飞行实时仿真中的微下击暴流建模研究

在飞行模拟器研制过程中,为使飞行仿真系统能够高逼真度的模拟大气扰动对飞行的影响,需要建立各种风场模型。本文分析了微下击暴流的特征和用于飞行实时仿真中的建模需求。针对真实微下击暴流风场的特点,设计了不同强度及位置的微下击暴流,从而逼真地模拟复杂的微下击暴流风场。基于飞机与微下击暴流的相对位置关系插值计算微下击暴流产生的风场模型,使用该建模方法可重配置,能应用于变化风场中的飞行实时仿真,有助于提高模拟飞行训练效果。     

飞机穿越微下击暴流风场进场着陆运动特性

应用模糊逻辑建模与辨识的方法建立了微下击暴流模型，利用此模型对A300飞机进场着陆时穿越微下击暴流进行了模拟，分析了低空风切变模型中高度因素的影响，说明了二维模型比一维模型更为优越。结果表明，提出的建模方法能够更好地以映出飞机穿赵微下击暴流的动态特性。通过分析初始高度对飞机穿越微下击暴流动态性能的影响，得出了一些重要的结论，从而对低空风切变危害飞机安全的物理本质有了进一步的认识。     

大型飞机穿越微下击暴流风场的实时仿真(英文)

为在飞行模拟器中高逼真度地模拟在扰动风场中的飞行,研究了大型飞机在起飞着陆阶段遭遇微下击暴流风切变的实时仿真。基于涡环和Rankine复合涡原理建立了参数化三维微下击暴流模型。通过涡环倾斜和多涡环叠加方法实现了各种复杂微下击暴流风场的模拟。基于Boeing747-100飞机建模数据,系统推导了含风切变影响的六自由度动力学模型,给出了扰动风下气动模型修正的一般方法。对该机遭遇微下击暴流时实施纵向和横侧改出分别进行了控制器设计与仿真。研究结果表明,建立的三维微下击暴流模型可扩展性强,可用于模拟实际复杂风场。含风切变影响的大型飞机动力学模型合理有效。针对飞机从不同位置穿越风场,可采用不同的改出策略。整个模型可应用于飞行模拟器的实时飞行仿真。     

微下击暴流对飞行安全的影响

本文介绍了一种危害飞行安全的小尺度风暴“微下击暴流”的特点。分析了它对飞机起飞和着陆的影响。同时介绍了下击暴流的模拟技术和利用流体动力学模型进行穿越风暴着陆的数学模拟结果,揭示了飞机在微下击暴流中的运动特点。作者还对今后的研究工作提出了建议以及指出了通过地面模拟试验培养飞行员处理和应付微下击暴流这种复杂气象环境能力的必要性。     

机载前视式低空风切变探测数值模拟研究

使用二维面对称微下击暴流数值模式,对“湿”微下击暴流风切变进行了模拟,并通过工作在Ｘ－波段的微波多普勒雷达,对飞机着陆下滑航迹前方的微下击暴流风切变进行探测。结果表明：通过单元－单元自动增益控制、杂波滤波和天线仰角控制,可提前８０ｓ（６ｋｍ）探测到“湿”微下击暴流风切变,符合ＦＡＡ提出的适航要求     

微下击暴流的物理模型

本文对典型微下击暴流的物理模型进行了描述。分析表明，一个完整的微下击暴流物理模型包括下冲气流、气压鼻和水平涡度环等结构。当下冲气流的底部形成多处水平涡度环时，则会导致微下击暴流群的出现。     

微下击暴流的流体动力学模型

与风暴相关的下击暴流现象产生一股类似于从空中指向地面的喷流。本文应用经典流体力学理论,借助于奇点分布方法所产生的流场,模拟了下击暴流接近地面部分的风速矢量分布。三维模型能产生水平、侧向和垂直方向的风切变。流体动力学模型对于研究在有暴风存在的条件下的飞机起飞和着陆具有实际的应用价值。它可以应用于数学仿真或“在线”、实时飞行模拟。     

微下击暴流的简化数学模型

本文用N段直线涡组成的封闭涡环构成模拟微下击暴流的数学模型,此模型的形式简单、易于编写计算程序,运算速度快,并且变化多样,调整方便,适于实时模拟计算仿真。     

地面粗糙度对下击暴流风剖面特征影响

地面粗糙度是大气边界层中反映下垫面形态的重要指标,也是影响近地风场特征的重要因素。为研究地面粗糙度对下击暴流风剖面特性的影响,基于计算流体力学方法建立了下击暴流三维足尺模型,通过实验对数值模型进行了验证。通过调整粗糙元高度及分布密度来模拟自然界地面不同的粗糙类别,数值模拟了具有不同地面粗糙长度的下击暴流近地风场。结果表明:在距离风暴中心较近的位置(r≤1.0 Djet),地面粗糙度对下击暴流风场的影响并不明显,各径向位置的最大风速值和最大风速所在高度都基本不受地面粗糙度影响;在下击暴流冲击地面后沿径向发展的过程中,经过粗糙的地面,产生能量耗散效应,地面粗糙度对于下击暴流风剖面特征的影响逐渐显著,不同地貌下的竖直风剖面产生较大差异;在近地面高度,地面粗糙度对下击暴流径向风剖面影响显著且影响范围大,沿径向发展的方向下击暴流的风速随着地面粗糙长度的增加而下降更迅速;随着距离地面高度增加,地面粗糙度对径向风剖面的影响主要体现在远离风暴中心的区域。尽管下击暴流形成后沿径向扩散过程存在强度自然衰减过程,但在距离风暴中心较远的径向位置,当遭遇强下击暴流时,下击暴流引起的近地面强风仍然具有很大的威胁和破坏性,因此地面粗糙度对下击暴流风剖面特性的影响不能忽略,需要在风剖面模型中考虑地面粗糙度的修正。     

实测下击暴流作用下大跨斜拉桥抖振响应分析

为研究大跨斜拉桥在下击暴流作用下的抖振响应,以赤石大桥桥址处实测下击暴流风时程数据为基础,采用小波变换法提取下击暴流时变平均风速,得到随时间变化的调制函数,以Kaimal谱为目标谱,采用谐波叠加法模拟桥址区脉动风速并加以调制,实现了桥址区下击暴流风时程模拟。在此基础上,分别进行下击暴流风场和大气边界层风场作用下的大跨度斜拉桥施工状态静风响应和非线性时域抖振响应计算。结果表明:模拟下击暴流风速时程与实测下击暴流风速时程吻合较好。下击暴流风场模拟脉动风时变功率谱的幅值明显大于大气边界层B类风场模拟脉动风时变功率谱幅值。当桥面高度处下击暴流风与大气边界层风速相同时,考虑下击暴流时变平均风效应计算得到的桥梁主梁梁端静风效应的最大值,约为采用10min常值平均风计算的桥梁主梁梁端静风效应最大值的1.20倍左右;下击暴流风作用下桥梁主梁梁端、桥塔塔顶抖振响应均方根(RMS)值分别比大气边界层风场作用下的计算值大,最大比值约为2.8。     

RELATIONSHIPS FOR MOTION DESCRIBED IN ANY TWO ROTATIONAL REFERENCE FRAMES

In this paper the definitions of the relative derivatives of a vector with respect to time in any reference frame by using the notation of vectrix are proposed. It is further shown that with the help of vectrix one can treat the relative derivatives more clearly and more rigorously when multiple reference frames are concerned. Very useful relationships between the first order relative derivatives described in any two reference frames are derived. Relationships for the second order relative derivatives are also presented in detail. A new concept called "rotation induced acceleration" which is caused by the rotation of two reference frames when motion is necessarily described in them is presented. The result obtained in this paper is the generalization of the acceleration theorem given in conventional theoretical mechanics.     

基于全寿命周期成本的民用飞机总体参数优化

针对民用飞机给出了其全寿命周期成本的计算模型,并提出了以该模型为目标的面向民用飞机总体参数的优化方法。同时,在Matlab开发平台上,开发出了该方法所需的遗传算法优化程序。为检验该方法的有效性,本文在历史数据的统计分析和处理的基础上,基于回归分析给出了相关公务机总体参数的估算公式,并以该类飞机为案例进行了计算。计算结果表明,优化方法可行,结果有一定的实际意义,可为飞机总体设计参数的选取提供一种依据。     

RECAT间隔标准的差异性对比与计算分析

尾流是影响机场容量的重要因素之一,在保证安全前提下缩减尾流间隔能增加机场繁忙时刻航空器进离场架次,进而提高机场容量.美国和欧洲提出尾流标准重新分类(RECAT)概念,并在一些机场试运行,取得良好效果.基于国内某机场一周内航空器起降机型架次,将其重新分类,对比在现行ICAO和RECAT标准下的加权尾流间隔,证明在RECAT标准下尾流间隔将会缩减.通过改变不同航空器机型占比,分析机场容量变化,得出机场容量随航空器占比变化明显,对空管安全运行和机场及跑道运行效率提高具有实际参考价值.     

Methods for determining unimpeded aircraft taxiing time and evaluating airport taxiing performance

The objective of this study is to improve the methods of determining unimpeded (nom-inal) taxiing time, which is the reference time used for estimating taxiing delay, a widely accepted performance indicator of airport surface movement. After reviewing existing methods used widely by different air navigation service providers (ANSP), new methods relying on computer software and statistical tools, and econometrics regression models are proposed. Regression models are highly recommended because they require less detailed data and can serve the needs of general per-formance analysis of airport surface operations. The proposed econometrics model outperforms existing ones by introducing more explanatory variables, especially taking aircraft passing and over-passing into the considering of queue length calculation and including runway configuration, ground delay program, and weather factors. The length of the aircraft queue in the taxiway system and the interaction between queues are major contributors to long taxi-out times. The proposed method provides a consistent and more accurate method of calculating taxiing delay and it can be used for ATM-related performance analysis and international comparison.     

近距平行跑道配对进近方式的安全区域

为了提高我国近距平行跑道的运行效率,对配对进近方式的安全区域进行研究.根据配对过程中快机和慢机的相对运动关系和速度特征,将配对进近分为快机不可超越慢机和快机超越慢机两种方式.将慢机作为参考量,分析快机的相对运动状态,定性地给出两种配对方式的安全区域范围.在此基础上,考虑慢机错误地闯入快机航向道,建立防撞安全边界计算模型;考虑配对前机在最大不利侧风影响下的尾流对后机的影响,建立尾流安全边界模型.利用虹桥机场的相关数据,采用C类航空器B737-800,D类航空器B747-400作为配对进近的两架飞机,对模型进行验证.结果表明:该方法可以实现实时定量地计算两种配对方式下的安全区域范围.     

风切变对飞机平飞特性的影响分析

利用对风切变的描述,建立微下冲气流工程化模型。随后根据建立起的风切变运动方程,对飞机穿越微下冲气流风场进行仿真,分析了风切变对飞机飞行性能的影响。     

民机航向道信标接收功能定量评估方法研究

针对民用飞机仪表着陆系统（ILS）航向道信标（LOC）接收功能试飞中机载LOC接收功能定量评估存在困难的问题,通过对LOC基本工作原理和机场LOC地面台信号的分析,并结合机场LOC地面台的飞行校验方法和校验结果,将试飞使用跑道LOC地面台本身存在的误差以及飞行校验的设备误差纳入考量,结合民用飞机机载LOC系统试飞科目的试飞方法和试飞内容,以相应系统规范的精度要求为依据,分为“飞机沿航向道飞行”和“飞机与航向道成夹角飞行”两种情况,制定出了一套现实可行的机载LOC接收功能定量评估方法。此外,用实际的试飞数据验证了该套方法的正确性和科学性,可作为目前国内仅作定性评估的有力补充和支撑,并且可为类似的系统提供定量功能评估思路、方法及验证路径的参考。     

大气紊流对飞机投放外挂的影响

 本文建立了在大气紊流作用下飞机或外挂的运动方程,阐述了考虑母机流场气动干扰时外挂所受的气动力和力矩的计算方法,提出了外挂投放后计算相对母机的运动轨迹和判断安全性的方法,最后以某歼击机投放机身下空副油箱为例,检验了在大气紊流场中投放该外挂的安全性。     

某民用机场航空噪声影响计算分析

根据《机场周围飞机噪声环境标准（GB9660—88）》，以计权等效连续感觉噪声级￡删为评价量，同时参照ICAO（国际民航组织）和SAE（汽车工程师协会）的计算方法，借助FAA（美国联邦航空局）的INM（综合噪声模型）对某机场的航空噪声影响进行了详细分析，比较详细地考虑了机型组合、飞行架次、起降方向、时间分布和飞行程序等因素对机场噪声的强度、分布区域形状和分布区域面积的影响。提出一套先进的机场航空噪声影响计算与分析方法，可为今后机场作航空噪声环境影响评价提供借鉴。