不同B-V频率下的飞机尾涡数值模拟研究

为保障民航飞机的运行安全,探究大气分层对飞机尾涡的影响,对不同B-V频率和初始温度条件下的尾流演化进行研究。选择SST k-ω湍流模型,使用Fluent软件对自定义函数搭建的9种大气环境下的A333飞机尾涡演化进行数值模拟,并基于演化结果对飞行安全进行分析。结果表明:初始温度不同主要会引起尾涡初始强度的不同,但对尾涡发展影响较小。B-V频率主要作用于t′=1.5之后,使尾涡特征的演化产生差异。较大的B-V频率会诱使尾涡上方产生小尺度的次级涡旋,加速尾涡衰减,减小涡核间距。B-V频率的增大会引起尾涡下沉速率大幅减小,使前机尾流在后机的飞行航路上停留更久,从而增大尾流间隔。

机场跑道运行模式的管制模拟验证

为推进佛山新机场建设,保障机场的顺利建设和安全运营,针对民航与其他单位同场多跑道同场运行的相关模式展开基于管制员工作负荷评估的模拟验证。论文使用DRS航管雷达模拟机搭建仿真环境,依据前期计算机仿真模拟出的4种运行模式下的机场小时运行容量以及空域架构编制航班时刻表,组织管制员进行模拟练习。基于DORATASK法将记录的管制员工作负荷数据分为通信负荷、非通信负荷和思考负荷3大类与7个小类进行统计处理。结果表明,不同运行方向下的管制员工作负荷有所差异,多跑道的4种运行模式皆是科学可行的。

近地阶段ARJ21飞机尾流遭遇安全性研究

在实际管制运行中,为了缩短ARJ21飞机与前机尾流间隔,同时避免尾流遭遇危险事件的发生,选取前机机型为A330-200重型机,分别对ARJ21纵向和横向穿越前机尾涡场两种模式下的风险性进行了分析。首先建立了前机尾涡耗散与速度诱导模型,然后根据ARJ21遭遇尾流受力响应模型进行求解,分别计算出两种尾流遭遇模式下ARJ21整机、机翼、机身、平尾及发动机升力与力矩的变化,最后计算得出滚转力矩系数指标和过载增量指标进行安全性验证。结果表明:当ARJ21以ICAO(International Civil Aviation Organization)规定的尾流间隔纵向遭遇尾涡时,其滚转力矩系数小于0.04,过载增量与安全裕度之和小于0.5;在交叉跑道上空横向遭遇尾涡时,过载增量与安全裕度之和小于0.5,验证了ICAO尾流间隔标准的安全性。ARJ21跟随A330-200的尾流间隔较ICAO标准缩短2 481 m,缩减率为26.79%,有效提高了机场的运行效率。

不同侧风类型影响下的飞机尾涡数值模拟研究

在航空飞行中,低空风切变极易对处在起飞爬升或进近着陆阶段的飞机带来安全隐患,严重时会导致飞机失速甚至坠毁。低空风切变往往还具有持续时间短、尺度小、突发性强等特点。因此在中国民航和通用航空业高速发展的背景下,加强对飞机遭遇低空风切变的数值模拟仿真和研究具有重要意义和实际价值。采用SST模型并使用FLUENT计算尾涡演化,通过构建H-B尾涡耗散二维模型,应用ANSYS FLUENT UDF(user defined function)编译环境侧风不同的7种情况进行尾涡耗散机理的数值模拟,通过对比成都双流机场实地探测的尾涡发现在非线性垂直切变影响下侧风和涡诱导速度的叠加会导致尾涡对周围的压力分布不对称,引起尾涡对倾斜。

温度垂直递减率对飞机尾涡影响的数值模拟

为了更深入精确地研究航空器尾涡演变规律,保障航空器安全运行,本文采用数值模拟方法对不同温度垂直递减率下A330-300飞机尾流的耗散规律进行了研究。数值模拟选择SST(Shear stress transport)k-ω湍流模型,通过构建5种不同温度垂直递减率下的温度场,并在温度场内编译A330-300飞机尾流场实现不同温度垂直递减率下的演化。通过数值模拟结果与雷达探测数据的对比验证了数值模拟方法可靠性。计算结果表明,一般湍流强度下,不同的温度垂直递减率主要作用于尾涡衰减阶段,通过改变尾涡内外温度影响尾涡演化。温度垂直递减率越小,尾涡衰减区环量减小得越快;温度垂直递减率越大,尾涡下沉的速率越大,快速耗散后的涡核间距越大。

多机型组合下的尾流遭遇仿真研究

为更好地研究尾流的演化和遭遇,将数值模拟与后机响应相结合,进行不同机型组合下的尾流危险区研究。采用H-B(Hallock-Burnhan)模型模拟仿真尾涡流场,进行尾涡演化,提取全流场的时空信息。选取中国数量较多使用频繁的机型进行尾流遭遇分析,将滚转力矩系数作为尾涡遭遇安全评价指标,求解不同前后机的尾流间隔,并进行危险区的可视化。结果显示:不同机型组合下呈现出的尾流间隔相比于RECAT(re-categorization)-CN尾流间隔都有一定的缩减空间。同前机不同后机的机型组合下,由于后机气动力特性的不同,危险区的差异主要表现为纵向范围大小;不同前机同后机的机型组合下,危险区的宽度和长度的变化都存在一定的差异。使用数值模拟进行前机尾流演化能更好的探究尾涡危险区的变化趋势,更精确的计算尾流间隔。

中小机场群跨节点网络调度优化

目前我国的西南地区有50个民用机场,中小机场群的出现使机场空域冲突增多,使得管制协调量增大,出现航班延误等问题。为了解决中小机场群的管制协调问题,论文重新定义了延误的概念,通过模拟仿真航班的运行情况,使用一种基于航空器累积延误的联合跨节点网络调度方法,采用西南地区中小机场群航班运行情况为例,建立网络调度模型,对航空器的进离场进行合理的规划,本质上对累积了高延误的航班进行合理的优先排序来降低航班延误的方差的调度方法。