微下沖氣流工程化仿真建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬飛機(jī)飛行環(huán)境仿真及計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種微下沖氣流工 程化仿真建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微下沖氣流是對飛機(jī)飛行危害最大的一種風(fēng)切變形式，特別是位于低空正在起降 的飛機(jī)，它是一個W垂直風(fēng)為主要特征的綜合風(fēng)切變區(qū)?，F(xiàn)代飛機(jī)對于風(fēng)切變的探測依靠 機(jī)載前視風(fēng)切變氣象探測雷達(dá)實現(xiàn)，并需要有一定的預(yù)警能力。然而由于微下沖氣流的隨 機(jī)性，它的產(chǎn)生難W預(yù)測和捕捉，實測較為困難，所W對于微下沖氣流的研究大多通過仿真 模擬來實現(xiàn)。在進(jìn)行微下沖氣流仿真時，大氣擾動風(fēng)場的建模是一個重要組成部分。目前， 關(guān)于微下沖氣流的風(fēng)場建模主要采取二種模型；第一種模型是W實測風(fēng)場數(shù)據(jù)形成的風(fēng)場 數(shù)據(jù)庫建立的風(fēng)場模型，該類模型只能反映當(dāng)時的風(fēng)場特征，不能反映微下沖氣流的本質(zhì) 特征；第二種模型是基于流體力學(xué)和大氣動力學(xué)原理建立數(shù)值模型，模擬風(fēng)場發(fā)生的全過 程，其形式是非線性微分方程，該種模型對系統(tǒng)要求較高，求解非常復(fù)雜，一般難W滿足實 時性。上述缺陷，不能反映微下沖氣流的本質(zhì)特征，無法滿足風(fēng)場實時計算的要求，因此必 要提出改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題；提供一種微下沖氣流工程化仿真建模方法，能更準(zhǔn)確反 映出飛機(jī)起降過程中微下沖氣流速度與方向的變化情況，能真實地反映出飛機(jī)所處風(fēng)場的 動力學(xué)特性。
[0004] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案；微下沖氣流工程化仿真建模方法，包括微下沖氣流數(shù)學(xué) 模型和飛機(jī)在微下沖氣流中的影響計算模型兩部分，同時考慮地效的影響和微下沖氣流強(qiáng) 度的影響；其中，微下沖氣流數(shù)學(xué)模型主要為對微下沖氣流的=維數(shù)學(xué)模擬，W大量數(shù)據(jù)的 形式描述微下沖氣流中氣流速度與方向的變化情況，飛機(jī)在微下沖氣流中的影響計算模型 則根據(jù)飛機(jī)在微下沖氣流中所處的位置，實時計算飛機(jī)當(dāng)前所受到的氣流影響。
[0005] 具體包括下述步驟：
[0006] 步驟一，根據(jù)微下沖氣流的強(qiáng)度設(shè)置值計算本次仿真微下沖氣流的相關(guān)參數(shù)：
[0007] 計算實際微下沖氣流強(qiáng)度n"MT= n mmX15〇%
[000引其中，Hmm為設(shè)置的微下沖氣流強(qiáng)度，其取值范圍為0~100,0表示最弱，即無微 下沖氣流，100表不最強(qiáng)；
[0009] 步驟二，計算微下沖氣流禍半徑Rmbv，W及微下沖氣流作用直徑D"b，單位；英尺，計 算式如下：
[0012] 步驟S，計算微下沖氣流的頂端高度H"e，w及微下沖氣流的禍流中屯、離地高度H"。，單位；英尺，計算式為：
[0015] 步驟四，W跑道坐標(biāo)系作為參考坐標(biāo)系，計算飛機(jī)與微下沖氣流的相對位置關(guān) 系：
[0016] 1)計算微下沖氣流中屯、在跑道坐標(biāo)系中的X、y軸坐標(biāo)；
[0017] 2)計算飛機(jī)相對微下沖氣流中屯、距離在跑道坐標(biāo)系中的X、y軸分量；
[0018] 3)計算飛機(jī)相對于微下沖氣流中屯、的水平距離，單位；英尺；
[0019] 4)根據(jù)微下沖氣流參數(shù)和飛機(jī)與微下沖氣流中屯、的相對位置關(guān)系，進(jìn)一步計算飛 機(jī)所在位置的微下沖氣流影響因子：
[0020] a)計算飛機(jī)所在位置微下沖氣流距離因子，計算式為：
[002*1] ImBNR = S ACZT 乂民顯-)
[0022] b)計算飛機(jī)所在位置微下沖氣流高度因子，計算式為：
[0023]雨"，=/?///,,"(.
[0024] 其中，h為飛機(jī)的無線電高度；
[0025] 步驟五，計算飛機(jī)所在位置微下沖氣流地效因子，根據(jù)飛機(jī)無線電高度插值獲取， 關(guān)系式為；
[0026] e mbge= f MBGE似
[0027] 步驟六，根據(jù)飛機(jī)所在位置的距離因子和高度因子，插值計算飛機(jī)所在位置微下 沖氣流的水平風(fēng)分量和垂直風(fēng)分量W胃W，單位；英尺每秒，關(guān)系式為：
[0030] 3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的微下沖氣流工程化仿真建模方法，其特征在于；上述步 驟五中，
[0031] 1)對微下沖氣流的水平風(fēng)分量和垂直風(fēng)分量進(jìn)行修正，計算式為：
[0034] 2)計算微下沖氣流在跑道坐標(biāo)系中分量[Vx"VzMB]，單位；英尺每秒，計算式 為：
[003引 其中，
[0039]-0ta為微下沖氣流中屯、傾斜角，單位；弧度；
[0040] 扣計算微下沖氣流在地理坐標(biāo)系下的風(fēng)速[V"MsV胃VmbJ(北一南，東一西，上一 下，單位：英尺每秒），計算式為：
[0044] 其中，
[0045] 1]^,為跑道方位角。
[0046] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比事先建立好完整的微下沖氣流數(shù)學(xué)模型，并預(yù)留了充分的 外部接口，通過外部接口對模型進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置和調(diào)用，具有簡單易用，運算速度快的特 性。
【附圖說明】
[0047] 圖1為微下沖氣流作用示意圖；
[0048] 圖2為微下沖氣流數(shù)據(jù)模型示意圖；
【具體實施方式】
[0049] 下面結(jié)合附圖1、2描述本發(fā)明的一種實施例。
[0化0] 在微下沖氣流仿真過程中，微下沖氣流中屯、的位置、方位、強(qiáng)度W及微下沖氣流中 屯、軸傾斜角度等參數(shù)可W根據(jù)當(dāng)前仿真需要進(jìn)行調(diào)整設(shè)置。
[0051] 首先，根據(jù)微下沖氣流的強(qiáng)度設(shè)置值計算本次仿真微下沖氣流的相關(guān)參數(shù)。
[0052] 1.計算實際微下沖氣流強(qiáng)度nMBIT;
[005引 q皿口=q皿iX150% (1)
[0054] 其中，
[0055] -iImbi為設(shè)置的微下沖氣流強(qiáng)度，其取值范圍為0~100,0表示最弱，即無微下沖 氣流，100表示最強(qiáng)；
[0056] 2.計算微下沖氣流禍半徑R胃（單位：英尺），W及微下沖氣流作用直徑(單位： 英尺），計算式如下：
[0化9] 3.計算微下沖氣流的頂端高度單位；英尺），W及微下沖氣流的禍流中屯、離 地高度H"b。（單位：英尺），計算式為：
[0062] 微下沖氣流的危害主要體現(xiàn)在飛機(jī)的著陸階段，所W微下沖氣流的位置通常被設(shè) 置在跑道附近。因此，在計算飛機(jī)與微下沖氣流的相對位置關(guān)系時使用跑道坐標(biāo)系作為參 考坐標(biāo)系。
[0063] 1)計算微下沖氣流中屯、在跑道坐標(biāo)系中的x、y軸坐標(biāo)XgipYsM(單位英尺）：
[0067]其中，
[0068] -Smb_"為微下沖氣流中屯、距跑道原點的距離，單位；英尺；
[0069] 為微下沖氣流中屯、方位角，單位；弧度；
[0070] 。計算飛機(jī)相對微下沖氣流中屯、距離在跑道坐標(biāo)系中的x、y軸分量Xt、Yt(單位： 英尺），此處不考慮微下沖氣流中屯、軸的傾斜角度，計算式為：
[0074]其中，
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