飞机巡航阶段尾涡遭遇安全性多参数评估方法

分析了飞机遭遇尾涡后的响应机理，综合考虑飞机滚转阻尼特性及操纵品质等因素，建立了飞机滚转角加速度计算模型；因飞机遭遇尾涡后飞行轨迹及飞行姿态发生改变，选择了多个扰动参数评估尾涡遭遇安全性，建立了飞机动力学参数计算模型；为确定尾涡遭遇可接受安全水平，基于国内现行尾流间隔标准，统计了中低空典型机型组合的尾流遭遇受扰参数计算数据；分析了高空尾涡流场演化特性，计算了高空巡航状态下的尾流安全间隔，分析了不同因素对飞行安全的影响。研究结果表明:与中低空相比，高空尾涡流场的初始强度大，持续距离长，飞行高度超过9 000 m后，尾涡消散随高度的增大而加快；当前机为超级重型机、重型机，现行尾流间隔无法保证飞行安全，需增加安全间隔1.4~2.1 km，飞行高度分别超过13 800、14 400 m后，尾涡遭遇严重度降低；当前机为一般重型机时，尾流安全间隔可缩减1.5 km以提高空域利用效率；当前机为中型机时，尾涡遭遇安全性较高，但此时受最小雷达间隔限制，无法进一步缩减前后机间距；后机的飞行速度越低，发生尾涡遭遇的严重程度越高；在后机初始滚转坡度角由0增加到10°的过程中，尾涡安全间隔增加1.3 km，增加幅度约为8.61%。可见，采用多个受扰参数能有效评估高空尾涡遭遇严重程度。      

编队飞行中基于危险区域的后机最优位置研究

编队飞行是实现民航绿色发展的重要措施之一。在前机尾涡危险区域分析的基础上，科学确定后机最优位置是编队飞行的关键。首先，以随机两阶段尾涡消散模型为基础，利用Hallock-Burnham涡模型和诱导滚转力矩系数模型分析后机诱导滚转力矩系数的演变规律。然后，基于设定的安全阈值，给出前机尾涡危险区域，并考虑飞行高度、速度和风对危险区域的影响。最后，基于后机不同位置处的燃油流量减少率，得出编队飞行中后机最优位置。研究结果表明：后机诱导滚转力矩系数随着前、后机之间横向距离的增加，呈先增后减再增的趋势；随纵向距离的增加，呈先缓慢减小后快速减小的趋势；高度越高、速度越小，诱导滚转力矩系数的峰值越高。飞行高度越高、速度越小，前机初始尾涡的危险区域越大；随着纵向距离的增加，危险区域不断减小，并随涡核的下沉不断下降。侧风使危险区域发生偏离，侧风越大，偏离程度越大。顺风会增加危险区域的纵向距离，顶风则与之相反。两架B737-800飞机在12000 m高度以0.78马赫数进行编队飞行时，前、后机纵向距离3000m处，无风情况下后机最优位置为横向距离30 m 或-30 m、垂直距离29 m，此时燃油流量减少率为7.01%。相较于无风，左侧风20 m·s -1 下，燃油流量减少率和垂直距离不变，横向距离增加；顺风20 m·s -1 下，燃油流量减少率增加，横向距离不变，垂直距离减少；顶风20 m·s -1 下，燃油流量减少率减小，横向距离不变，垂直距离增加。     

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飞机在飞行中形成的翼尖涡会使跟进的后机发生倾斜、滚转、失速等影响飞行安全的情况. 通过对尾涡机理的分析,本文建立了尾涡消散模型、运动模型,采用镜像涡方法,根据涡核间距加大的程度来评估地面效应影响的强弱,较好地反映地面效应对尾涡运动和消散的影响. 基于建立的模型,对尾涡流场进行仿真计算,计算结果与激光雷达实测或大涡模拟结果基本一致. 与常用的大涡模拟方法相比,文中计算模型具有形式简单、速度快的优点,可以用在机场尾涡间隔系统研究中.     

基于多质点模型的重载列车动能闯坡性能

采用列车多质点纵向动力学模型,研究了列车初速度、列车编组、坡道长度与坡度对列车动能闯坡性能的影响,并与列车单质点模型进行了对比分析,然后结合具体算例对比了2种模型在动能闯坡最大牵引质量方面的差异。分析结果表明:列车闯坡初速度越大,闯坡性能越优;列车闯坡性能随列车编组、坡道长度与坡度的增大而变差;2种模型列车闯坡最低速度的差异随列车闯坡初速度的减小而增加,初速度为60km·h-1时单质点与多质点模型的列车闯坡最低速度相差5.29km·h-1;列车编组、坡长与坡度越大,单质点模型的计算结果越保守;基于单质点模型的列车最大牵引质量为8 250t,基于多质点模型的列车最大牵引质量为8 750t,后者比前者增加了6.1%;建议采用列车多质点纵向动力学模型计算列车动能闯坡最大牵引质量。     

盾尾密封系统防水失效特性试验与模拟分析

盾尾密封系统的防水密封性能是影响盾构施工安全的重要因素，为分析其防水失效特性，设计了盾尾密封系统室内模型试验，并基于计算流体力学建立了对应的盾尾密封系统仿真模型。分析了在外部水压侵入过程中水油两相流体的体积分布、压力场和速度场变化，探究了盾尾结构参数、尾刷参数、油脂参数对密封性能的影响规律。结果表明：增加盾尾刷道数可有效提升防水能力；在防水失效过程中，在盾尾刷处出现流速的峰值点，流速的扩展分布与水侵入的体积分布具有一致性；盾尾刷渗透率、油脂粘度是影响初始漏水时间的敏感性因素；通过减小盾尾刷渗透率、增大油脂粘度，可有效延迟初始漏水时间，提升盾尾密封系统防水能力。     

激光雷达选址对飞机尾涡特征参数反演的影响

为了提高距离高度显示器模式激光雷达的尾涡探测与反演精度,提出了基于涡核区域分割的机场激光雷达最佳选址求解算法,研究了激光雷达横向和纵向安装位置对尾涡反演精度的影响;考虑尾涡消散和下沉影响,建立了激光雷达动态回波数据仿真模型;推导了尾涡区域分割径向距离公式,根据区域分割后的速度极值点确定了尾涡涡核位置;对涡核位置进行探测...     

转弯航路碰撞风险模型

引入时间变量和时间间隔变量,分析了飞机之间任意时刻的标称间隔和碰撞风险,建立了基于时间间隔分布、飞机流率、机型比例与转弯角的碰撞风险模型,计算了转弯航路的碰撞风险,分析了不同参数对碰撞风险的影响.分析结果表明:碰撞风险是随着航段起始点到转弯点的距离与飞机流率的增大而逐渐增大,随着飞机到达转弯点的最小时间间隔的增大而逐渐...     

近距平行跑道间隔确定方法

应用最不利环境下的尾流运动特性,研究了近距平行跑道相关平行进近模式下配对飞机斜距、进近下滑角和机型组合对跑道间隔的影响,利用最小尾流间隔标准和NASA侧风统计数据,并根据机型参数,提出了跑道中心线间距和跑道头错开间距的确定方法.分析结果表明:当配对前后机的斜向间隔标准一定时,跑道头错开间距随中心线间距和配对后机下滑角的增大而减小;当配对前后机下滑角相同时,跑道头错开间距随中心线间距和斜向间隔标准的增大而减小;当跑道中心线间距为380m,前后机下滑角均为3°,斜向间隔标准为2 780m时,长沙黄花国际机场跑道头错开间距应不小于1 483 m,符合国外已授权机场跑道参数.     

带附体圆柱的涡激振动特性研究

以带鳍状物附体二维圆柱为研究对象,采用动网格技术,通过FLUENT自定义函数接口进行流场与结构间的数据交换,对其涡激振动特性进行了数值研究.数值分析前,以裸圆柱为模型进行了计算并将结果与已有的实验数据进行了对比,验证了本文算法的有效性和准确性.数值计算中,分别对初始分支、超上端分支及下端分支条件下的带附体圆柱在不同来流攻角的涡激振动特性进行了研究.计算结果表明,对于初始分支与超上端分支,附体的存在能够减小圆柱的横向振动;下端分支在小来流攻角情况与初始分支类似,但在大来流攻角时附体的存在会增大圆柱的振动幅值.     

基于涡激振动的动车组隧道内列尾横向晃动机理

针对时速160 km动车组在单线隧道内列尾横向晃动问题,提出列尾气流涡脱效应引起车体涡激振动而导致列尾横向晃动的机理,研究了车辆悬挂参数改进等相关抑制措施;根据某动力车结构参数,建立车辆横向动力学模型,结合半经验非线性涡激振子模型,实现涡激振动时车辆流固耦合横向动力学计算。计算结果表明:单线隧道内动车组列尾较大的横向涡激力以及涡激频率与车体蛇行频率共振是引起晃车的主要原因;减小横向涡激力、提高车辆蛇行运动稳定性是减小晃车幅值的有效措施;针对该动力车,需避免较低等效锥度的轮轨接触,以防车辆一次蛇行导致涡激振动加剧;当转向架抗蛇行减振器阻尼由800 kN·s·m-1减小到400 kN·s·m-1,涡激共振时车体后端横向振动加速度幅值减小40%;车辆二系横向悬挂采用天棚阻尼半主动控制时,可以有效减小涡激共振区车体横向振动幅值,并能兼顾车体前后端横向平稳性。      

低空空域飞行冲突风险研究

为了确定低空空域内航空器飞行的安全间隔和风险概率,基于国际民航组织标准和我国民航局规定,根据航空器动力学原理,采用看见避让(see and avoid)原则,在飞行规则、能见度要求、反应时间、航空器速度以及盘旋坡度角或航空器爬升角度等约束条件下,建立了同高度对头飞行冲突和交叉飞行冲突的冲突避让轨迹数学模型,并根据HCR(human cognitive reliability)理论建立了飞行员反应失效概率模型.数值分析结果表明,低空空域航空器同高度对头相遇存在一定的违反安全间隔的风险概率,而同高度交叉相遇飞行的航空器能安全解脱冲突.     

一个鲁棒性冲突解脱轨迹规划模型

针对固定航路飞行条件下高密度运行空域多航空器实时冲突解脱轨迹规划问题,为了获取高空风场数值及增强航空器冲突解脱轨迹的鲁棒性,根据航空器的运行状态构建了高空风场线性和非线性滤波模型.采用模型预测控制理论,通过将预测模型的校正过程转化为高空风场数值的滤波过程,在给各航空器设定解脱优先权重及考虑两类解脱变量物理约束条件的前提下,从航空器的动态协同特性出发,构造能够反映控制输入量优劣的指标函数,提出一种能够适应空域环境变化的冲突解脱航迹在线滚动规划方案.算例分析表明,所提出的在线解脱轨迹规划方案可行有效.     

一种基于机载数据的民用航空器飞行阶段划分方法

为有效解决民用航空器的机载快速存取记录器(QAR)航迹数据中飞行阶段出现错误划分的情况,通过航空器气动构型和垂直运动态势变化提出了飞行阶段重新划分方法,具体分为4个步骤:数据预处理、垂直运动态势划分、飞行状态特征模型构建和飞行阶段重新划分;使用基于DBSCAN的局部遍历聚类方法对气压高度变化趋势进行聚类分析,划分垂直运...     

离场航空器四维航迹预测及不确定性分析

为了加速基于轨迹运行概念的实施,提出了基于连续动态模型与离散动态模型的航迹预测方法,并将航空器离场分为起飞与爬升两个阶段,实现离场航空器四维轨迹预测.通过深入分析模型构建、航空器意图、初始状态、性能参数以及环境信息等因素,降低了四维航迹预测的不确定性,提高了预测精度.以国内执飞ZSPD-ZUCK的CQH8867航班为实例进行验证,考虑了起飞质量、爬升顶点信息以及风速风向等对航迹预测的影响,以位置误差与时间误差作为评价指标,研究结果表明:本文提出的算法可以将到达离港点时刻的误差控制在1 min以内,满足空中交通管理的需求.      

低空空域飞行冲突避让算法

为了预防航空器在低空空域飞行中发生相撞，根据空中交通管理规则的飞行间隔规定，采用速度矢量三角分析法，分析了避免冲突的基本条件，确定了航空器B与航空器A的速度矢量关系，提出了调整速度和改变航向两种解决方法，推导出速度和航向改变量的计算公式。通过系统演算和DRS-98型雷达管制模拟机的验证表明，在任何情况下都能够使用改航法避让飞行冲突，航空器之间的距离和航向差越大，航向的改变量就越小；当航空器之间的距离大于6倍的飞行间隔时，应当使用调速法避让飞行冲突，这样航空器可以继续保持原定的飞行航线。     

船后伴流场影响因素的数值研究

以某型集装箱船为研究对象,使用PARNASSOS软件进行了船后伴流场影响因素的数值研究.采用GMS软件为前处理器,采用NAPA软件的Transformation模块进行线型变换,并将所建模型导入PARNASSOS进行伴流场的计算;计算结果与实验值比较,验证了该方法的有效性.在此基础上,以平均伴流和伴流目标函数（WOF）作为计算结果的衡量标准,依次研究了方形系数、尾部U,V度、船体长宽比、航速和桨盘面位置等对伴流场的影响.