一種融合渦環和離散突風模型的低空風切變模型設計方法技術

本發明專利技術涉及一種融合渦環和離散突風模型的低空風切變模型設計方法，包括微下擊暴流模型和離散突風模型的設計，步驟一，在以跑道入口為原點、進近方向為+XR軸的跑道坐標系下建立渦環；步驟二，取定渦環中心、渦環半徑，以及中心垂直風速，可以得到渦環中心強度固定不變的渦環模型；步驟三，配置鏡像渦環；步驟四，引入離散突風模型；步驟五，調節步驟四所述的突風模型的突風梯度；步驟六，調節突風模型的中心與渦環中心的相對位置，可以改變不同時刻風切變中心強度的大小，可以用于模擬整個風切變風場強度的大小。本發明專利技術設計了一種融合渦環和離散風模型的風切變模型，該模型的渦環中心風速大小可隨時間變化而變化。

A low altitude wind shear model design method incorporating vortex ring and discrete gust model

The invention relates to a fusion of the vortex ring and discrete gust model design method of low altitude wind shear model, including the design, microburst model and discrete gust model step, in order to runway entrance for the establishment of a vortex ring into the origin, direction of +XR axis near runway coordinates; step two take, center, vortex ring vortex ring radius and center vertical velocity, vortex ring model can get the center of vortex ring fixed strength; step three, mirror vortex ring; step four, the introduction of discrete gust model; step five, gust gradient gust model adjusting step four of the procedure; six, the relative position of the center and the center of vortex ring adjusting gust model, can change at different wind shear intensity size, can be used to simulate the wind wind shear strength. The present invention designs a wind shear model with a fusion vortex ring and a discrete wind model. The wind speed at the center of the vortex ring can vary with time.

【技術實現步驟摘要】
一種融合渦環和離散突風模型的低空風切變模型設計方法
本專利技術涉及方法專利
，具體是一種融合渦環和離散突風模型的低空風切變模型設計，該專利技術設計一種貼合實際自然現象的低空風切變模型，可應用于飛行器對風切變危險的被動感知和規避性能的研究與測試。
技術介紹
風切變是一種大氣現象，是指大氣中兩點之間風速和風向上的變化，大小可以用兩點間風速差除以距離或時間表示，包括水平風的垂直切變，水平風的水平切變，垂直風的切變。低空風切變是指600米以下的風切變，是與強對流天氣、鋒面天氣、低急流、地理、環境因素有關的大氣現象，嚴重危害飛機的起降過程。低空風切變由于發生突然、時間短、尺度小、強度大，當質量和慣性都較大的大中型飛機遇上時，往往由于飛行高度太低，缺乏足夠的空間進行機動而發生事故。飛行中要求飛行人員能夠及時的發現它并盡量避免,以確保飛行安全。對風切變建模研究是飛機安全駕駛研究的基礎，為飛機遭遇風切變判斷與逃逸提供理論基礎，對減少飛機風切變相關的事故具有重要意義。相關文獻《低空風切變下大型飛機建模、危險探測與控制律研究》中提出了基于渦環方法建立低空風切變模型，該方法是把風切變場視為不可壓、無粘、無旋的位流場，這種基于渦環的方法渦環中心的強度是固定不變的。但考慮到實際的自然現象，風切變的中心強度并不是一成不變，它會隨著時間的變化而變化，因此該模型與真實狀況的風切變影響有很大差別，不能逼真的反映真實情況，進而不能有效測試飛機飛行各階段對風切變危險感知和規避性能。
技術實現思路
專利技術創造的目的基于風切變對飛機飛行各階段安全性能影響的嚴重性，以及現有模型存在的嚴重不足，本專利技術提出融合渦環和離散風模型的風切變模型設計。該設計改變了原有模型渦環中心風速固定的缺陷，更貼近實際自然現象，可通過調節渦環的中心速度，靈活構造不同的風切變模型。本專利技術以對飛機飛行各階段的安全性能有威脅影響的風切變這一因素為研究對象，針對目前已提出相關模型的嚴重缺陷，提出改進的融合離散突風和渦環風切變模型，大幅提高了風切變模型與實際自然現象中的風切變的貼合程度，為模擬進行飛機飛行對風切變危險感知和規避性能測試提供了更為真實有效的風場。且本專利技術提出的風切變模型除渦環中心的風速可隨時間的改變而改變，還可靈活調節渦環中心與離散突風模型中心的相對位置，從而改變飛機所受的風切變影響。相比于已有的風切變模型，本次專利技術的真實性和有效性都有了大幅度提高，更符合實際情況，對提高飛機飛行的安全性能測試結果的準確性和有效性具有重要意義。技術方案本專利技術的目的通過如下技術方案實現：一種融合渦環和離散風模型的風切變模型，主要包括微下擊暴流模型和離散突風模型。所謂離散突風，是指短時間內大氣中各方向的風速發生劇烈變化的氣流。由于大氣運動的不穩定性，風速是隨時間發生變化的。在飛行品質鑒定、飛機強度計算和飛行控制系統設計中，廣泛使用所謂的離散風模型。其中，微下擊暴流模型將風切變視為不可壓、無粘、無旋的位流場，不考慮溫度變化。一種融合渦環和離散突風模型的低空風切變模型設計方法，包括微下擊暴流模型和離散突風模型的設計，具體設計步驟如下：步驟一，在以跑道入口為原點、進近方向為+XR軸的跑道坐標系下建立渦環；所謂渦環是指由下沉氣流產生，接近地面后向四周輻散開并卷起，在地面上方形成一個渦環區；設地面上方位于Op＝(xp,yp,zp)T，渦環半徑為R的主渦環曲線方程飛機重心處的流線方程為其中，渦環強度Γ由預先設定的渦環中心垂直速度Vwz0和渦環半徑R確定：Γ＝2RVwz0rmax、rmin為空間內任意一點OA到主渦環的最大和最小距離；F(k)為橢圓積分函數，其中：當0≤k≤1時，F(k)可以近似為：步驟二，取定渦環中心、渦環半徑，以及中心垂直風速，可以得到渦環中心強度固定不變的渦環模型；步驟三，配置鏡像渦環；為了使風矢量滿足地面邊界條件，即Vz＝0，在與主渦環中心相對于地面對稱的位置配置鏡像渦環；步驟四，引入離散突風模型；全波長的離散突風模型為半波長離散突風模型為離散風主要由突風尺度dm和強度vwm確定；而突風的梯度由下述公式計算，步驟五，調節步驟四所述的突風模型的突風梯度，風切變中心風速隨時間變化，用于模擬風切變的時變特性；步驟六，調節突風模型的中心與渦環中心的相對位置，可以改變不同時刻風切變中心強度的大小，可以用于模擬整個風切變風場強度的大小。專利技術的優點本專利技術設計的風切變模型與現有的模型相比更符合實際情況，因此對飛機飛行的安全性能研究的驗證與測試更具有有效性和真實性，為研究飛機安全駕駛提供了堅實的理論基礎，對飛機遭遇風切變判斷和逃逸提供了更為準確的測試環境，對減少飛機風切變相關的事故具有重要意義。本專利技術設計了一種融合渦環和離散風模型的風切變模型，該模型的渦環中心風速大小可隨時間變化而變化，且突風模型中心與渦環中心相對位置可調節，從而改變風切變的大小和強度，從而使該模型更好的貼近現實自然情況，對飛機飛行的安全性能測試更具有效性。附圖說明圖1為跑道坐標系下微下擊暴流模型原理圖；圖2為本專利技術風矢量橫縱向剖面示意圖。具體實施方式本專利技術提出的方案在MatlabR2010a環境下編程驗證，融合渦環和離散風模型的風切變模型，主要包括微下擊暴流模型和離散突風模型。所謂離散突風，是指短時間內大氣中各方向的風速發生劇烈變化的氣流。由于大氣運動的不穩定性，風速是隨時間發生變化的。在飛行品質鑒定、飛機強度計算和飛行控制系統設計中，廣泛使用所謂的離散風模型。其中，微下擊暴流模型將風切變視為不可壓、無粘、無旋的位流場，不考慮溫度變化。具體步驟如下：一種融合渦環和離散突風模型的低空風切變模型設計方法，包括微下擊暴流模型和離散突風模型的設計，具體設計步驟如下：步驟一，在以跑道入口為原點、進近方向為+XR軸的跑道坐標系下建立渦環；所謂渦環是指由下沉氣流產生，接近地面后向四周輻散開并卷起，在地面上方形成一個渦環區；設地面上方位于Op＝(xp,yp,zp)T，渦環半徑為R的主渦環曲線方程飛機重心處的流線方程為其中，渦環強度Γ由預先設定的渦環中心垂直速度Vwz0和渦環半徑R確定：Γ＝2RVwz0rmax、rmin為空間內任意一點OA到主渦環的最大和最小距離；F(k)為橢圓積分函數，其中：當0≤k≤1時，F(k)可以近似為：步驟二，取定渦環中心、渦環半徑，以及中心垂直風速，可以得到渦環中心強度固定不變的渦環模型；步驟三，如圖1所示，配置鏡像渦環；為了使風矢量滿足地面邊界條件，即Vz＝0，在與主渦環中心相對于地面對稱的位置配置鏡像渦環；步驟四，引入離散突風模型；全波長的離散突風模型為半波長離散突風模型為離散風主要由突風尺度dm和強度vwm確定；而突風的梯度由下述公式計算，步驟五，調節步驟四所述的突風模型的突風梯度，風切變中心風速隨時間變化，用于模擬風切變的時變特性；步驟六，調節突風模型的中心與渦環中心的相對位置，可以改變不同時刻風切變中心強度的大小，可以用于模擬整個風切變風場強度的大小，融合模型如圖2所示。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種融合渦環和離散突風模型的低空風切變模型設計方法，包括微下擊暴流模型和離散突風模型的設計，其特征在于，具體設計步驟如下：步驟一，在以跑道入口為原點、進近方向為+XR軸的跑道坐標系下建立渦環；設地面上方位于O

【技術特征摘要】
1.一種融合渦環和離散突風模型的低空風切變模型設計方法，包括微下擊暴流模型和離散突風模型的設計，其特征在于，具體設計步驟如下：步驟一，在以跑道入口為原點、進近方向為+XR軸的跑道坐標系下建立渦環；設地面上方位于Op＝(xp,yp,zp)T，渦環半徑為R的主渦環曲線方程飛機重心處的流線方程為其中，渦環強度Γ由預先設定的渦環中心垂直速度Vwz0和渦環半徑R確定：Γ＝2RVwz0rmax、rmin為空間內任意一點OA到主渦環的最大和最小距離；F(k)為橢圓積分函數，其中：當0≤k≤1時，F(k)可以近似為：步驟二，取定渦環中心、渦環半徑，以及中心垂直風速，可以得到渦環中心...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃翔，于超鵬，錢君，
申請(專利權)人：中國航空工業集團公司雷華電子技術研究所，
類型：發明
國別省市：江蘇,32