大气扰动及其对飞行的影响

 大气紊流和风切变等现象会影响飞机的飞行品质,并且可能引起严重的飞行事故。本文简要回顾和评述了目前国外研究大气紊流和风切变问题的情况。包括近年来国外在低空大气扰动对飞行影响方面的研究,在改进数学模型、计算与分析方法以及研究与大气扰动有关的飞行品质规范等方面取得的进展。文中同时回顾了我国研究大气扰动对飞行的影响方面的情况。     

非平稳大气紊流对弹性飞行器的影响

提出了采用复模态分析方法研究非平稳大气紊流对弹性飞行器的影响，首先给出了非平稳随机大气紊流模型，然后提出了弹性飞行器对非平稳随机大气紊流激励的复模态分析方法，该方法把复杂的随机动力响应计算问题转化为复代数运算问题，为研究飞行器对随机大气紊流的响应开辟了新的途径，最后以某型－空导弹为例，计算其对非平稳随机大气紊流的响应，从而说明非平稳随机大气紊流对弹性飞行器的影响。     

大气紊流对驾驶员诱发振荡的影响

首先建立了大气紊流下的飞机本体短周期运动方程、驾驶员模型、Dyr den大气紊流模型及人机闭环系统模型 ;然后利用Matlab软件在时域内进行了数值仿真 ,仿真结果表明 ,对于装有电传操纵系统的飞机来说 ,大气紊流对驾驶员诱发振荡的影响不明显。     

大气紊流频谱与飞机响应的几个问题

 本文推导了各向同性紊流速度及其任意阶梯度间的相关函数和频谱函数的一般表达式,并分析了频谱函数对空间频率的奇偶性。对现有文献和飞行品质规范中几个含糊不清的问题进行了阐述和澄情。对飞机纵向大气紊流响应进行了研究计算,得到了一些有意义的结论。     

用蒙特卡罗法仿真生成三维空间大气紊流场

基于三维紊流场相关函数矩阵用蒙特卡罗法仿真生成三维空间大气紊流场,并用理论证明和紊流场数值检验的方法,证明这样的空间大气紊流场较好地符合所选用的大气紊流模型 (如 Dryden模型),且具有良好的均匀性和各向同性。三维空间大气紊流场可用于飞机飞行仿真,尤其是多架飞机在大气紊流中飞行的仿真 (如空中加油、编队飞行)。     

农林飞机超低空飞行大气紊流影响研究

在建立农林飞机超低空飞行时的大气紊流模型基础上,结合频域和时域两种计算方法研究了各种不同紊流强度下的大气紊流对农林飞机超低空飞行的影响,同时采用加速度综合评分的方法对其影响进行定量评估,最后给出了大气紊流对农林飞机超低空飞行影响的规律,对工程应用有一定的参考价值。     

大气边界层风洞流场特性的模拟

风洞中大气边界层模拟的准确度是保证风洞试验结果准确度的重要因素。本文采用了一种新型曲边梯形尖塔,并结合粗糙元等被动装置对风洞大气边界层模拟进行了研究,模拟出我国规范中的A、B、C和D类四种地貌并将结果和已有的研究结果进行比较。结果显示：所采用新型结构尖塔可以显著提高风洞大气边界层中部以上高度的湍流度,整个湍流度剖面基本覆盖了西方主要国家规范对此项指标的建议值。文中还调试出平均风速剖面不变而湍流度分布可变的流场,为开展相关的结构抗风研究奠定了基础。     

大气湍流光学长曝光像的数值计算

在介绍大气湍流光学长曝光像的两个模型——高斯模型(空间域模型)和统计平均光学传递函数模型(空间频率域模型)的基础上，推导两模型之间的关系与差别，并应用两模型数值计算了扩展目标通过大气的长曝光成像结果。此外，还应用高斯模型给出了自适应光学系统校正后的远场光斑。     

不同飞行状态下施翼与大气湍流的干扰噪声

本文简述了一种直升机旋翼与大气湍流入流相干扰产生的噪声预估方法。这一方法考虑了桨叶上非定常载荷的弦向及展向非紧致性，桨叶－桨叶载荷之间的相关，通过结合大气湍流能量谱模型与快速畸变湍流收缩模型来确定旋翼平面处非均匀、各向异性湍流场的特性，使得这种方法可用于直升机在真实飞行状态下的旋翼与湍流场干扰噪声计算。利用文献中模型旋翼试验的结果，验证了本方法的可行性，并计算了某型直升机在六种飞行状态下的流场畸变情况及旋翼与湍流干扰的远场噪声谱，结果表明：在准悬停及低速爬升状态，湍流场的畸变较大，而在中、快速前飞状态，湍流场的畸变最小，在低速爬升状态，线性总声压级最小。     

网格湍流CAARC模型风洞实验

对大气湍流边界层的真实模拟是风工程风洞模拟实验所要满足的基本条件之一，平均速度剖面，湍流度剖面，积分尺度和风谱是反映大气湍流边界层流动的四个最基本的因素。本文首先研究了不同孔隙率的均匀网格湍流场的流动特性，得到湍流度，积分尺度以及风谱的变化规律，然后在变化基中某一个因素而保持另外三个因素不变的条件下，研究了处于均匀网格湍流场中的CAARC模型风荷载响应的变化，从而确定每个因素的独立变化对模型所受风荷的影响。实验结果表明湍流度和积分尺度对结构物所受风载都有很重要的影响，在风洞大气湍流边界层模拟中应该予以充分的考虑，否则将会引起风荷载实验结果的偏差。     

民机乘坐品质的概率指标及算法

 针对民用飞机在随机大气扰动下的乘坐品质问题,研究更符合实际的乘坐品质评价指标和方法。从大气紊流强度的概率特性出发,依据飞机对大气紊流响应与乘坐品质C准则之间的关系,推导了飞机乘坐品质C准则的概率指标公式。在此基础上,通过计算大气扰动的功率谱响应,给出了准则的计算方法,并以Boeing747飞机为例,具体说明了算法的实现和计算过程。所建立的乘坐品质的概率指标比传统的C指数更符合实际,计算方法简单有效,有工程实用价值。     

六自由度飞行实时仿真和功率谱法比较

大气紊流是飞机巡航状态中影响飞机运动的主要大气扰动现象,以奖状飞机和波音747为例,研究飞机受大气紊流影响所产生的飞行姿态变化。使用了两种方法进行飞行仿真,一种是基于六自由度飞行力学方程的实时仿真法,另一种是基于线性化小扰动方程组的响应频谱法。通过与试飞数据进行比较,分析两种方法的优缺点。研究表明,六自由度飞行实时仿真可以更好地模拟大型飞机大气扰动下的飞行状态,较准确地表征各项参数变化特性。     

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。     

The turbulent decay of trailing vortex pairs in stably stratified environments

The decay of trailing vortex pairs in thermally stably stratified environments is investigated by means of large eddy simulations. Results of in-situ measurements in the wakes of different aircraft are used to find appropriate intitializations for the simulation of wake turbulence in the quiescent atmosphere. Furthermore, cases with weak atmospheric turbulence are investigated. It is shown that the early development of the vortices is not affected by turbulence and develops almost identically as in 2D simulations of wake vortices in stably stratified environments. In a quiescent atmosphere the subsequent vortex decay is controlled by the interaction of short-wave disturbances, owing to the aircraft induced turbulence, and baroclinic vorticity, owing to stable stratification. As a consequence, vertical vorticity streaks between the vortices are induced which are substantially intensified by vortex stretching and finally lead to rapid turbulent wake-vortex decay. When in addition atmospheric turbulence is also present, the long-wave instability is dominantly promoted. For very strong stratification (Fr<1) it is observed that wake vortices may rebound but lose most of their strength before reaching the flight level. Finally, the simulation results are compared to the predictive capabilities of Greene's approximate model.     

基于主被动量子关联成像的超分辨抗干扰探测系统研制

针对大气湍流以及不同光照条件下难以成像的问题,提出了基于空间光场调制的主被动量子关联成像方案。研制了超分辨抗干扰的主被动量子关联成像原理样机,并完成了超分辨、抗大气湍流以及不同光照条件下的外场实验,验证了主被动量子关联成像原理样机的全天时抗干扰成像能力,实现了超分辨的远距离成像探测。本方案为远距离遥感、极弱背景探测提供了一种有效的成像技术手段。     

用于飞行仿真的空间大气紊流场生成与应用研究(英文)

研究了三维空间大气紊流场生成及其在大型飞机实时飞行仿真中的应用。分析了针对大型飞机飞行仿真的扰动风场的建模需求。通过在频域空间直接进行蒙特卡罗法随机抽样,经三维傅里叶逆变换获得空间大气紊流场。采用Von Karman模型,更加准确地描述大气紊流场特征。运用傅立叶变换的复共轭对称特性,保证最终生成实的紊流场。通过无因次化方法解决了变尺度和变强度的紊流场生成问题。针对生成的空间紊流场设计了紊流梯度的计算方法。针对飞机连续穿越紊流场的问题,提出基于空间对称扩展的紊流场扩展方法。经时域相关性检验证明,基于该方法生成的紊流场与传统时域方法相比,具有较好的空间互相关特性。最后针对Boeing747飞机,给出了一个在空间紊流场中的飞行仿真实例。与传统质点化模型的仿真结果相比,基于空间紊流场和四点模型的算法更能表现出飞机穿越紊流场飞行的随机特性。     

飞机对大气扰动的变结构控制

随机紊流、离散突风和风切变等,提出了具有鲁棒特性的变结构控制律,实例计算说明了该控制方法的有效性及可行性。     

均匀各向同性大气湍流对声爆传播特性的影响

基于离散Fourier模态有限和生成的随机大气湍流场，采用修正波形参数方法，开展了均匀各向同性大气湍流对典型超声速客机声爆传播特性的影响分析。计算采用的超声速客机模型为自行生成的简化超声速公务机模型。首先，应用航空工业空气动力研究院自主研制的CFD软件ARI_Overset在三维空间求解Navier-Stokes方程，得到作为声爆远场传播初始值的近场空间压力分布；其次，基于Von Karman能量谱，采用离散Fourier模态有限和形式生成随机均匀各向同性大气湍流场；最后，采用修正波形参数方法模拟了声爆信号在随机速度湍流场中的传播过程。数值结果表明：各向同性大气湍流对于地面声爆特征有重要影响。与无湍流状态相比，均匀各向同性大气湍流使得地面声爆特征增强的概率约为55%，使得地面声爆特征减弱的概率约为45%，故总体而言大气湍流效应更倾向于增强地面声爆特征；均匀各向同性大气湍流对于声爆传播路径影响相对较小，但是这一变化仍会导致地面信号接收点的不确定性。     

VARIABLE STRUCTURE CONTROL OF AIRCRAFTFOR ATMOSPHERIC DISTURBANCE

ＶＡＲＩＡＢＬＥＳＴＲＵＣＴＵＲＥＣＯＮＴＲＯＬＯＦＡＩＲＣＲＡＦＴＦＯＲＡＴＭＯＳＰＨＥＲＩＣＤＩＳＴＵＲＢＡＮＣＥＺｈｕＸｉａｏｐｉｎｇ；ＺｈｏｕＺｈｏｕ（ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ...     

二维紊流场对飞艇水平面内运动影响研究

大气紊流是影响高空飞艇水平面内巡航的重要原因,传统Dryden模型采用谱分解定理,只能生成一维大气紊流模型,对于高空飞艇复杂的飞行运动来说,生成二维紊流风场模型是必要的.基于紊流场的空间相关特性,采用离散自递归方法构建风场模型,然后结合风速矢量三角形关系式,建立扰动下的飞艇动力学模型,再对该模型进行水平竖直解耦.仿真结果表明,大气紊流作用在飞艇上的力会使飞艇较大程度地偏离其运动航迹,呈不稳定的随机波动状态.因此,构建高空飞艇动力学模型时,要充分考虑大气紊流的影响.