尾流间隔分类标准综述

航空器尾流间隔是影响跑道容量的主要影响因素之一。近年来,机场增容的需求一直在增加。美国联邦航空局(FAA)、欧洲航空安全导航组织(EUROCONTROL)试行并且逐步推广了尾流再分类(RECAT)标准,其对跑道的吞吐量以及运行效率都有着积极的作用。本文着重分析了ICAO、CAAC、FAA以及EUROCONTROL的尾流间隔标准以及RECAT的优势,分析我国现行尾流间隔的不足之处,对空管的运行安全、机场容量和运行效率提高具有一定的参考价值。     

近距平行跑道尾流间隔研究方法综述

本文结合国内外近距平行跑道尾流间隔研究方法现状，剖析了国内近距平行跑道运行模式相关概念。针对尾流流场的研究手段，对理论模型计算、数值模拟以及雷达实测这3种方法进行对比分析。依据探测设备的不同，综述国外两大动态尾流间隔缩减系统的特征及实际运行效果，并对近距平行跑道尾流间隔研究方法作展望。     

提高近距平行跑道机场容量的仪表进近程序

本根据航空发达国家经验，运用尾涡效应的知识研究如何提高近距平行跑道机场容量的问题。章介绍了现行的做法即为防止尾涡相遇采用的程序，论述了在近距平行跑道运行中靠近地面的尾流现象，基于涡流放应确定的减小平行跑道间距限度的标准，介绍了改进后的进近程序，这种程序能有效地提高机场的容量。     

考虑尾流影响的侧向双跑道机场的跑道容量研究

侧向跑道由于能够灵活面对强侧风的影响从而提高机场的效率,在我国大型机场的规划设计中逐渐推广。但是目前国内外在侧向跑道容量模型方面的研究较少,因此对侧向跑道的跑道容量模型的研究具有重大的意义。本文针对侧向双跑道系统,考虑了一组侧向跑道上航空器之间的尾流影响,通过计算尾流消散时间给出了侧向跑道航空器的放行条件,同时利用时序图得出在侧向双跑道系统中连续进场航空器间插入离场航空器的条件,从而构建出侧向双跑道系统的跑道容量理论计算模型;最后以成都天府国际机场一期跑道为算例,计算出尾流影响下侧向双跑道系统的小时容量,并给出航班起降架次表,验证了模型的正确性,为侧向跑道机场的跑道容量理论计算提供了参考。     

温度垂直递减率对飞机尾涡影响的数值模拟

为了更深入精确地研究航空器尾涡演变规律，保障航空器安全运行，本文采用数值模拟方法对不同温度垂直递减率下A330-300飞机尾流的耗散规律进行了研究。数值模拟选择SST (Shear stress transport) k-ω湍流模型，通过构建5种不同温度垂直递减率下的温度场，并在温度场内编译A330-300飞机尾流场实现不同温度垂直递减率下的演化。通过数值模拟结果与雷达探测数据的对比验证了数值模拟方法可靠性。计算结果表明，一般湍流强度下，不同的温度垂直递减率主要作用于尾涡衰减阶段，通过改变尾涡内外温度影响尾涡演化。温度垂直递减率越小，尾涡衰减区环量减小得越快；温度垂直递减率越大，尾涡下沉的速率越大，快速耗散后的涡核间距越大。     

风力机叶尖涡特性及其控制

通过数值模拟研究了风力机叶片尖部尾涡强度和控制方法。在叶片尖部设计了不同倾斜角的漩涡扩散器来控制叶尖涡,分析了风力机叶片尖部漩涡特征和叶片表面压力分布情况。同时,研究了叶尖涡强度随风轮尖速比变化规律。研究结果表明,叶尖涡扩散器能够提高叶尖涡涡核的总压,削弱其漩涡强度。在粘性作用下,风力机尾流漩涡耗散更快,可有效地削弱翼尖尾涡的强度,提高叶片效率。     

直升机载舰空气尾流特性试验方法

舰船空气尾流场对直升机舰上起降安全有很大影响。因此,舰船空气尾流特性研究是机-舰动态配合研究的重要组成部分。笔者介绍了舰船空气尾流场风洞试验、流谱试验和地面模拟试验的方法及部分试验结果,其中的地面模拟试验及热线风速仪在外场条件下的应用是首次进行。     

飞机尾流涡旋的速度模型分析

为了避免在起飞和着陆过程中遇到危险尾流,空中交通管理规则中规定了安全尾流间隔.本文基于独立的涡旋原理,依据空气动力学原理和基本的统计学基础建立了尾流强度和尾流速度模型,反映了尾流从产生到衰退的整个生存周期,研究了飞机重量、涡旋几何范围和尾流的生存时限等影响参数.提出了尾流速度在机翼翼尖处的最大速度约19 m/s,尾流涡旋的最大生存时限在2 min左右,尾流涡旋强度随时间变化而减弱,涡旋半径随时间变化而增大.研究表明,尾流涡旋将产生大量的旋转力矩和垂直移动,甚至在当前规定的间隔中,由飞机产生的涡旋力矩也使飞行员操纵飞机变得困难.     

基于到达流特性的跑道容量分析

现有机场的容量已不能满足当前航空运输的需求,如何最大限度地发挥机场的运行能力,增加其跑道容量成为亟待解决的问题。给出跑道容量的具体定义以及影响跑道容量的诸多因素,其中连续着陆飞机之间间隔的数量和间隔的大小是影响跑道容量的最大因素。假定机场到达流特性是韦布尔分布或正态分布,采用T型系统推导跑道容量计算模型,并分析了各到达流分布计算模型之间的相互关系。应用模型计算的某机场跑道容量基本符合实际状况。     

北京首都国际机场理论容量曲线的研究

针对首都机场的运行模式,推导建立了双跑道系统容量评估的理论数学模型.基于2003年春运期间的统计数据,使用该模型对首都机场双跑道系统的容量进行了评估.对独立进近和独立离场模式以及相关进近和独立离场模式下的两套理论容量曲线进行了对比和分析.     

复杂终端区进场交通流优化排序方法研究

为提高终端区时空资源利用率,增强空中交通 运行效率,研究了复杂终端区进场交通流优化排序问题。通过深入剖析终端区进场定位点、 航路航线、多跑道系统等资源运行特性,综合考虑尾流间隔、移交间隔、多跑道运行间隔等 各类约束限制,以及最小化航班延误时间、最大化跑道运行容量、最小化终端区飞行时间等 优化目标,建立了复杂终端区进场交通流优化排序模型,并采用带精英策略的非支配排序遗 传算法对所建模型进行求解。选取上海多机场组成的复杂终端区进行实例验证,仿真实验表 明提出的优化方法相比先到先服务方法(First come first serve,FCFS),航班总延误时间 减少20.7%,终端区等待时间减少60.7%,终端区进场交通流运行效率得到显著提升。     

悬停旋翼桨尖涡吹气控制的数值模拟

开槽桨尖是减弱旋翼桨尖涡强度的一种被动流动控制手段。旋翼桨尖涡由于涡量高度集中在一个很小的区域范围内,数值计算容易受到网格分布和数值耗散的影响,导致涡量耗散过快,不利于对旋翼尾迹涡开展研究。针对这一问题,文中采用重叠网格局部加密和湍流模型旋转修正等方法,获得了悬停旋翼的高分辨率桨尖涡流场。采用该方法,对比研究Caradonna-Tung旋翼基本外形和开槽桨尖外形在悬停状态下的空间旋涡流场,从涡量分布、旋涡特征速度等方面研究了开槽桨尖控制桨尖涡强度的流动机理,比较了4种不同开槽方式对控制效果的影响,以及对旋翼悬停性能的影响。结果表明,开槽桨尖能够有效减弱桨尖涡的强度,但同时会对旋翼拉力和扭矩产生一定的负面影响。     

A Combined Arrival and Departure Scheduling for Multi-airport System

A combined arrival and departure scheduling problem is investigated for multi-airport system to alleviate the problem of airspace congestion and flight delay.Firstly,the combined scheduling problem for multi-airport system is defined through in-depth analysis of the characteristics of arrival and departure operations.Then,several constraints are taken into account,such as wake vortex separation,transfer separation,release separation,and separation in different runway operational modes.Furthermore,the scheduling model is constructed and simulated annealing algorithm is proposed by minimizing the total delay.Finally,Shanghai multi-airport system is chosen to conduct the simulation and validation.And the simulation results indicate that the proposed method is able to effectively improve the efficiency of arrival and departure operations for multi-airport system.     

透平叶片顶部间隙流动特性的实验和数值研究

利用粒子图像测速技术(PIV)捕捉透平叶片顶部泄漏流特征,并以此数据验证湍流模型和用商业软件CFX12.0进行的数值模拟方法.所研究的叶片为典型的GE-E3叶片,为了展示泄漏涡的生成和发展过程,用实验数据展示了3个不同截面的速度分布.数值计算中使用了混合网格生成技术及5种湍流模型.通过与实验数据的比较发现:RNG k-ε模型计算所得的泄漏涡与实验所拍摄的真实流动能较好地吻合.此模型和计算方法同样适用于研究叶顶射流对泄漏流的影响.计算结果显示:通过叶片顶部气膜孔射流产生的阻挡效应,最多能降低6.12%的主流泄漏.     

基于时间解析PIV的圆柱绕流尾迹特性研究

采用时间解析PIV（采样频率为1000Hz）在0.55m×0.4m声学风洞中测量了直径D=20mm圆柱后方7.5倍直径、圆柱两侧各3.3倍直径所围成范围内的绕流尾迹在雷诺数Re=2.74×104下的非定常流场。针对PIV获得的速度场数据,进行流场和频谱特性分析,探讨了圆柱绕流尾迹中的平均流场和脉动流场特性,以及旋涡脱落的频率特性。提出了基于速度场之间相关性的相位平均分析方法,系统分析了圆柱上下两侧旋涡交替生成、脱落、发展并耗散的完整演化过程。结果表明:在圆柱后方存在一个低速回流区,其中心0.8D的位置附近是流动结构变化最剧烈的区域;圆柱后方1.9D位置附近是上/下两侧脱落旋涡交汇、耦合的区域,湍流脉动最强;圆柱绕流尾迹中,旋涡脱落频率对应的斯特劳哈尔数稳定在0.2左右;基于速度场之间相关性的相位平均分析方法简单有效,可以准确地识别绕流尾迹中旋涡交替脱落和发展的时空演化过程,在非定常流场测量方面具有普遍推广意义。     

微型扑翼飞行器的改进非定常涡格法

为在保证较高计算精度的前提下高效地进行扑翼飞行器(MAV)气动特性计算,提出了一种MAV非定常涡格法(UVLM)的改进算法.在算法中充分考虑翼面瞬时形变及诱导阻力等对MAV流场及气动力的影响,并在其尾涡模型中增加对尾迹涡环畸变及粘性耗散等的建模,使算法模型能更好地反映MAV的翼面气动状态.编程实现并通过实例验证了算法的有效性和快速性;为将UVLM引入MAV优化迭代,还研究了尾涡剔除对算法效率及精度的影响,结果表明在算法模型中剔除MAV尾部一定距离处的尾涡后,可在保证算法精度的前提下大幅减少运行时间,表明该算法在MAV结构优化中存在一定的潜力.     

湍流边界层近壁区马蹄涡拟序结构的数值模拟与分析

采用大涡模拟对低雷诺数槽道湍流进行了数值模拟,进口边界条件采用了给定扰动波方法,经过短过渡段得到完全发展湍流.计算中采用了动态亚格子模型和预处理技术,进口采用的动量厚度雷诺数是670.大涡模拟对计算得到的平均速度剖面以及脉动分量与DNS解进行对比,验证了计算结果的可靠性.计算结果显示了湍流场中马蹄涡的形成及演化过程,其中包括形成单腿马蹄涡和形成对称涡腿的马蹄涡,同时发现流场中存在由亚谐波引起的拟序结构的交错现象,并在此基础上分析了湍流边界层近壁区马蹄涡结构的演化.     

三面压缩式高超声速进气道流动结构研究

采用油滴显示技术结合数值模拟方法对三面压缩式高超声速进气道的流场进行了深入研究.结果揭示由于激波-边界层干扰,三面压缩进气道内存在边界层分离、溢流和三维涡结构等复杂流动现象,尤其是唇口诱发的较大强度的斜激波引起了侧壁和顶面的边界层分离,并在顶面附近形成大尺度的流向涡,造成隔离段内存在明显的分层现象,形成低总压区,需要在进气道设计时对这一现象进行有效控制.