一种融合涡环和离散突风模型的低空风切变模型设计方法技术

本发明专利技术涉及一种融合涡环和离散突风模型的低空风切变模型设计方法，包括微下击暴流模型和离散突风模型的设计，步骤一，在以跑道入口为原点、进近方向为+XR轴的跑道坐标系下建立涡环；步骤二，取定涡环中心、涡环半径，以及中心垂直风速，可以得到涡环中心强度固定不变的涡环模型；步骤三，配置镜像涡环；步骤四，引入离散突风模型；步骤五，调节步骤四所述的突风模型的突风梯度；步骤六，调节突风模型的中心与涡环中心的相对位置，可以改变不同时刻风切变中心强度的大小，可以用于模拟整个风切变风场强度的大小。本发明专利技术设计了一种融合涡环和离散风模型的风切变模型，该模型的涡环中心风速大小可随时间变化而变化。

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.

【技术实现步骤摘要】
一种融合涡环和离散突风模型的低空风切变模型设计方法
本专利技术涉及方法专利
，具体是一种融合涡环和离散突风模型的低空风切变模型设计，该专利技术设计一种贴合实际自然现象的低空风切变模型，可应用于飞行器对风切变危险的被动感知和规避性能的研究与测试。
技术介绍
风切变是一种大气现象，是指大气中两点之间风速和风向上的变化，大小可以用两点间风速差除以距离或时间表示，包括水平风的垂直切变，水平风的水平切变，垂直风的切变。低空风切变是指600米以下的风切变，是与强对流天气、锋面天气、低急流、地理、环境因素有关的大气现象，严重危害飞机的起降过程。低空风切变由于发生突然、时间短、尺度小、强度大，当质量和惯性都较大的大中型飞机遇上时，往往由于飞行高度太低，缺乏足够的空间进行机动而发生事故。飞行中要求飞行人员能够及时的发现它并尽量避免,以确保飞行安全。对风切变建模研究是飞机安全驾驶研究的基础，为飞机遭遇风切变判断与逃逸提供理论基础，对减少飞机风切变相关的事故具有重要意义。相关文献《低空风切变下大型飞机建模、危险探测与控制律研究》中提出了基于涡环方法建立低空风切变模型，该方法是把风切变场视为不可压、无粘、无旋的位流场，这种基于涡环的方法涡环中心的强度是固定不变的。但考虑到实际的自然现象，风切变的中心强度并不是一成不变，它会随着时间的变化而变化，因此该模型与真实状况的风切变影响有很大差别，不能逼真的反映真实情况，进而不能有效测试飞机飞行各阶段对风切变危险感知和规避性能。
技术实现思路
专利技术创造的目的基于风切变对飞机飞行各阶段安全性能影响的严重性，以及现有模型存在的严重不足，本专利技术提出融合涡环和离散风模型的风切变模型设计。该设计改变了原有模型涡环中心风速固定的缺陷，更贴近实际自然现象，可通过调节涡环的中心速度，灵活构造不同的风切变模型。本专利技术以对飞机飞行各阶段的安全性能有威胁影响的风切变这一因素为研究对象，针对目前已提出相关模型的严重缺陷，提出改进的融合离散突风和涡环风切变模型，大幅提高了风切变模型与实际自然现象中的风切变的贴合程度，为模拟进行飞机飞行对风切变危险感知和规避性能测试提供了更为真实有效的风场。且本专利技术提出的风切变模型除涡环中心的风速可随时间的改变而改变，还可灵活调节涡环中心与离散突风模型中心的相对位置，从而改变飞机所受的风切变影响。相比于已有的风切变模型，本次专利技术的真实性和有效性都有了大幅度提高，更符合实际情况，对提高飞机飞行的安全性能测试结果的准确性和有效性具有重要意义。技术方案本专利技术的目的通过如下技术方案实现：一种融合涡环和离散风模型的风切变模型，主要包括微下击暴流模型和离散突风模型。所谓离散突风，是指短时间内大气中各方向的风速发生剧烈变化的气流。由于大气运动的不稳定性，风速是随时间发生变化的。在飞行品质鉴定、飞机强度计算和飞行控制系统设计中，广泛使用所谓的离散风模型。其中，微下击暴流模型将风切变视为不可压、无粘、无旋的位流场，不考虑温度变化。一种融合涡环和离散突风模型的低空风切变模型设计方法，包括微下击暴流模型和离散突风模型的设计，具体设计步骤如下：步骤一，在以跑道入口为原点、进近方向为+XR轴的跑道坐标系下建立涡环；所谓涡环是指由下沉气流产生，接近地面后向四周辐散开并卷起，在地面上方形成一个涡环区；设地面上方位于Op＝(xp,yp,zp)T，涡环半径为R的主涡环曲线方程飞机重心处的流线方程为其中，涡环强度Γ由预先设定的涡环中心垂直速度Vwz0和涡环半径R确定：Γ＝2RVwz0rmax、rmin为空间内任意一点OA到主涡环的最大和最小距离；F(k)为椭圆积分函数，其中：当0≤k≤1时，F(k)可以近似为：步骤二，取定涡环中心、涡环半径，以及中心垂直风速，可以得到涡环中心强度固定不变的涡环模型；步骤三，配置镜像涡环；为了使风矢量满足地面边界条件，即Vz＝0，在与主涡环中心相对于地面对称的位置配置镜像涡环；步骤四，引入离散突风模型；全波长的离散突风模型为半波长离散突风模型为离散风主要由突风尺度dm和强度vwm确定；而突风的梯度由下述公式计算，步骤五，调节步骤四所述的突风模型的突风梯度，风切变中心风速随时间变化，用于模拟风切变的时变特性；步骤六，调节突风模型的中心与涡环中心的相对位置，可以改变不同时刻风切变中心强度的大小，可以用于模拟整个风切变风场强度的大小。专利技术的优点本专利技术设计的风切变模型与现有的模型相比更符合实际情况，因此对飞机飞行的安全性能研究的验证与测试更具有有效性和真实性，为研究飞机安全驾驶提供了坚实的理论基础，对飞机遭遇风切变判断和逃逸提供了更为准确的测试环境，对减少飞机风切变相关的事故具有重要意义。本专利技术设计了一种融合涡环和离散风模型的风切变模型，该模型的涡环中心风速大小可随时间变化而变化，且突风模型中心与涡环中心相对位置可调节，从而改变风切变的大小和强度，从而使该模型更好的贴近现实自然情况，对飞机飞行的安全性能测试更具有效性。附图说明图1为跑道坐标系下微下击暴流模型原理图；图2为本专利技术风矢量横纵向剖面示意图。具体实施方式本专利技术提出的方案在MatlabR2010a环境下编程验证，融合涡环和离散风模型的风切变模型，主要包括微下击暴流模型和离散突风模型。所谓离散突风，是指短时间内大气中各方向的风速发生剧烈变化的气流。由于大气运动的不稳定性，风速是随时间发生变化的。在飞行品质鉴定、飞机强度计算和飞行控制系统设计中，广泛使用所谓的离散风模型。其中，微下击暴流模型将风切变视为不可压、无粘、无旋的位流场，不考虑温度变化。具体步骤如下：一种融合涡环和离散突风模型的低空风切变模型设计方法，包括微下击暴流模型和离散突风模型的设计，具体设计步骤如下：步骤一，在以跑道入口为原点、进近方向为+XR轴的跑道坐标系下建立涡环；所谓涡环是指由下沉气流产生，接近地面后向四周辐散开并卷起，在地面上方形成一个涡环区；设地面上方位于Op＝(xp,yp,zp)T，涡环半径为R的主涡环曲线方程飞机重心处的流线方程为其中，涡环强度Γ由预先设定的涡环中心垂直速度Vwz0和涡环半径R确定：Γ＝2RVwz0rmax、rmin为空间内任意一点OA到主涡环的最大和最小距离；F(k)为椭圆积分函数，其中：当0≤k≤1时，F(k)可以近似为：步骤二，取定涡环中心、涡环半径，以及中心垂直风速，可以得到涡环中心强度固定不变的涡环模型；步骤三，如图1所示，配置镜像涡环；为了使风矢量满足地面边界条件，即Vz＝0，在与主涡环中心相对于地面对称的位置配置镜像涡环；步骤四，引入离散突风模型；全波长的离散突风模型为半波长离散突风模型为离散风主要由突风尺度dm和强度vwm确定；而突风的梯度由下述公式计算，步骤五，调节步骤四所述的突风模型的突风梯度，风切变中心风速随时间变化，用于模拟风切变的时变特性；步骤六，调节突风模型的中心与涡环中心的相对位置，可以改变不同时刻风切变中心强度的大小，可以用于模拟整个风切变风场强度的大小，融合模型如图2所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种融合涡环和离散突风模型的低空风切变模型设计方法，包括微下击暴流模型和离散突风模型的设计，其特征在于，具体设计步骤如下：步骤一，在以跑道入口为原点、进近方向为+XR轴的跑道坐标系下建立涡环；设地面上方位于O

【技术特征摘要】
1.一种融合涡环和离散突风模型的低空风切变模型设计方法，包括微下击暴流模型和离散突风模型的设计，其特征在于，具体设计步骤如下：步骤一，在以跑道入口为原点、进近方向为+XR轴的跑道坐标系下建立涡环；设地面上方位于Op＝(xp,yp,zp)T，涡环半径为R的主涡环曲线方程飞机重心处的流线方程为其中，涡环强度Γ由预先设定的涡环中心垂直速度Vwz0和涡环半径R确定：Γ＝2RVwz0rmax、rmin为空间内任意一点OA到主涡环的最大和最小距离；F(k)为椭圆积分函数，其中：当0≤k≤1时，F(k)可以近似为：步骤二，取定涡环中心、涡环半径，以及中心垂直风速，可以得到涡环中心...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄翔，于超鹏，钱君，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32