风切变与运载火箭设计

本文介绍包括风切变在内的高空风场的统计分析方法以及它在运载火箭设计中的应用。其中综合矢量风剖面是运载火箭设计通用的规范性方法。风场的应用涉及运载火箭姿态控制系统设计、制导精度分析和载荷分析计算等多方面的工作。这里简述其应用要点。     

背景风场对中尺度受导重力波的影响

采用重力波的大气分层全波解法，计算得出了强逆风场作用下以及无风条件下中尺度重力波受导波模的色散曲线和衰减距离曲线，结果表明，强逆风场可以使得各中尺度受导波模衰减距离明显变长，并导致不同尺度重力波的衰减距离出现峰值分布，通过分析美国MillstoneHill台站和武汉电离层观象中的TID实测结果证实了这些风场支持的远距离传播波模的存在。     

GPS自动归航系统在变化风场中的轨迹

研究全球卫星定位系统（GPS）自动归航系统在恒定风场中归航轨迹的计算，探讨了系统能够达到预定目标点的条件，给出系统在几种风场中的轨迹图。为了进一步验证归航轨迹能否回到预定点，给出了系统的变化风场中的仿真算法，并通过对仿真结果的分析，提出在系统着陆期间利用GPS定位和测速数据实行逆风控制的方案。     

基于地形高程数据的复杂地形风场建模方法

提出了一种以地形高程数据为基础,进行三维复杂地形建模及其风场分布求解的数值仿真方法.该方法利用曲面样条插值技术建立复杂地形的三维数字模型,并将地形曲面离散为若干个涡环网格,结合位势流理论与地面边界条件计算得到复杂地形影响下的三维风场.数值计算结果显示,相比基于球绕流理论的工程模拟方法,该方法可对复杂地形做出更为真实的描述,并给出更为合理的风场分布形式.同时该方法建模过程简单,便于实际操作,适于飞机飞行性能评估或飞行模拟器环境建模的工程应用.      

Millstone地区垂直等效风场的气候学变化

基于1976---2006年美国Millstone非相干散射雷达的电离层观测数据, 分析了美国Millstone地区不同太阳活动条件下, 包括中性风场和电场漂移共同贡献的垂直等效风场的变化特征. 结果表明, Millstone地区的垂直等效风场表现出比较明显的周日、太阳活动和季节变化特征. 晚间垂直向上的等效风较强, 白天等效风较弱, 甚至接近于零. 在不同太阳活动和季节变化条件下, Millstone地区的等效风场都表现出类似的周日变化特征, 低太阳活动条件下, 晚间表现出较大的向上漂移. 这种周日变化和太阳活动变化特征与Millstone地区受到极区热源驱动大气循环的调制以及离子曳力的增减有关. 春季和秋季有相似的幅度和相位变化趋势, 表现出分点对称性; 冬季晚间向上漂移比夏季弱, 且随着太阳活动增强, 差异更加明显, 这再次体现了极区热源驱动大气循环的影响.      

自然风场的数值模拟

为在时域进行大型结构的气动弹性动力响应的分析,必须首先模拟该结构所受到的气动荷载或所处自然风场的时间历程。本文通过在常规的波迭加方法中引入二维和三维空间谱,结合快速Ｆｏｕｒｉｅｒ变换（ＦＦＴ）,规范了该方法在风工程中的应用,讨论了各向同性均匀风场等空间步长以及非均匀风场不等空间步长数值模拟的理论和方法,算例表明即使需要模拟非常长的风速动脉时间历程,方法仍具有非常高的精度和效率。     

回收过程中高空风场的特点及描述

风场对航天器的发射、飞行及落点的影响不可忽略。文章针对回收过程的中高空风场主要因素的基本概念及特点进行了简单综述 ,并阐述了如何用综合风剖面法对回收过程中高空风场进行描述 ,同时给出了中国北方某地区风的测量数据的一些主要统计特性     

火星车有风热平衡试验环境模拟技术

为了保证火星车在火星表面能够正常工作,需要在地面模拟火星表面的有风热环境,包括风速、风向、气体温度、气体成分和压力等,完成火星车在火星表面有风热环境下的热平衡试验。针对火星表面有风热环境特点,开展低压风速模拟、低压风速测量、压力控制、温度控制等研究,利用现有的KM3E真空容器,在其内部增加特殊设计的风扇、导流装置、压力控制系统、气体温度控制系统、火星车姿态调整系统等,使KM3E具备火星表面有风热环境模拟条件。该模拟技术成功应用于火星车有风热平衡试验,充分验证了火星车热控系统设计,为火星车热分析模型提供了重要参考。     

小型无人飞行器风场扰动自适应控制方法

针对小型无人飞行器在执行任务时传感器测量精度低、受风场扰动影响大的问题,提出了一种利用矢量域与滑模控制相结合的复合控制方式,有效地实现了对小型无人飞行器的轨迹与航向的自适应跟踪。将复杂航迹分解为直线段与圆弧段分别构建矢量域,从而确定基于位置误差的航迹信息,并通过机载传感器获得状态和位置信息,利用滑模控制方法抑制风场扰动对小型无人飞行器的影响。试验结果表明,本文提出的控制算法能够保证阵风干扰情况下小型无人飞行器的航迹控制精度,同时具有良好的动态响应。     

近舰区风场建模与着舰仿真分析

通过分析近舰区风场特点,建立了低空风场和舰尾流模型,对飞机的着舰过程进行了仿真分析。分析认为:近舰区风场影响了着舰航迹的稳定性,降低了飞机着舰的安全性和乘坐品质。为了验证模型的合理性,进行了飞行员在环的地面飞行模拟试验,分析了近舰区风场对飞机着舰过程和飞行员操纵特性的影响。试验结果表明,近舰区风场的存在显著增加了飞行员的滚转操纵负荷。