尾涡流场影响下的CSPRs配对进近侧向碰撞动力学分析

为研究近距平行跑道(CSPRs)配对进近侧向碰撞风险,首先结合非配对进近飞机的运动过程,建立配对进近飞机对的间隔模型,确定任意时刻飞机对之间的理论间隔值;其次分析飞机的尾涡流场特性,建立前机尾流的强度计算模型和消散模型,并分析飞机遭遇尾流后的响应机制,建立后机在前机尾涡流场内的力矩平衡模型,从而确定前后机的尾流安全间隔;然后分析飞机的侧向定位误差,得出飞机对之间实际间隔的概率分布,并建立侧向碰撞风险计算模型;最后利用模型分析配对进近过程中前后机之间侧向碰撞风险的变化情况。结果表明:侧向碰撞风险随初始间隔值、正侧风值增大而增大,随后机副翼偏转角度增大而减小,配对飞机对在到达跑道口时碰撞风险值达到最大。

模糊PID控制下的CSPRs配对进近纵向碰撞风险

为控制近距离平行跑道(CSPRs)配对进近的纵向碰撞风险,提高该程序的运行安全,首先,基于快速存取记录器(QAR)数据分析航空器在进近过程中的速度变化特征,拟合其在进近阶段的定位误差分布;其次,考虑前机的尾流影响,建立基于位置误差的配对进近纵向碰撞风险模型,计算得到前后机的最优纵向间隔;然后,使用Matlab的System Identification工具箱,拟合辨识发动机推力手柄角度和飞机速度变化的相关数据,得到其对应关系的传递函数,根据该函数设计模糊比例、积分、微分(PID)控制系统,通过控制前后机间的纵向间隔使碰撞风险维持在最低值;最后,使用Simulink仿真验证该控制系统。结果表明:模糊PID控制系统在响应时间、超调量、稳定性等方面的表现皆优于传统的PID控制系统,该模糊PID系统能在50 s内将前后机的纵向碰撞风险控制在最低值(1.72×10-38次事故/飞行小时),并且在整个配对程序的实施过程中维持该值。

基于计算流体力学的配对进近尾流安全间隔研究

为解决多变环境条件下通过单纯数学建模方法预测尾流存在精度不足的问题,首先,研究近距平行跑(CSPRs)道配对进近(PA)模式尾流安全区的基本要求;然后,通过建立运输机机翼尾涡流场,采用k-ε模型数值模拟计算侧风影响下的翼尖涡涡量场,得到配对前机尾涡空间分布特征,分析PA尾流安全区,提出基于计算流体力学(CFD)的PA尾流安全间隔计算方法;最后,以上海虹桥机场为例,采用数值模拟方法计算配对前后机分别为B747-400和B737-800,侧风风速3 m/s时的情况,验证该方法的科学性和有效性。结果表明:侧风可以加剧尾流的横向位移,配对后机可在配对前机上风方向跟进飞行避开尾流影响;当飞行环境一定时,前机翼展是PA最大尾流安全间隔值的决定性因素;基于CFD的PA尾流安全间隔计算结果能较好地拟合试验测量值,提高PA尾流安全间隔值的计算精确性;相同配对机型条件下,基于CFD的PA尾流安全间隔计算结果远小于现行尾流间隔标准。