空中交通中的尾流大涡数值模拟及消散预测算法研究

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1、中国民航大学硕士学位论文空中交通中的尾流大涡数值模拟及消散预测算法研究姓名：赵鸿盛申请学位级别：硕士专业：交通运输规划与管理指导教师：徐肖豪20080402中国民航大学硕士学位论文摘要尾流会对跟进航空器的安全造成威胁，对尾流流场和尾涡消散物理过程的理解，是制定准确、恰当的空中交通中尾流间隔的重要理论依据。本文用大涡模拟方法对三维机翼模型的尾流场进行了数值模拟。数值模拟的来流速度、迎角和定解条件等重要参数以航空器尾流事故高发的进近阶段为依据，数值模拟的结果验证了涡核的迸裂消散，涡对的连接消散(Crow关联)和涡对的下沉现象。发现了在Crow关联发生后的涡对消散

2、的不对称性，并分析了原因。尾流间隔是增大跑道容量的主要限制因素之一，为了在保持安全水平的前提下有效的增大跑道容量，可以对尾流消散进行动态预测，并据此缩减尾流间隔。本文研究了一种尾涡消散动态预测算法，该算法考虑了真实大气的大气分层、湍流、侧风、迎面风、风切变以及地效影响，并用一阶后向差分对该算法进行了离散化改进：在改进算法的基础上，对进近阶段尾流的消散在Matlab中进行了仿真计算；计算结果复现了尾涡的下沉现象和侧风对尾涡传输的线性累积效应。本文对现存的尾流间隔缩减系统进行了广泛的调查研究，并深入剖析了五种主要的尾流间隔缩减系统的关键技术，并根据其采用的技术不

3、同将其分为两类：基于偏置进近程序的尾流间隔缩减系统，和基于动态预测的尾流间隔缩减系统。关键词：尾涡尾流间隔大涡模拟消散动态预测偏置进近程序中国民航大学硕士学位论文ABSTRACTWaketurbulenceisagreatmenacetothesafetyoffollowingaircraft．Thus，inordertoconstituteappropriatewakevortexseparationinairtrafficwithfullrationale，itiSimportanttounderstandthephysicalbehaviorofwak

4、evortexandwaketurbulence．Theauthorsimulatedthewaketurbulenceofathree-dimensionalwingmodel、^，itllLargeEddySimulation．Angleofattack,initialconditionsandboundaryconditionsofthesimulationarebasedonthephysicalconditionsofapproachoftheaircraft．Burstdissipationofvortexcore，Crowlinkageofvo

5、rtexandthesinkageofvortexpairareobservedintheresultofsimulation．Furthermore，unsymmetricalbehaviorofthevortexcoredissipationafterCrowlinkagewasdiscovered，possiblereasOnswereanalyzed．Wakevortexseparationisoneofthemainlimitationsofrunwaycapacityincrement．Inordertoaugmentrunwaycapacity

6、whilemaintainingsafety,wakevortexseparationcanbereducedbasedondynamicpredictionofitsdissipation．Firstly,theauthoranalyzedanalgorithmofdynamicpredictionofwakevortex，whichtakesthefollowingfactorsintoconsideration：stratification，turbulence，crosswind，headwind，windshearandgroundeffect．S

7、econdly，theauthorimprovedthealgorithmwithbackwarddifferenceequationandprogrammedtheimprovedalgorithminMatlabandsimulatedacaseofwakevortexdissipationduringanapproachofanaircraft．Theresultsofthesimulationvalidatedthesinkagephenomenonofwakevortexpairandalsorevealedthelinearaccumulatio

8、nofthelateralpositionofthe