A data-driven approach to modeling high-density terminal areas: A scenario analysis of the new Beijing,China airspace

Airports are being developed and expanded rapidly in China to accommodate and pro-mote a growing aviation market. The future Beijing Daxing International Airport (DAX) will serve as the central airport of the JingJinJi megaregion, knitting the Beijing, Tianjin, and Hebei regions together. DAX will be a busy airport from its inception, relieving congestion and accommodating growth from Beijing Capital International Airport (PEK), currently the second busiest airport in the world in passengers moved. We aim to model terminal airspace designs and possible conflicts in the future Beijing Multi-Airport System (MAS). We investigate standard arrival procedures and mathematically model current and future arrival trajectories into PEK and DAX by collecting large quantities of publicly available track data from historical arrivals operating within the Beijing terminal airspace. We find that (1) trajectory models constructed from real data capture aberrations and deviations from standard arrival procedures, validating the need to incorporate data on histor-ical trajectories with standard procedures when evaluating the airspace and (2) given all existing constraints, DAX may be restricted to using north and east arrival flows, constraining the capacity required to handle the increases in air traffic demand to Beijing. The results indicate that the termi-nal airspace above Beijing, and the future JingJinJi region, requires careful consideration if the full capacity benefits of the two major airports are to be realized.     

膨胀效应对激波/湍流边界层干扰的影响

采用直接数值模拟方法对来流马赫数2.9,30°激波角的入射激波与膨胀角湍流边界层干扰问题进行了数值研究。入射激波在壁面上的名义入射点固定在膨胀角角点,膨胀角角度分别取为0°、2°、5°和10°。通过改变膨胀角角度,考察了膨胀效应对干扰区内复杂流动现象的影响规律和作用机制,如分离泡、物面压力脉动特性、膨胀区湍流边界层和物面剪切应力脉动场等。研究发现,膨胀角角度的增大使得分离区流向长度和法向高度急剧降低,尤其是在强膨胀效应下分离泡形态呈现整体往下游偏移的双峰结构。物面压力脉动功率谱结果表明,膨胀角为2°和5°时,分离激波的非定常运动仍表征为大尺度低频振荡,而膨胀角为10°,强膨胀效应极大地抑制了分离激波的低频振荡,加速了下游再附边界层物面压力脉动的恢复过程。膨胀区湍流边界层雷诺剪切应力各象限事件贡献和出现概率呈现逐步恢复到上游湍流边界层的趋势,Görtler-like流向涡结构展向和法向尺度变化剧烈,同时在近壁区将诱导生成大量小尺度流向涡。此外,物面剪切应力脉动场的本征正交分解分析指出,膨胀效应的影响体现在低阶模态能量的急剧降低从而使得高阶模态的总体贡献相对升高。     

Percolation transition in temporal airport network

The air transportation system has a critical impact on the global economy. While the system reliability is essential for the operational management of air traffic, it remains challenging to understand the network reliability of the air transportation system. This paper focuses on how the global air traffic is integrated from local scale along with operational time. The integration process of air traffic into a temporally connected network is viewed as percolation process by increasing the integration time constantly. The critical integration time T_P which is found during the integration process can measure the global reliability of air traffic. The critical links at T_P are also identified, the delay of which will influence the global integration of the airport network. These findings may provide insights on the reliability management for the temporal airport network.     

流向涡与斜激波相互作用的试验研究和数值模拟

为研究流向涡与斜激波相互作用在超声速燃烧中的应用,进行了由翼产生的流向涡与楔块产生的二维斜激波相互作用的燃烧室冷流试验研究.在不同激波强度下,纹影仪捕捉到了强、中、弱不同的涡/波作用现象.仿真与试验结果符合得较好.试验结果表明:对马赫数为2.3流场,在翼攻角10°时,能产生强流向涡,此工况下,锲角越大,涡/波作用越强.仿真结果表明:马赫数对涡/波作用影响较大,总压影响不明显,总温可影响亚声速回流区的尺寸.      

水中上升气泡体积变化率的图像分析技术

水中上升气泡的体积变化率是舰船自消隐特种气幕技术等诸多研究的重要基础。鉴于当前对这一体积变化率研究的紧迫需求,提出并较为深入地研究了水中上升气泡体积变化率的图像分析技术。首先,在理论研究的基础上,专门建立了分析计算的数学模型;进而给出了分析的实施方法,即利用摄像法获取水中上升气泡的图像序列,并从中得出所需图像的相关信息,再利用建立的模型即可求出其体积变化率;同时,设计了专门的实验,初步验证了这一分析技术的可行性。     

直通式蓖齿封严特性的实验研究

用实验方法研究了直通式直齿和直通式斜齿在不同的齿类厚度与封严间隙比、齿数和流向的条件下,泄漏量随蓖齿前后压力比的变化规律。得到了几个有价值的结论,提出了计算其泄漏量的经验公式。计算结果与实验数据吻合良好。     

导弹水下点火的流体动力研究

对轴对称导弹水下点火这一非线性瞬态流动提出以下数学模型及求解方法。水流场假设为理想不可压势流,用边界积分方程法求解;喷管中的燃气流动按准一维非定常无粘完全气体流动处理,用逆步有限差分格式的特征线法求解;喷入水中的燃气流采用简化的等压泡模型,用Euler-Lagrange方法模拟气泡的演化。按照时间步进方法实现了水、气流动和物体运动的数值耦合求解。数值实验结果反映出导弹水下点火时水气流动的一些重要特性。     

舰载直升机着舰动力学分析

直升机的舰上起降是研究机一舰动态配合的主要内容，它是直升机起降安全和充分发挥其潜力的有力保证。为此从直升机舰上起降的特点出发，分析了舰船运动特性，空气尾流场变化规律，对直升机着舰及其着舰后的甲板运动力学进行了研究，最后简要地介绍了“风限图”的情况。     

双级延伸喷管动特性数学模型的建立

讨论了双级延伸喷管的动特性,确定了贮气瓶内压强、放气时间与延伸喷管运动参数之间的关系,建立了通用的数学模型,为供气系统和延伸喷管各部件的设计提供了理论依据。     

水下强声波脉冲引发的空化气泡运动和声辐射

通过建立由等离子体声源、PCB压力传感器和高速相机等构成的实验测量系统,研究了强声波脉冲引发的空化气泡运动和二次声辐射。通过实验,观察到了强声波脉冲特有的波形结构,空化气泡的成长、膨胀和坍缩过程以及气泡坍缩时辐射的声信号。其次,利用Gilmore方程和Bernoulli方程,从理论上对空化气泡的运动和声辐射进行了数值模拟和分析。研究结果表明：（1）在强声波脉冲正压区的作用下,空化气泡将受到压缩并围绕＂准平衡态半径＂振荡;在强声波脉冲负压区的作用下,空化气泡将出现膨胀、坍缩和回弹的物理过程。（2）空化气泡坍缩时周期性辐射的声脉冲持续时间极短,具有＂冲击波＂的特点。