多机场终端区进场交通流建模与仿真分析

为了揭示多机场终端区交通系统拥堵机理,从多机场终端区交通流基本运行特征出发,定义了空中交通流特征参数.考虑空中管制员的反应时间,运用跟驰理论和局域先到先服务原则,建立了符合管制认知的进场交通流模型.结合某终端区实例,在模型的基础上运用NetLogo仿真工具构建三维运行场景,通过实验统计交通流宏观态势演化过程中数据,分析了交通流特征参数关系以及配流、调速对终端区运行容量影响,挖掘了交通流特性及其相变规律.仿真结果表明:①流量与速度密度乘积存在显著的线性关系,进场交通流存在明显相变与迟滞特征,可划分为自由相、畅行相、伪拥塞相和同步拥塞相等基本相态;②配流、调速对终端区运行容量有显著影响.      

机场及终端区仿真优化系统建模及实现

对机场及终端区系统运行进行优化是缓解交通拥挤和延误的重要措施。采用解析模型,便于实现机场及终端区系统的优化,但由于建模过程中简化过多造成众多优化模型实用性不强。计算机仿真模型可以准确表征复杂系统的各种约束,但一般的空中交通计算机仿真软件都不具备优化功能。文中采用Arena仿真平台,对机场及终端区系统飞机运行过程进行分析和建模,同时在仿真模型中嵌入基于Memetic算法的优化模块,实现了集仿真和优化功能于一体的机场及终端区仿真优化模型。     

基于遗传算法的航班离港调度建模及仿真

针对目前机场容量与空中交通需求矛盾日益突出的问题,通过建立符合实际需求的离港排序模型.采用非线性优化技术给出较佳的离港航班序列,引入起飞序并以此作为优化推出时间的约束条件.仿真结果表明,文中采用的基于遗传算法给出了较佳的离港航班序列,比现行的"先达到滑行节点先服务"模式减少了离港滑行时间,并保证了滑行无冲突,减少整个机场的运行成本,可提高机场运行的能力,并为离港航班调度问题提供技术支持.     

基于可靠性理论的机场中间联络道位置优化模型

为了提高机场的运行效率,降低飞机在跑道上的占用率,对机场中间联络道最优位置的问题进行了系统的研究。分析了飞机的着陆滑跑过程,得到无效着陆滑跑距离。在此基础上,建立了基于可靠性理论的机场中间联络道位置优化模型。基于蒙特卡洛方法,对某种特定机型组合,通过Matlab软件对飞机着陆过程进行仿真模拟,以加权无效着陆滑跑距离为目标函数,从而得到中间联络道最优位置。最后结合湖南某机场实例,分析了在不同机型组合、不同形式中间联络道的情况下,中间联络道最优位置的变化情况。     

多机场终端区联合放行策略优化

多机场终端区内各机场之间共享某些离场空域资源.当这些公共资源容量受限时,各机场的离场航班需地面等待.为了降低延误损失,提出了一种多机场联合放行策略.在多元受限约束下,考虑机型、航班延误成本和机场优先级等因素,以最小化总延误成本为目标,建立多机场联合放行模型.用遗传算法求解模型,仿真结果表明该优化模型能合理规划终端区内离场航班的起飞时刻,减少了航空公司的运营成本.     

一种改进的航路容量评估模型

容量评估是进行流量管理的前提和基础.航路,作为目前国内空域结构的基本组成单元,其容量评估的准确性将直接影响到流量管理实施的效果.但是,针对军事活动因素对航路容量的影响,国内外研究成果甚少.文章在分析原有航路最大容量模型的基础之上,通过研究军事活动存在情况下航路的运行特性和运行方式,建立了有军事活动影响下的航路容量评估模型,通过对算例进行分析,验证了模型的有效性和可行性.      

基于竖向加速度响应的机场道面平整度评价及IRI标准反演

为了制定科学的机场道面平整度评价标准,提出一种基于竖向加速度响应的机场道面平整度评价方法并反演IRI标准。综合考虑飞机的竖向运动、俯仰和侧倾转动,建立6自由度的飞机整机动力学模型及振动平衡方程,并从飞机轮胎的几何滤波效应出发,采用"刚性滚子"轮胎接触模型的有效路形表征不平整道面;同时,构建飞机驾驶员、前舱位、后舱位和重心处的竖向加速度及其最大响应的计算模型,并采用Simulink仿真模块进行快速求解。以某代表C类飞机为例,在服从高斯分布的随机道面激励及不同滑行速度下,综合分析4个代表部位的最大竖向加速度响应的分布特性,建立其对应的非线性回归模型,并以波音公司疲劳标准为据,反演机场道面平整度的IRI标准值。结果表明:与现有标准相比,反演的IRI标准值更为宽松,且跑道的平整度标准比滑行道更严格,与实际中机场道面的平整度评价相吻合。     

基于MILP的飞机滑行排序的优化

提出了飞机滑行排序的优化问题,目的是最大限度减少滑行时间,提高机场运行效率.根据飞机在机场地面的运动规律,基于确定的滑行路径,考虑滑行路线冲突,建立了该问题的混合整数规划模型.讨论了该复杂优化问题的分解方法,给出了上海浦东机场地面网络的算例,验证了所做工作的实用性.     

面向航班高峰期的机场地勤车辆多阶段优化调度方法

在航班运行高峰时段内,地面服务需求更加集中,机场可调度的地勤车辆数量有限,可能引发航班延误,导致机场多方面损失。针对该问题,研究了地勤车辆多阶段优化调度方法,重点考虑摆渡车和加油车2种地勤保障车路由与时间窗口限制,以航班准点率及延误时间为评价指标进行优化调度。构建了具有4类节点和5类弧的容量-费用网络G1,通过设置合适弧容量及费用参数,确定最小费用流规划模型;采用拉格朗日松弛启发式算法对模型求解,通过不断寻优,设置对偶间隙初值、容许误差,最大迭代次数,输出预测结果;深入分析高峰时段的航班运行状态,构建基于时空网络的整数线性规划模型,优化第一阶段未服务航班的总延误时间;结合最小化最大值定理,构建单航班服务延误模型,将单个航班延误造成的损失降到最低。最后,基于实际航班数据,结合机坪平面布局开展仿真实验和验证,结果表明：利用优化调度得到加油车和摆渡车准时服务的最大航班数分别为30,131架·次,待服务航班的最小总延误时间分别为223,542 min,航班总延误下降21.56%,显著缩短航班延误时间,提升了机场场面的整体运行效率。     

空中交通管理与机场管理的衔接性

飞机作为高效的交通运输工具,相对于其他交通运输工具更加安全,随着我国人们生活水平的提高,无论企业还是个人选择飞机出行已经成为了大家日常出行普遍选择的交通方式.为了提高航空业的竞争力,应该做好空中交通管理与机场管理的有效合理衔接,文章结合个人工作经验和国内外航空运行情况,从技术和管理两方面分析了空中交通管理与机场管理的各自运行现状和之间的关系,从而为高效运行空中交通管理系统和机场管理系统提供参考和借鉴.     

公路隧道洞口结构因素对废气窜流的影响

为了给减弱公路隧道洞口废气窜流提供洞口土建结构设计方案,对洞口废气窜流影响的显著性因素进行了探讨,从洞口纵向错开不同距离、洞外设置不同位置及高度的挡壁等结构因素出发,借助计算流体动力学技术,进行了多因素异水平混合型数值模拟正交试验,探讨了不利自然风条件下洞外不同组合结构因素对洞1：7废气窜流的影响规律。结果表明：不同结构因素组合对废气窜流改善效果明显不同,洞1：7纵向错开改善窜流效果最为明显;在隧道出口侧设置有挡壁的所有组合结构均能较好地改善出口废气窜流,其中最有效的是同时在出口侧、中侧、入口侧设置与洞口等高的挡壁;仅在洞外中侧设置中间挡壁,其高度约为洞口高度的2倍时,可以有效改善废气窜流,其他情况下采用高挡壁结构的改善效果不佳;若同时在两隧道中侧与入口隧道侧设置挡壁则废气窜流改善效果差;若仅在入口隧道侧设置长挡壁,则加剧废气窜流。     

球形端面载体的催化转化器流动特性分析

建立球形端面载体的催化转化器内部流动数学模型,对其内部流场进行三维数值模拟计算,分析速度分布和压力损失情况,得出球形端面载体比垂直端面载体具有较好的流动特性,为进一步改进和优化载体结构提供重要信息。     

下穿飞机跑道地铁区间隧道附加荷载计算方法

为更加准确方便地计算飞机滑行过程中对下穿飞机跑道的地铁区间隧道最不利作用位置的附加荷载值，将飞机22个轮子的最不利滑动荷载峰值作为飞机静荷载作用集中力，运用布辛奈斯克理论公式求解22个轮载作用下的地层附加应力值，分析不同埋深条件下最大竖向附加应力的分布规律和量值变化规律。根据荷载-结构法与飞机附加应力的理论解，确定下穿飞机跑道地铁区间隧道附加荷载的最不利分布模式，并通过回归分析得到飞机附加应力q1、q5的简化计算公式。最后通过数值模拟的方法验证了布辛奈斯克理论公式的适用性。研究结果表明： 1）随着隧道埋深的增大，飞机最大竖向附加应力与隧道竖向围岩压力的比值先迅速下降，随后缓慢下降，当隧道埋深大于50 m时，飞机最大竖向附加应力与竖向围岩压力的比值较小； 2）不同隧道埋深下的飞机最大竖向附加应力值点位置基本一致，位于距离飞机最后一排轮子2.1~3.3 m的中轴线上； 3）飞机附加荷载最不利分布模式为近似对称梯形分布模式，此时飞机最大竖向附加应力值点位于隧道拱顶正上方； 4）简化后的附加应力q1与隧道埋深z呈负相关关系，q5与隧道埋深z、隧道洞径D呈负相关关系。     

生物岛-大学城沉管隧道灌砂试验及结果分析

 基础灌砂是沉管隧道施工中的重要环节,通过试验模拟灌砂过程,寻找各参数之间的相互关系,对原设计灌砂配合比进行验证分析。单孔灌砂时,除4个角外,管节模型底部砂盘溢出,砂盘表面平坦密实;双孔灌砂时,先灌砂孔部位发展相对较好,砂盘扩展充分。不同配合比砂盘的发展有所不同,同等灌砂压力下含砂量越高,扩散半径越小。砂基础承载力和密实度完全满足设计要求,但砂盘密实度由于不同的配合比有所差别,砂盘边缘处与冲击坑边缘处密实度相对较低。     

湿滑条件下基于真实纹理道面的机轮着陆滑水行为解析

湿滑条件下的着陆滑跑是航空事故的高发区。为较为真实地反映湿滑条件下机轮的滑跑行为，需要建立包含真实道面纹理特征的滑跑模型。在提取真实道面形貌特征的基础上，通过解析湿滑条件下的机轮滑跑行为进一步反算其遵循的摩擦关系，以获得更加接近真实条件的摩擦模型；然后运用欧拉-拉格朗日（CEL）算法建立基于真实纹理形貌特征的道面-水膜-轮组的流固耦合模型，以摩擦因数、动水压力为分析指标来探讨速度、滑移率、水膜厚度以及道面类型对机轮滑水行为的作用规律，进而为提高飞机着陆的安全性提供理论参考。研究结果表明：A320型飞机着陆可能滑漂的危险区段为刚刚着陆阶段，随着速度的降低，道面支撑力会逐渐增大，而动水压力将逐渐减小；随着滑移率的增加，动水压力呈现出先减小后增大的趋势，当滑移率为0.15时，动水压力达到最小；关于水膜厚度的影响，水膜厚度小于3 mm时不会发生滑漂，而水膜厚度大于10 mm时极可能发生滑漂；当水膜厚度为7 mm时动水压力与飞机滑行速度、滑移率的相关性较大，可视为机轮发生滑漂的临界状态；最后，在其他条件一致的情况下，各道面类型的抗滑性排序为SMA > OGFC > AC > 平滑道面。因此，湿滑条件下，控制飞机着陆的初始速度和滑移率是减小航空事故、提高机场安全运行的有力保障。     

停机区推出共用停止点设计优化

从停机区飞机推出共用停止点设计入手,采用减少航班推出时间的方法达到减少航班延误时间的目的。分析了飞机推出过程中存在的冲突问题,提出了在保证安全的前提下将停机位分组共享推出共用停止点,设计了使用推出共用停止点的规则。建立了推出共用停止点的数量与坐标的数学模型,设计了1种满足实际设计需要的层级递进搜索算法。通过算例验证了停机位分组推出共用停止点可以减少飞机推出时间。     

飞机牵引滑行入港安全运动路径生成及其轨迹跟踪控制方法

针对飞机紧急降落后无法继续利用自身动力滑行入港场景，研究使用牵引车牵引其滑行入港的方式，考虑牵引滑入时机轮与机场跑道及滑行道边缘的安全净距，分别提出适用于机型-机场匹配时的牵引车-飞机系统的铰接点过中心线(HPOC)法和不匹配时的飞机主起落架几何中心过中心线(GCOC)法，并基于2种方法建立运动学模型，在净距及飞机前轮转角约束下对系统转弯滑行入港运动进行轨迹规划。基于GCOC法建立连续非线性系统的轨迹跟踪模型，通过线性二次调节器(LQR)对不同权重系数及存在初始偏差的轨迹跟踪问题进行了研究。结果表明:牵引车以HPOC法牵引飞机在与其机型不匹配的机场滑行入港时，机轮会发生碰撞危险；而采用GCOC法时其运动轨迹可以满足跑道及滑行道边缘的安全净距要求。在对系统进行轨迹跟踪控制时，当将飞机主起落架几何中心的横、纵坐标权重系数Q₁、Q₂及表示飞机姿态的角度权重系数Q₃均设为100，而表示牵引车姿态的角度权重系数Q₄设为0时，即:Q＝(100，100，100，0)，该方法可将实际牵引滑行入港轨迹与参考轨迹的偏差保持在0.05~0.1 m以内，且能够在10 s左右抑制系统状态变量误差，并使控制变量达到稳定；同时能够在12 s左右修正系统的初始偏差，相较于单机偏差修正的10 s，具有可接受的效果。      

基于各方主体经济利益实现的长效治理超限超载对策研究

为了防止超限超载运输的反弹,有必要研究治理超限超载运输的长效机制。运用经济学原理,通过建立利润模型分析了治理超限超载对运输企业、道路经营者、低附加值产品生产者、原材料需求者相关利益主体的影响。提出只有超限超载中涉及各方利益主体的经济利益都能得到有效补偿,才能真正走出超限超载怪圈。保证资源流动过程动力链的连续性,是长效治理超限超载的根本;完善货运市场组织结构,建立良性的市场结构模式是长效治理超限超载的关键。实现上述条件的基础是,存在一个良好的有序竞争的货运市场。因此,治理超限超载不应仅仅停留在对车辆的查超上,应通过治理超限超载来整合整个货运市场,建立一个有序竞争的货运市场。     

基于波及延误的飞机路径随机优化模型

为了对航班延误进行有效的事前控制,挖掘后继航班独立延误对飞机路径整体延误的影响,建立了更加精确的独立延误和波及延误算法流程,侧重研究与航班计划变更无关的独立延误的统计分布.在拟合出航班独立延误服从对数正态分布的基础上,建立了以波及延误最小为目标函数的飞机路径随机优化模型.求解过程中通过已知分布将随机模型转化为确定性模型,降低了模型的求解难度.最后将该模型应用于国内某一航空公司运行数据,优化后的波及延误降低了28%,成本降低17.37%.结果表明,基于统计分析基础上的飞机路径优化模型可以提高航班计划的先行鲁棒性.      

Aeroelastic Effects in Multibody Dynamics

To enable a realistic assessment of the aeroelastic phenomena of aircraft, a simultaneous application of computational fluid dynamics (CFD), computational structural mechanics and flight mechanics has to be performed. Each discipline has developed powerful specialized tools which have to be adapted for multidisciplinary applications. The combination of CFD and elastic multibody systems is well suited for the simulation of a range of aircraft applications, especially for aircraft ground dynamics. Approaches to a coupling of elastic multibody systems and computational fluid dynamics have been performed using close coupling, that is a modal approach, and loose coupling, that is by co-simulation. In the article the applied programs and the coupling methods are presented. Advantages and limits of using multibody simulation as compared to the direct use of FEA methods for the representation of structural dynamics are discussed. Results of coupled steady and unsteady simulations are presented. Finally, an approach to the aeroelastic trim problem is shown.