调节。
6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，叶片截面为对称形状，截面形状包括NACA系列对称翼型，且在展向上截面形状保持不变。
7.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述阵风机构的各叶片并排放置，叶片的振动方式为沿垂直于叶片截面的轴转动。
8.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述势流理论包括：Theodorsen理论或Wagner理论，且包含以下假设：翼型可简化为无厚度平板，翼型后缘尾迹区的点涡以自由流速度水平向下游对流，翼型后缘满足库塔条件。
9.一种基于势流理论的阵风预测装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取阵风机构的尺寸参数和叶片的振动参数，所述阵风机构由一个或者多个叶片排列组成；
模拟模块，用于将所述叶片简化为二维翼型，并在所述叶片的弦线上和尾迹区布置点涡以对振动的所述二维翼型的绕流流场进行模拟；
涡强计算模块，用于基于势流理论，以及所述阵风机构的尺寸参数和叶片的振动参数，计算出各点涡的涡强分布；
速度计算模块，用于根据毕奥萨伐尔定理和各点涡的涡强分布，计算出各点涡在目标点处的诱导速度；
修正模块，用于采用镜像法确定容纳所述阵风机构的风洞的壁面，对各点涡在所述目标点处的诱导速度的影响参数，根据所述影响参数对各点涡在所述目标点处的诱导速度进行修正；
确定模块，用于根据各点涡在所述目标点处修正后的诱导速度，得到所述目标点的阵风速度。
10.一种基于势流理论的阵风预测设备：包括：存储器和处理器；
所述存储器，被配置为存储计算机执行指令；
所述处理器，被配置为执行所述存储器存储的所述计算机执行指令，以实现如权利要求1-8任一项所述的方法。
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