利用无人机搭载风速仪进行边界层风场测量方法的研究

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随着时代的发展,准确获得边界层风场状况对于建筑抗风设计越来越重要;随着科技的发展,测风研究方法也越来越多;本文创新地提出了一种利用六旋翼无人机搭载风速仪来进行风场测量的新方法,通过与测风塔进行对比探究了其可行性,进而对边界层风场开展了现场实测研究。首先,根据国内外的研究结果,开展了风洞实验研究。确定了风速仪在六旋翼无人机中央控制台上方安装的适当高度,一方面不影响六旋翼无人机的正常飞行及其稳定性,另一方面使六旋翼无人机的桨叶旋转不影响风速仪的测风精度。进而构建了两台搭载风速仪的六旋翼无人机测风系统,并且进行了实验飞行。然后,利用测风塔对六旋翼无人机测风系统的测风可行性进行了评估分析,结果表明:测风系统的实测平均风速与测风塔的实测风速存在一定差异,在通过对测风系统的测量结果进行修正后与测风塔风速接近,且风速误差控制在±3%以内;同时进一步对基于无人机与测风塔所测的脉动风特性参数进行比对分析,结果表明:两者的湍流度、阵风因子及湍流积分尺度均较为接近,误差控制在±5%以内。接着,利用测风塔与六旋翼无人机测风系统,对实测场地100m内的平均风特性及脉动风特性进行了分析,并且拟合了平均风剖面、湍流度剖面及湍流积分尺度剖面,计算了地面粗糙度,结果表明:基于六旋翼无人机与测风塔所拟合的风剖面精度较高,并且与我国规范B类地貌接近,符合实测场地的地貌状况。最后,基于上述测风系统,创新地利用两台无人机测风系统进行测风研究。利用双无人机对实测场地120m内的平均风特性及脉动风特性进行实测探究,同时对该地不同来流风不同地貌下的风场进行风剖面分析研究,结果表明:基于双无人机测风系统有较高的准确性,其所拟合的风剖面精度较高,能够较为真实具体的反映不同地貌下的风场特性,初步证实了基于双无人机的测风方法的可行性。
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