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    1. 一种并网逆变器直流电容容值辨识方法
    朱城昊, 王晗, 孙国歧, 魏晓宾, 王富文, 蔡旭
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 693-700.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.515
    摘要1017)   HTML1284)    PDF(pc) (5050KB)(1209)    收藏

    直流电容是并网逆变器中最易老化失效的器件之一,对其进行容值参数辨识可以及时发现并更换老化电容,有利于提高系统可靠性.提出一种基于预充电电路的并网逆变器直流电容容值辨识方法,通过分析预充电过程中电容容值与充电电流、电压的数值关系,结合历史运行数据,构建电容状态特征向量集合.利用该集合训练支持向量回归(SVR)模型,建立状态值与容值的回归预测关系,并采用粒子群优化(PSO)算法对模型进行优化,优化后的模型可用于直流电容容值辨识.仿真和实验结果表明,所提方法可对并网逆变器直流电容进行容值辨识,辨识误差小于0.95%.该方法无需增加硬件电路且不改变控制算法,具有一定的实用价值.

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    2. 分布式绿色能源碳交易机制及碳数据管理的挑战
    李幸芝, 韩蓓, 李国杰, 汪可友, 徐晋
    上海交通大学学报    2022, 56 (8): 977-993.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.450
    摘要982)   HTML893)    PDF(pc) (2604KB)(1147)    收藏

    为了实现“碳达峰、碳中和”双碳目标,需要加快构建以绿色能源为主体的电力系统.随着系统规模增长,基于区块链技术的分布式绿色能源碳交易机制和碳数据管理技术可有效鼓励绿色能源发展,成为低碳电力推行的有效手段.而精确实时的碳计量将进一步为交易信息的准确性和安全性提供数据支撑.介绍目前绿证交易和碳交易的研究现状,分析区块链技术在绿电追溯、绿证交易、碳交易、绿证与碳资产联合市场4个方向的关键技术适用性;研究当前碳计量方式的具体数学模型,讨论分析适用于区块链架构的碳源追溯计量数据可用性,并对碳计量方式的未来发展提出参考建议.

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    3. 考虑安全飞行通道约束的无人机飞行轨迹多目标优化策略
    黄宇昊, 韩超, 赵明辉, 杜乾坤, 王石刚
    上海交通大学学报    2022, 56 (8): 1024-1033.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.154
    摘要763)   HTML41)    PDF(pc) (5684KB)(1034)    收藏

    针对无人机在复杂环境下难以规划出兼顾平滑性和安全性等指标的时域连续轨迹问题,基于安全飞行通道提出了一种多目标轨迹规划算法.在基于快速拓展随机树(RRT)改进的RRT*算法生成的初始离散路径点基础上,建立以凸多面体集合表示的安全飞行通道;根据轨迹在安全飞行通道内部的约束建立安全项目标函数,结合飞行平滑性、动力学特性、飞行时间等性能指标,建立加权多目标优化函数;采用基于梯度下降的凸优化算法,对离散路径点的位置、速度、加速度及轨迹的时间分配进行优化,生成分段多项式表示的时域连续轨迹.基于煤矿井下等复杂环境对算法的有效性及相关性能进行试验及对比验证,结果表明:相比现有算法,本文算法在综合性能上有一定的提升.

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    4. 波浪条件下地效翼型气动力的环量控制研究
    刘浩, 孙建红, 孙智, 陶洋, 王德臣, 刘光远
    上海交通大学学报    2022, 56 (8): 1101-1110.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.384
    摘要586)   HTML34)    PDF(pc) (3280KB)(911)    收藏

    波浪海面气流环境相对复杂,严重影响了地效飞行器巡航过程中的稳定性与安全性.针对波浪条件下的地效翼型,应用数值方法分析了不同海况波浪形状和不同飞行攻角对翼型气动特性的影响,进一步研究了定常吹气和周期吹气方法对地效下的环量控制翼型气动力影响规律.计算结果表明:波浪海面地效下,翼型升力系数随波浪周期性变化,波浪的波高较高、波长较短,翼型攻角较大时升力系数波动的幅度较大;通过与波浪相对运动相同周期的吹气环量控制方法,可以有效地控制波浪海况下翼型升力系数的波动,增强地效飞行器的稳定性与安全性.

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    5. 基于改进无源性控制的三相LCL并网逆变器输出导纳重塑方法
    王晗, 张建文, 施刚, 朱淼, 蔡旭
    上海交通大学学报    2023, 57 (9): 1105-1113.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.120
    摘要271)   HTML32)    PDF(pc) (3313KB)(840)    收藏

    基于能量函数的无源性控制(PBC)被广泛研究并用于并网变换器以获得更好的控制性能.然而,传统的PBC方法依赖并网变换器的精确数学模型,且已有研究较少考虑数字控制的延迟效应以及电容性电网或复杂弱电网下电网阻抗的不确定性对系统稳定控制的影响.鉴于此,针对三相LCL并网逆变器提出一种改进PBC方法以实现导纳重塑,通过增加电容电流前馈将系统无源区域扩展到奈奎斯特频率,在电网阻抗宽范围变化下实现LCL谐振频率的有源阻尼控制,并提出改进PBC控制参数设计方法.在3 kW并网逆变器样机平台上开展仿真和实验研究,验证了理论分析的正确性.

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    6. 基于集成学习的电动汽车充电站超短期负荷预测
    李恒杰, 朱江皓, 傅晓飞, 方陈, 梁达明, 周云
    上海交通大学学报    2022, 56 (8): 1004-1013.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.486
    摘要1029)   HTML396)    PDF(pc) (3182KB)(782)    收藏

    精确的电动汽车充电站充电负荷预测是提高充电站安全经济运行的重要措施,也是支撑充电基础设施新建、扩容规划决策的重要基础.为提高电动汽车充电站超短期充电负荷预测的精度,提出一种基于集成学习的充电站超短期充电负荷预测方法.首先,以预测精确度与响应速度为主要目标,使用轻量级梯度提升框架构建基础回归器模型;其次,通过自适应提升方法对基础回归器群进行集成;最后,通过超参数调整与优化,建立基于能量集成轻量梯度提升框架(EEB-LGBM)的双层充电站超短期充电负荷预测模型.算例结果表明,相较于反向传播神经网络、卷积神经长短期记忆网络、差分自回归移动平均模型等预测模型,所提出的基于EEB-LGBM的超短期充电负荷预测模型具有更高的精确度,同时可以大幅度缩短训练时间和降低计算资源需求.

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    7. 基于深度学习的智能全局灵敏度分析
    吴庶宸, 戚宗锋, 李建勋
    上海交通大学学报    2022, 56 (7): 840-849.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.191
    摘要949)   HTML48)    PDF(pc) (1418KB)(779)    收藏

    提出一种将深度学习与灵敏度分析结合的端到端方法, 对深度模型的结构和激活函数进行特殊设计以适应后续灵敏度的计算,深度模型训练的同时对保存的权重信息进行反向传播计算灵敏度.在波士顿房价数据集、航迹融合数据集和G函数上的实验结果表明,所提方法相比于Sobol’法等经典方法在参数分布不均匀时准确性更高, 具备更强的鲁棒性, 相比于使用传统神经网络的方法准确性更高.此外,通过实验验证了基于深度学习模型的样本参数灵敏度可以优化模型的输出结果.

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    8. 面向高比例新能源并网场景的风光-电动车协同调度方法
    李林晏, 韩爽, 乔延辉, 李莉, 刘永前, 阎洁, 刘海东
    上海交通大学学报    2022, 56 (5): 554-563.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.040
    摘要834)   HTML396)    PDF(pc) (1648KB)(777)    收藏

    风光-电动汽车协同调度能够有效降低风光出力和电动汽车无序充电等多重不确定性对电力系统的不利影响.现有优化调度模型多以等效负荷波动最小为优化目标,仅考虑了等效负荷的整体波动性,无法衡量风光出力与负荷的匹配度且并未考虑不同出力场景下风光出力的差异性.针对上述问题,提出一种面向高比例新能源并网场景的风光-电动车协同调度方法.构建基于蒙特卡罗模拟的电动汽车无序充电模型;基于风光出力预测数据,构建基于Gap statistic和K-means++算法的风光出力典型日划分模型;以等效负荷方差和负荷追踪系数最小为双优化目标,构建风光-电动汽车协同调度模型,并采用NSGA-II算法求解.结果表明:所提模型能够有效提升风光出力与负荷的匹配度,降低等效负荷波动性,从而缓解风光出力和电动汽车无序充电等多重不确定性对电力系统的不利影响.

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    9. 面向高比例清洁能源消纳的含灵活性资源电力系统规划方案优选
    郭咏涛, 向月, 刘俊勇
    上海交通大学学报    2023, 57 (9): 1146-1155.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.269
    摘要162)   HTML10)    PDF(pc) (2433KB)(769)    收藏

    高比例清洁能源具有波动性及间歇性等特点,其大规模接入给电力系统灵活性带来巨大挑战.为提升系统可再生能源消纳能力,考虑火电灵活性改造、投建燃气机组和投建储能的多种灵活性资源,建立一种计及多类型灵活性资源功率特性的电力系统规划方案优选模型.通过改进的IEEE 24节点电力系统和12节点天然气互联系统进行仿真分析,验证所提模型的有效性,并从经济性、消纳能力、低碳性等角度对灵活性规划方案进行优选以满足不同的规划需求.

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    10. 面向柔性作业车间动态调度的双系统强化学习方法
    刘亚辉, 申兴旺, 顾星海, 彭涛, 鲍劲松, 张丹
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1262-1275.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.215
    摘要814)   HTML70)    PDF(pc) (4009KB)(752)    收藏

    航天结构件生产过程中批产任务与研发任务并存,个性化小批量研发生产任务导致紧急插单现象频发.为了保障任务如期完成,解决柔性作业车间面临的动态调度问题,以最小化设备平均负载和最小化总完工时间为优化目标,提出了感知-认知双系统驱动的双环深度Q网络方法.感知系统基于知识图谱实现对车间知识的表示并生成多维信息矩阵;认知系统将调度过程分别抽象为资源配置智能体和工序排序智能体两个阶段,分别对应两个优化目标,设计了车间状态矩阵对问题和约束进行描述,调度决策中分步骤引入动作指令;最后分别设计奖励函数实现资源配置决策和工序排序决策的评价.经某动力所航天壳体加工的实例验证和算法对比分析,验证了所提方法的优越性.

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    11. 面向新型电力系统的可再生能源绿色电力证书差异化配置模型
    张硕, 李薇, 李英姿, 刘强, 曾鸣
    上海交通大学学报    2022, 56 (12): 1561-1571.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.150
    摘要1295)   HTML816)    PDF(pc) (1436KB)(737)    收藏

    实现我国“30·60”双碳目标,能源绿色低碳转型是基础支撑,构建以新能源为主体的新型电力系统是关键举措,绿色电力证书(简称绿证)则是体现可再生能源绿色价值的重要凭证.当前我国绿证分配机制单一,无法有效衡量不同可再生能源发电类型可获得绿色价值的差异性,并发挥其平衡可再生能源协调发展的杠杆作用.为此,从可再生能源发电类型电量兑换绿证的差异化入手,建立考虑可再生能源综合价值的绿证差异化评价指标体系,应用CRITIC法、熵权法和TOPSIS法构建可再生能源电力绿证差异化评价模型.以2030年碳达峰目标为发展场景,分析模型对集中式光伏发电、分布式光伏发电、陆上风力发电和海上风力发电绿色收益的影响,进而修正其发展规划,并提出绿证相关政策建议.所构建的绿证差异化分配模型可为我国绿证市场机制的建设和完善提供相应的辅助决策支持.

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    12. 多源配网主动孤岛恢复过程电压频率波动的平抑方法
    陈春, 高靖, 曹一家, 王炜宇, 赵龙
    上海交通大学学报    2022, 56 (5): 543-553.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.418
    摘要814)   HTML1031)    PDF(pc) (4975KB)(727)    收藏

    多源配网主动孤岛恢复是极端条件下保障关键负荷供电的重要手段,有利于提高配电网的供电可靠性.主动孤岛恢复过程中存在负载和分布式电源组网瞬间产生暂态电压、频率波动的问题,影响孤岛安全稳定运行,严重时还会出现组网失败.为此,考虑储能系统功率响应的快速性,建立基于储能控制的主动孤岛动态组网电压、频率波动平抑模型,设计电压电流双环前馈扰动补偿控制系统,提出改进双环控制的储能系统矢量控制方法,解决了传统V/f控制电压偏移和电压波动过大问题.依据黑启动原则,利用MATLAB/Simulink软件搭建不同控制方式下的仿真模型,仿真结果表明:相较于采用传统V/f控制,基于矢量法的改进双环控制具有较强的抗干扰能力,能够明显改善孤岛黑启动自组网过程和孤岛并入主网瞬间的电压及频率波动,提高系统的动态响应性能.

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    13. 基于双通道卷积神经网络的雷达信号识别
    全大英, 陈赟, 唐泽雨, 李世通, 汪晓锋, 金小萍
    上海交通大学学报    2022, 56 (7): 877-885.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.209
    摘要843)   HTML28)    PDF(pc) (4098KB)(717)    收藏

    为解决在低信噪比下特征提取困难、雷达信号识别率低的问题,提出了一种基于Choi-Williams分布(CWD)和多重同步压缩变换(MSST)的双通道卷积神经网络模型.模型通过对雷达信号进行CWD和MSST时频分析,分别获取二维时频图像并进行预处理,然后送入双通道卷积神经网络进行深度特征提取,最后将两路通道获取的特征进行融合,通过卷积神经网络分类器实现对雷达信号的分类识别.仿真结果表明:在信噪比为 -10 dB时,所提模型整体识别准确率能达到96%以上,其在低信噪比下表现优异.

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    14. 基于“能源大脑”的城市区域碳排放实时计算方法
    陈赟, 沈浩, 王佳裕, 赵文恺, 潘智俊, 王晓慧, 肖银璟
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1111-1117.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.364
    摘要974)   HTML782)    PDF(pc) (851KB)(714)    收藏

    现有碳排放计算方法不能很好地满足碳排放区域逐渐细化和实时需求.为保证碳排放责任分摊的实时和准确,提出一种城市区域碳排放实时计算方法.利用改进的K-means聚类算法,对城市区域能源负荷的运行时段和运行场景进行聚类组合,得到典型碳排放特征.将区域单位电力碳排放量作为碳排放指标;归类运行时段和场景,计算各簇单位电力碳排放量和城市区域碳排放总量.基于中国东部某地区 “能源大脑”中部分能源消费历史数据进行验证,结果表明:该聚类方法和碳排放指标可以有效地实时计算城市区域碳排放总量.

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    15. 大规模光伏发电经串补输电线路并网系统强迫次同步振荡机制
    林勇, 康佳乐, 余浩, 陈鸿琳, 杨彦霁, 陈武晖
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1118-1127.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.415
    摘要662)   HTML132)    PDF(pc) (1463KB)(707)    收藏

    大规模光伏经串补并网系统存在次同步振荡失稳风险,传统研究一般基于负阻尼振荡理论对此进行解释.本文将因最大功率跟踪控制(MPPT)导致的光伏间谐波作为扰动源,大规模光伏经串补并网系统作为受迫系统,采用强迫振荡理论揭示光伏发电基于扰动式MPPT与串补并网系统相互作用的次同步振荡机制,并在PSCAD/EMTDC仿真平台进行验证.结果表明:基于扰动式MPPT的光伏逆变器因交直流侧的调制耦合作用向系统输出间谐波电流,当该间谐波频率与系统固有弱阻尼模式频率接近时,可能导致严重的强迫次同步振荡问题,对系统稳定性造成冲击;算例仿真验证了所提理论的正确性.

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    16. 基于新型双环控制的LC型逆变器研究
    李双, 施建强
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1139-1147.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.275
    摘要862)   HTML129)    PDF(pc) (1553KB)(703)    收藏

    为提高LC型逆变器的电压跟踪和抗扰性能,提出了一种新型电压电流双环控制策略.首先,引入虚拟电阻后对消零极点,将电压环整定为一阶惯性环节,从而减小电压跟踪时的超调;其次,采用次速电流环控制方法提高电流环的响应速度,进而抑制暂态时的电压突变;最后,分析电压恢复期产生超调的原因并通过自适应积分器初值消除超调,改善了扰动时的电压波形畸变.所提新型控制策略在传统双环控制的基础上,分别对电压环和电流环算法进行改进,针对性地解决了后者阶跃响应和抗负载扰动性能不足的缺点,MATLAB/Simulink模型的仿真结果验证了该方法的可行性和有效性.

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    17. 基于模型预测控制的分布式储能型风力发电场惯性控制策略
    沈阳武, 宋兴荣, 罗紫韧, 沈非凡, 黄晟
    上海交通大学学报    2022, 56 (10): 1285-1293.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.134
    摘要869)   HTML1098)    PDF(pc) (1641KB)(700)    收藏

    分布式储能型(DES)风力发电机组是解决规模化风力发电接入引起系统频率稳定问题的有效手段.提出一种基于模型预测控制(MPC)的分布式储能型风力发电场惯性控制方法,首先建立分布式储能型风力发电场的线性化预测模型,在此基础上结合MPC控制框架,设计考虑储能损耗成本和风机转子转速均衡变化的MPC惯性控制优化模型和策略,以实现惯量控制期间风力发电机组转子转速的均衡变化.仿真结果表明:所提控制策略可以有效协调分布式储能型风力发电机组中风力发电单元和储能系统单元的有功功率输出,降低储能系统的充放电损耗成本,并保证风力发电场内所有风机转速在惯性控制期间趋于平均,避免由于风机转速下降过度而导致风力发电机组退出调频的问题.分布式储能型风力发电场惯性控制策略有利于提高电网频率稳定性,对保障电网的安全运行具有重要意义.

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    18. 基于无人机航拍的绝缘子掉串实时检测研究
    李登攀, 任晓明, 颜楠楠
    上海交通大学学报    2022, 56 (8): 994-1003.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.416
    摘要720)   HTML396)    PDF(pc) (28565KB)(695)    收藏

    由无人机代替人工进行电力绝缘子巡检具有重要意义,针对无人机的上位机算力和存储资源有限的问题,提出一种适用于绝缘子掉串故障检测的实时目标检测改进算法.以YOLOv5s检测网络为基础,将颈部结构中路径聚合网络替换为双向特征金字塔网络,以提升特征融合能力;使用DIoU优化损失函数,对模型进行γ系数的通道剪枝和微调,总体上提升检测网络的精度、速度和部署能力;在网络输出处进行图像增强以提升算法可用性.在特殊扩增的绝缘子故障数据集下测试,相较于原始的YOLOv5s算法,改进算法在精度平均值上提升了3.91%,速度提升了25.6%,模型体积下降了59.1%.

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    19. 平面单元和壳单元在复合有限条法中模拟加劲肋的应用
    侯彦果, 李占杰, 龚景海
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 710-721.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.071
    摘要813)   HTML448)    PDF(pc) (10465KB)(689)    收藏

    有限条法是一种经典的分析薄壁构件屈曲的方法,传统的有限条法在长度方向采用三角函数,无法分析沿长度方向间隔布置加劲肋的构件的屈曲问题,而复合有限条法恰好能弥补这一缺陷.基于复合有限条法,使用平面单元和壳单元分别模拟加劲肋对分析结果的影响.相比于壳单元,平面单元的自由度数量更少, 矩阵组合更简便.而壳单元因为考虑到面外的位移自由度而更全面.分别采用两种加劲肋单元分布带加劲肋的构件,发现壳单元和平面单元对屈曲结果的影响甚小,两者之间差异的绝对平均值在0.75%以内,并且屈曲承载力和模态与有限元结果皆能良好吻合.两种形式的复合有限条法与有限元差异的绝对平均值控制在5%以内.平面单元加劲肋的精度已经满足预期要求,有助于减少程序计算量和简化分析的复杂程度;在划分单元较密的情况下,能显著提升计算速度.

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    20. 航空发动机涡轮叶片尾缘楔形通道交错肋冷却实验
    肖克华, 罗稼昊, 饶宇
    上海交通大学学报    2022, 56 (8): 1034-1042.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.162
    摘要622)   HTML33)    PDF(pc) (20093KB)(682)    收藏

    为研究涡轮叶片尾缘部分楔形通道交错肋流动传热性能,对其进行实验研究.实验应用瞬态液晶测试技术,对比研究了交错肋上、下主表面的局部传热特性,同时用压力扫描阀测得不同雷诺数下的通道压力损失.研究结果表明:尾缘段转折流动配置下,楔形通道交错肋上、下主表面传热差异显著,下主表面平均努塞尔数比上主表面平均高30%以上,尾缘楔形通道内交错肋结构主表面平均换热系数高出针肋结构约46%;交错肋上、下通道之间的交界面处存在强烈的质量交换作用,上、下主表面间断性的高换热区与上、下通道交界面呈现对应关系;随入口雷诺数的增加,通道压降快速增大.楔形通道交错肋压降是针肋的5~7倍,但其换热面积高出针肋107.4%,仍比针肋冷却增加约66%的综合换热性能.

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    21. 一种新型的疲劳强度预测模型
    段红燕, 唐国鑫, 盛捷, 曹孟杰, 裴磊, 田宏伟
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 801-808.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.051
    摘要1035)   HTML123)    PDF(pc) (1208KB)(675)    收藏

    疲劳破坏是工程应用构件失效的最主要原因之一.但由于疲劳实验成本过高,有必要用力学性能对疲劳强度进行预测.基于真实应力应变曲线,建立了一种新型的疲劳强度预测模型,并运用这种模型计算疲劳强度,与“升降法”和Basquin公式计算的疲劳强度作对比.结果表明:该模型仅需通过抗拉强度和加工硬化强度就可得到材料的疲劳强度,并且适用于其他钢种,极大地节约了成本,精确度也较高.

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    22. 聚酰亚胺的冷风微量润滑辅助切削工艺
    曹拯, 雷学林, 张航, 蔡晓江
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 784-793.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.173
    摘要810)   HTML21)    PDF(pc) (21845KB)(647)    收藏

    研究了冷风微量润滑辅助的多孔聚酰亚胺材料切削加工性能,并探讨了切削加工工艺参数对多孔材料切削加工效果(切削力、表面加工质量及含油率)的影响规律.结果表明,相较于干切削和低温冷风切削,冷风微量润滑切削的切削温度及已加工表面粗糙度最低,多孔流道损伤最小.切削深度和进给量分别是对铣削力和表面粗糙度影响最大的因素.切屑毛边、撕裂等缺陷是导致表面粗糙度增大的主要因素.工件表面存在的拉丝、微裂纹、堆叠及微小碎屑附着等缺陷是材料含油率及输油率降低的根本原因.正交实验获得冷风微量润滑辅助条件下多孔聚酰亚胺材料最优加工参数:切削速度vc=(85±5) mm/min,进给量fz=(0.28±0.02) mm/r,切削深度ap=(0.8±0.1) mm.冷风微量润滑切削技术可以实现多孔聚酰亚胺材料的低损伤加工,获得高含油率及高输油率的保持架产品.

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    23. 计及储能调节的时滞互联电力系统频率控制
    符杨, 丁枳尹, 米阳
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1128-1138.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.145
    摘要729)   HTML128)    PDF(pc) (3139KB)(640)    收藏

    针对互联电力系统中源荷不确定以及通信延时导致系统频率偏差过大的问题,提出了计及储能调节的两域时滞电力系统频率控制策略.建立了含汽轮发电机、风机和储能等设备的两区域时滞互联电网模型,根据区域控制偏差(ACE) 所在的区间对储能装置和汽轮发电机的调频任务进行分工.利用改进粒子群(MPSO)算法优化比例积分微分(PID)负荷频率控制器实现二次调频,提升了一定时滞区间内负荷频率控制(LFC)系统的频率稳定性.对储能装置设计分数阶PID(FOPID)控制器,调节其输出功率以平滑源荷波动,提高了储能系统的辅助调频性能,进一步控制互联电力系统的频率偏差.在MATLAB/Simulink平台对不同工况进行对比分析,验证了所提频率控制策略的有效性.

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    24. 双并联机构耦合连续体机械臂的设计与实现
    吴灌伦, 施光林
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 809-817.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.060
    摘要765)   HTML38)    PDF(pc) (14846KB)(636)    收藏

    设计并实现了具有5个定位自由度的连续体机械臂,以提高连续体机构在诸如腔内作业、轻物品抓取、人机协作等场景中的灵活定位能力.设计中,引入了二段定曲率模型,用旋量方法从几何上解释了该设计的自由度分配.两段可伸缩式并联机构的串联耦合,形成二段弯曲结构,其每一段有两个方向的弯曲自由度和一个伸缩自由度,从而组合出末端的5个自由度.围绕手臂的高动态性能,制作了样机的机电运动系统.实验结果表明,样机实现了连续体机械臂末端的自由度控制,可在2 s内到达极限姿态,其定位精度约为臂长的2%.

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    25. 高超声速飞行器线性变参数一体化式控制律设计
    杨庶, 钱云霄, 杨婷
    上海交通大学学报    2022, 56 (11): 1427-1437.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.190
    摘要897)   HTML352)    PDF(pc) (2903KB)(630)    收藏

    针对高超声速飞行器的三维航迹控制问题,采用线性变参数(LPV)输出反馈控制和极点配置理论,基于高度-水平航迹控制概念,在马赫数包线内设计高超声速飞行器一体化式LPV控制律.该控制律不区分常规飞行控制律的内外控制回路,根据速度、高度、侧滑角和偏航角指令对飞行器纵向和横航向运动进行综合控制,在L2诱导范数意义下实现飞行器三维航迹的鲁棒最优控制.在地心地固参考系内建立高超声速飞行器的数学模型,考虑地球自转、地球扁率、地球引力二阶简谐效应对飞行器运动特性的影响.通过数值仿真检验LPV控制律的控制性能,仿真结果表明:高超声速飞行器闭环系统具有D-稳定性,能够在典型机动中保持良好的航迹控制性能,并且在扰动和测量噪声下具有良好的鲁棒性.

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    26. 单向热塑性复合材料层压板偏轴拉伸试验及其数值模拟
    张健, 陈秀华, 陈勇, 范寅
    上海交通大学学报    2023, 57 (2): 201-212.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.352
    摘要452)   HTML98)    PDF(pc) (13908KB)(617)    收藏

    AS4/PEEK作为一种高性能的热塑性复合材料在航空航天、军事和汽车等领域应用广泛.对不同角度的单向AS4/PEEK层压板进行偏轴拉伸试验,获得了相应的应力-应变曲线、拉伸强度和断裂面角度.在数值模拟中,采用单参数三维塑性模型描述AS4/PEEK的非线性力学行为,模型中的塑性参数使用信任域反射算法得到.结合LaRC05准则和裂纹带理论开发了基于Abaqus的用户材料子程序VUMAT,并将其应用于偏轴拉伸的数值模拟.结果显示该三维弹塑性损伤本构模型能够较准确地模拟AS4/PEEK的塑性效应,且预测的拉伸强度与试验结果吻合良好.本文提出的三维弹塑性损伤模型为热塑性复合材料塑性变形和损伤的综合分析提供了一种准确且有效的方法.

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    27. 考虑概率电压不平衡度越限风险的共享储能优化运行方法
    方晓涛, 严正, 王晗, 徐潇源, 陈玥
    上海交通大学学报    2022, 56 (7): 827-839.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.455
    摘要888)   HTML605)    PDF(pc) (1838KB)(613)    收藏

    可再生能源单相分布式接入和发电不确定性提高了配电网的电压不平衡越限风险,随着可再生能源发电渗透率的不断提高,研究如何降低间歇性可再生能源发电对配电网电压不平衡越限风险的影响具有重要意义.提出了基于全局灵敏度分析(GSA)的共享储能配置策略与优化运行方法.首先,构建了基于反向传播神经网络的配电网概率电压不平衡度计算模型,定义了配电网概率电压不平衡度越限风险指标,快速、准确量化可再生能源发电不确定性对配电网概率电压不平衡度越限风险的影响.然后,提出了基于Wasserstein距离的GSA方法,辨识影响配电网电压不平衡度的关键可再生能源机组.最后,提出了基于GSA的共享储能配置策略与基于滚动预测优化的共享储能优化运行方法.通过IEEE 123节点配电网的仿真计算,验证了所提方法的有效性.

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    28. 基于平行激光测距的图像自标定方法
    程斌, 黄斌, 李得睿
    上海交通大学学报    2022, 56 (7): 850-857.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.447
    摘要717)   HTML22)    PDF(pc) (3660KB)(608)    收藏

    针对现有照相机图像标定方法存在的依赖外部图像特征、要求照相机特殊位姿、需要标定物、操作复杂等不足之处,提出了一种基于平行激光测距的实时自标定方法.该方法在图像拍摄过程中,利用高精度激光测距仪连续测量以获得被测物表面的实时位置信息.在此基础上,对物面方程进行求解,选取物面和像面上至少4组对应点的二维坐标,求解得到表示两个平面之间变换关系的单应性矩阵,从而简便快速地完成标定.采用自主研制的标定装置,开展了不同场景下的图像自标定精度测试.结果表明,图像中各线段长度的测量误差介于-0.49%~0.15%,平均误差仅为-0.14%,验证了所提平行激光测距自标定方法具有很高的准确性和稳定性.对标定误差来源进行进一步分析,得到了激光测距误差、激光倾角误差、偏置误差等因素的定量影响规律,并给出了相应的误差规避方法,为该自标定方法在图像测量领域中的应用提供参考.

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    29. 疏浚泵内泥沙颗粒的瞬态追踪数值方法
    郭涛, 刘明明, 曹蕾, 胡京招, 洪国军, 尤云祥
    上海交通大学学报    2022, 56 (5): 656-663.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.437
    摘要696)   HTML19)    PDF(pc) (14885KB)(597)    收藏

    为求解疏浚泵内沙粒的瞬态运动,以ANSYS Fluent的离散相模型为基础实现了一种修正算法.在稠密流动中以Lagrangian方法追踪沙粒时,引入用欧拉方法描述的粒-液两相求解得到的粒相体积分数以及Huilin-Gidaspow曳力模型,将先更新叶轮网格再求解沙粒运动的过程转变为叶轮网格与颗粒同步旋转后再求解颗粒相对运动的过程,以避免粒子在运动壁面上碰撞判定及反弹速度计算的错误.对比数值结果发现,改进算法能够在相近的计算时间下显著提高泵内颗粒运动的追踪精度.改进算法预测叶轮上的冲蚀磨损主要发生在叶片前缘偏上部位,冲蚀率峰值达7×10-5 kg/(m2∙s)以上,这与真实磨损的位置和程度相近,验证了修正算法的有效性.

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    30. 超低轨卫星气动阻力特性
    王晓亮, 姚小松, 高爽, 刘国华
    上海交通大学学报    2022, 56 (8): 1089-1100.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.014
    摘要643)   HTML26)    PDF(pc) (7210KB)(589)    收藏

    以180~300 km超低轨卫星为研究对象,采用自由分子流模拟方法中可准确模拟三维复杂外形的直接模拟蒙特卡洛(DSMC)法研究了典型外形的气动阻力特性.通过不同速度率条件下圆球和平板的理论阻力系数及不同速度率下70° 钝体外形的气动实验数据与DSMC计算结果的比较, 验证了三维DSMC方法对外形和网格的适应性.针对几类典型的卫星外形的阻力特性进行了计算比较,得出压差阻力、剪切阻力、总阻力及无量纲阻力系数随高度和外形的变化特性.超低轨卫星通过外形的优化设计可降低阻力约10%,能够有效改善其在轨运行特性,且可降低对卫星自身相关系统的设计需求.

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    31. 面向多故障模式的多尺度相似性集成寿命预测
    舒俊清, 许昱晖, 夏唐斌, 潘尔顺, 奚立峰
    上海交通大学学报    2022, 56 (5): 564-575.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.024
    摘要642)   HTML28)    PDF(pc) (4306KB)(588)    收藏

    针对传统相似性方法忽略设备故障模式、退化速度以及监测数据长度间差异性的问题,提出多故障模式下多尺度相似性集成(MFM-MSEN)方法,以提高寿命预测精度并表征预测不确定性.通过训练故障分类模型,设计时序加权预测策略,识别设备故障模式,实现训练与测试设备间的分类匹配并降低匹配复杂度.在此基础上提出多尺度集成策略,可克服单尺度方法的数据利用率限制,并增强预测泛化性能,在多个尺度上匹配健康指标间的相似性,进一步采用核密度估计集成多尺度预测结果,以高精度拟合剩余寿命概率分布.实验结果证明, MFM-MSEN方法具有应对设备退化差异的优越性.

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    32. 外源性脉冲电磁场干扰下的心脏起搏器“窗口效应”及防护
    卢武, 丁苒苒, 赵文彬, 黄冬, 王哲铭
    上海交通大学学报    2022, 56 (11): 1518-1531.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.326
    摘要815)   HTML6)    PDF(pc) (24935KB)(581)    收藏

    现代电网和医疗环境中广泛存在的脉冲电磁场对起搏器佩戴者潜在的电磁干扰不容忽视,但目前缺乏对此类暂态电磁干扰发生机制和防护措施的系统研究.将猪肉组织浸入0.9%氯化钠溶液,构建起搏器术后人体等效离体模型,采用快波前特性电流模拟常见电力设备投切过程和低频脉冲式医疗设备产生的脉冲电磁场对起搏器佩戴者的影响.基于脉冲形成线理论,对脉冲电磁场在胸腔结构中的波型压缩特性进行分析.进一步通过有限元软件建立起搏器与组织结构结合的参数化生物电磁暂态模型.研究结果表明,起搏器在脉冲电磁场中会产生心电图P波尖顶、过感知等故障,通过改变囊袋中导线缠绕方式发现起搏器在电磁干扰环境下,囊袋回路存在“窗口效应”.基于此发现,提出使用复合材料进行“窗口”屏蔽的防护策略,并通过仿真验证该方法可将脉冲电磁场对起搏器的电磁干扰强度有效降低80 dB,初步印证了该防护措施的理论可行性.最后,为电网环境和医疗环境下起搏器佩戴者制定了安全距离.

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    33. 一种分析膜面在积水荷载作用下响应的数值模型
    王沙沙, 张翔宇, 邱国志, 龚景海
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 730-738.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.152
    摘要605)   HTML23)    PDF(pc) (20233KB)(577)    收藏

    结合光滑粒子流体动力学(SPH)方法和膜材非线性本构,提出了一种分析膜面在积水荷载作用下响应的数值模型.通过不同应力比的双轴拉伸试验得到膜材的应力-应变响应面,建立膜材的非线性本构模型,并使用SPH粒子模拟水,建立膜面与水的流固耦合数值模型.通过网格收敛性分析确定了文中采用的网格尺寸,分析了加载时长对计算结果的影响.同时分析了膜面的应力和应变的分布规律.结果表明,加载过程随加载时长的增加越来越稳定,且100 s能满足分析需求.将数值模拟结果与平膜积水试验结果进行比较,膜面的最大竖向变形吻合较好,验证了所提方法的可靠性.

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    34. 大型海上风力机单叶片吊装对接技术综述
    谢斯泓, 赵永生, 许移庆, 何炎平, 韩兆龙, 许玉旺
    上海交通大学学报    2023, 57 (6): 631-641.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.237
    摘要386)   HTML356)    PDF(pc) (14702KB)(558)    收藏

    近年来,海上风力发电呈现加速大型化发展趋势,安装海域不断向深远海拓展.然而,深远海域环境条件恶劣,传统叶轮吊装技术面临诸多限制.相比之下,单叶片吊装技术在安装效率、安全性等方面具有显著优势,逐渐成为新的研究热点.从海上风力机单叶片吊装的特点和难点出发,调研并汇总叶片吊具、单叶片吊装动力学仿真和吊具主动控制技术等相关设备和关键技术的研究现状.其中,以主动控制技术为核心研发新型单叶片吊装设备和吊装方法是深远海巨型风力机安装技术突破的重要一环.最后根据海上风力机单叶片吊装对接技术的发展趋势和前景,分别介绍具有动力定位功能的单叶片吊具和双抱箍垂直叶片安装辅助装置等概念设计,有望解决深远海巨型风力机安装难题.

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    35. 碳纤维增强热塑性复合材料与高强钢的电阻单元焊
    王烨成, 李洋, 张迪, 杨越, 罗震
    上海交通大学学报    2022, 56 (10): 1349-1358.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.271
    摘要672)   HTML138)    PDF(pc) (47715KB)(556)    收藏

    利用电阻单元焊(REW)实现了碳纤维增强尼龙6复合材料(CF/PA6)与TWIP980钢的高强度连接.使用304不锈钢铆钉作为辅助单元,研究了焊接电流与焊接时间对接头力学性能的影响.得到强度不同的4种失效模式,分析了接头的微观组织以及CF/PA6与铆钉和钢板界面微观形貌.CF/PA6具有远低于高强钢的熔点和热导率,使得CF/PA6在焊接中极易发生过热分解.在保证形成一定尺寸熔核的同时,避免或减少CF/PA6的分解是CF/PA6高强钢电阻单元焊能够成功实施的关键.通过采用大焊接电流、短焊接时间这种较“硬”的焊接工艺,可以在获得较高强度接头的同时,降低CF/PA6的分解.基于接头失效载荷,确定了本研究条件下的焊接工艺窗口.该工艺对焊接时间的变化敏感,许用的焊接时间窗口窄.在焊接工艺窗口内,仍无法完全避免CF/PA6的分解.有必要对焊接过程温度场和熔核形成机理等开展进一步研究.

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    36. 螺旋桨脉动压力作用下自航船舶艉部振动数值研究
    秦广菲, 姚慧岚, 张怀新
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1148-1158.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.175
    摘要744)   HTML21)    PDF(pc) (15563KB)(555)    收藏

    为研究静水中航行的船舶在螺旋桨脉动压力作用下的艉部振动特性,基于雷诺平均(RANS)方法,结合剪切应力输运(SST) k-ω湍流模型进行船桨自航数值模拟.将得到的船体表面脉动压力作为外激励,并通过结构有限元模型耦合流场边界元模型进行声固耦合计算,建立了螺旋桨表面力激励自航船舶艉部振动数值预报方法.通过分析螺旋桨表面力在时域与频域内的变化规律,发现叶频分量的幅值远大于其他频率分量的幅值.对于右旋桨,螺旋桨上方的右舷侧压力幅值高于左舷侧压力幅值.通过研究螺旋桨表面力、结构固有特性与振动响应结果之间的对应关系,发现船艉结构耦合模态固有频率应当远离螺旋桨激励力频率,以降低振动响应.通过探究相同激励作用下船艉结构变化对振动响应的影响,发现增加板厚或者安装加强筋可以改变结构固有特性,从而避开共振,达到减振效果.

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    37. 基于计算流体力学的90° 弯管气液两相流数值模拟及流型演化
    王志伟, 何炎平, 李铭志, 仇明, 黄超, 刘亚东
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1159-1167.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.185
    摘要760)   HTML29)    PDF(pc) (11131KB)(552)    收藏

    为研究竖直上升管内气液两相流通过90° 弯管后的流动演化特性,分别采用流体体积多相流模型以及Realizable k-ε湍流模型对其进行数值模拟,重点分析气液两相流通过90° 弯管后的速度变化、压力分布、截面含气率及流型演化规律.结果表明:不同气液两相流流型通过 90° 弯管后会产生不同程度的二次流现象,并且切向速度呈现双峰分布,随着流动发展最终耗散成为单峰分布;气液两相流入口速度越大,则弯管外壁面所受压力越大.截面含气率的变化与流型转化相关,泡状流流过弯管后演化成为细长段塞流,截面含气率减小;段塞流、搅动流及环状流通过弯管后演化成为分层-波浪流,截面含气率变化较小.研究结果可为气液两相流输送弯管设计开发及诱导应力预测提供一定的理论支持.

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    38. 大型箱型梁高速GMAW三维位姿快速估计方法
    李高阳, 贾爱亭, 洪波, 李湘文, 高佳篷
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 794-800.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.362
    摘要545)   HTML25)    PDF(pc) (10448KB)(550)    收藏

    大型箱型梁在高速熔化极气体保护焊(GMAW)过程中存在定位焊缝、装配精度低,难以通过工装严格保证工件位姿,以及焊缝三维位姿实时变化等复杂工况.基于视觉的焊缝识别方法计算量大,且均不针对存在定位焊缝的工件,难以快速获取大型箱型梁的三维位姿.对此,提出一种基于激光位移传感和点云聚类快速分割的大型箱型梁高速GMAW三维位姿快速估计方法.利用该方法,通过点云快速分割得出大型箱型梁焊缝的立板平面和平板平面,进而解算出焊缝位姿信息.对多种不同位姿的焊缝进行位姿信息估计试验,结果表明:当焊接速度为1200 mm/min时,焊缝位姿误差分别在0.25 mm和1.8° 以内;增强了大型箱型梁自动焊接对定位焊缝、装配精度低等复杂工况的鲁棒性,提升了焊接质量.

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    39. 地面堆载对既有隧道影响离心试验和数值分析
    刘谨豪, 严远忠, 张琪, 卞荣, 贺雷, 叶冠林
    上海交通大学学报    2022, 56 (7): 886-896.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.412
    摘要588)   HTML16)    PDF(pc) (14733KB)(550)    收藏

    地面堆载对地下既有隧道的安全稳定影响显著,软黏土地区相关规范对堆载引起的隧道位移限制十分严格.为了准确评估软黏土地区地面堆载对隧道位移的影响,首先通过离心模型试验研究了地面堆载对隧道位移和土体变形的影响规律,然后基于离心模型试验建立了相应的有限元模型,通过室内土工试验确定了土体本构模型的参数取值,从土体应变和剪切刚度等方面对比分析了HS模型和HSS模型在研究软黏土地层地面堆载问题中的适用性.在此基础上,综合考虑堆载规模和隧道位置等参数,进一步探讨了地面堆载对软黏土地层变形和隧道位移的影响,相关研究成果可以为工程设计提供参考.

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    40. 风机叶片结冰对其一体化结构动态响应影响的数值分析
    闯振菊, 李春郑, 刘社文
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1176-1187.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.258
    摘要691)   HTML20)    PDF(pc) (10181KB)(548)    收藏

    基于美国可再生能源实验室的导管架式一体化海上风机模型,将计算流体力学(CFD)方法与风机一体化分析方法进行耦合,研究叶片结冰过程及其结冰后对风机整体动态性能的影响.首先将一体化分析得到的叶片运动姿态输入到CFD中,采用离散多相模型和融化-凝固模型进行三维风机叶片覆冰增长模拟,然后应用k-ε湍流模型计算结冰前后的气动性能,最后将叶片覆冰后的气动载荷结果返回到一体化分析方法中,分析叶片结冰对风机整体响应产生的影响.计算结果表明,叶片沿叶展方向结冰呈线性增加,结冰主要集中在叶片前缘,叶尖处积冰最厚;覆冰后叶片各剖面翼型升力系数降低、阻力系数升高.叶片结冰会降低整机功率、转子的转矩和转速,叶尖和塔顶产生额外振动响应,风机达到额定功率所需风速增大.

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