尾涡流场及安全间隔的建模与仿真计算研究

论文摘要

依据动态尾涡间隔的概念,在国外研究成果的基础上,建立较为完善的尾涡形成模型、近涡消散模型、远涡消散模型和涡核运动模型,对前机诱导尾涡流场进行仿真计算和分析;建立了尾涡遭遇模型和安全间隔模型,对飞机队的尾涡安全间隔进行仿真计算和分析。在强度消散和涡核运动方面,本文将尾涡的消散和运动分为近场涡和远场涡两个阶段,提出一个近似的近涡消散模型来描述尾涡形成阶段强度的消散和涡核运动情况;在近地阶段,采用镜像涡方法一并考虑地面效应对尾涡形成、消散和涡核运动的影响,根据尾涡间距加大的程度来判断地面影响的强弱,较好地反映了地面效应对尾涡运动和消散的影响;在安全间隔方面,提出以抖动失速作为遭遇尾涡后改出过程的坡度角极限,根据输入的安全系数综合确定可接受最大坡度角,而不是简单地给出固定的最大坡度角或诱导力矩系数;最后依据所开发的仿真计算系统,对尾涡形成、消散、涡核运动、遭遇过程、安全间隔等参数的影响因素及影响程度也进行了计算分析和研究,包括大气湍流、层结特性、大气密度、前机机型参数、前机重量、前机速度、前机高度、后机速度、后机重量、后机高度、操纵性和稳定性、飞行员的反应时间、安全系数、飞机垂直和水平航迹保持能力等因素。这些影响因素对安全间隔都有一定的影响,在确定间隔时应综合予以考虑。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题研究目的和内容
• 第二章 尾涡流场的建模
• 2.1 尾涡的形成模型
• 2.1.1 尾涡的初始强度
• 2.1.2 理想无粘涡诱导速度
• 2.1.3 尾涡基准参数
• 2.2 近场尾涡消散模型
• 2.2.1 消散机理
• 2.2.2 尾涡开始消散时间
• 2.2.3 修正的近涡消散模型
• 2.3 考虑地效影响的远涡消散模型
• 2.3.1 粘性的影响
• 2.3.2 大气层结稳定性的影响
• 2.3.3 远涡消散模型
• 2.3.4 地面效应对尾涡消散的影响
• 2.4 涡核运动的计算模型
• 2.4.1 远地阶段涡核运动模型
• 2.4.2 考虑地效影响的涡核运动模型
• 第三章 尾涡流场的仿真计算与分析
• 3.1 尾涡流场的仿真计算
• 3.1.1 实际流体中的点涡诱导速度
• 3.1.2 实际流场中任意点诱导速度
• 3.2 仿真计算精度分析
• 3.2.1 消散模型精度分析
• 3.2.2 尾涡开始消散时间计算分析
• 3.2.3 涡核运动计算分析
• 3.3 尾涡流场的影响因素分析
• 3.3.1 尾涡初始强度的影响因素分析
• 3.3.2 开始消散时间的影响因素分析
• 3.3.3 尾涡消散的影响因素分析
• 3.3.4 尾涡运动的影响因素分析
• 3.3.5 前机诱导的尾涡流场分析
• 第四章 尾涡安全间隔的建模与分析
• 4.1 尾涡遭遇模式分析
• 4.2 诱导滚转力矩计算模型
• 4.3 响应过程计算模型
• 4.3.1 滚转加速度
• 4.3.2 滚转参数计算
• 4.3.3 滚转转动惯量
• 4.3.4 最大载荷估算
• 4.4 安全间隔模型
• 4.4.1 可接受最大坡度角的确定
• 4.4.2 最大坡度角的计算
• 4.5 尾涡安全间隔的影响因素分析
• 4.5.1 诱导力矩系数的影响因素分析
• 4.5.2 翼尖最大载荷的影响因素分析
• 4.5.3 安全间隔的影响分析
• 第五章 动态尾涡间隔的仿真计算
• 5.1 仿真计算工具的设计
• 5.1.1 开发平台简介
• 5.1.2 仿真计算工具的设计框架
• 5.1.3 仿真计算工具的界面
• 5.2 仿真系统功能模块的实现
• 5.2.1 尾涡流场的仿真计算
• 5.2.2 遭遇尾涡响应过程的仿真计算
• 5.2.3 安全间隔的仿真计算
• 5.2.4 指数坐标图的绘制方法
• 5.2.5 机体坐标系
• 5.3 动态尾涡间隔仿真计算工具的应用
• 第六章 总结
• 6.1 本文工作的总结
• 6.2 研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 参加项目情况
• 发表论文情况