PBN飞行程序设计中障碍物评价辅助软件的开发研究

为了提高基于性能的导航(PBN)飞行程序设计的工作效率,考虑到PBN飞行程序设计的主要工作是用有垂直引导的进近程序障碍物评价面(APV-OAS)来评价障碍物,因此开发的障碍物评价软件具有自动进行障碍物评价工作的功能。经过测试和使用验证,此软件的计算结果正确、精度符合飞行程序设计的要求。此软件,在一定程度上,降低了PBN飞行程序设计的计算复杂度,提高了飞行程序设计的效率。

人工神经网络在飞行间隔控制中的应用

神经网络技术在自动控制领域得到广泛应用。鉴于空中交通管制的理论及技术特点,本文探讨了实现飞行间隔预测控制的神经网络模型及技术条件,尤其是提出了在多扰动环境中飞机速度、位移函数的构建方法,借助Matlab工具实现了仿真和验证。结果证明,神经网络的自学习功能能够很好地处理这类复杂的控制问题。

四川盆地低空飞行飞机积冰的气象条件分析

利用常规气象资料和机载温度探测资料(OAT),对2015—2016年冬季四川盆地7次低空飞行(3000m以下)飞机积冰的个例进行了诊断分析。结果表明:冬季在四川盆地内3000m以下飞行,导致飞机积冰的环流形势包括冷锋型、低槽型、西南气流型以及弱脊型,其中前三种形势更有利于中度积冰的产生。飞机积冰均发生在穿过温度小于0℃的云中,出现中度积冰的温度范围在-4^-2℃,轻度积冰温度范围在-1~0℃,在这一温度范围内,相对湿度越大越有利于积冰的产生,其中产生中度积冰时相对湿度均在90%以上。在有利的环流形势以及一定的温度和相对湿度条件下,垂直上升气流速度在-1.0^-0.05Pa·s-1之间更有利于中度积冰的产生,-0.05~0Pa·s-1之间更有利于轻度积冰的产生。

湍流动能的产生与飞行中严重的晴空颠簸

基于湍流动能倾向方程,推导出了其只含风切变和大气稳定度的简化方程.根据收集到的100例飞行中晴空颠簸的实际资料,利用环境技术应用(ETA)模式对该简化方程进行了检验.研究表明,仅利用湍流动能的产生预测晴空颠簸并不一定有效,而需要对湍流动能的产生项进行诊断.预报颠簸时,湍流动能倾向方程中的耗散项不能忽略;ETA模式的垂直分辨率和模式的设计者给定的大气稳定度对预报的准确性也有影响.

基于多目标规划的低空飞行服务站选址

为改变行政区域划设模式,实现大规模低空飞行服务站选址优化,通过分析完整的低空飞行服务流程,采用聚类方法描述低空飞行服务需求,确定了低空飞行服务站选址的基本准则和约束限制,建立了以服务成本最小化、服务响应时间最短、服务覆盖面积最大和重复覆盖最低的静态优化选址模型;采用“理想点”切入方式,设计了多目标遗传选址算法,搜索最优选址解集。最后,通过算例分析验证模型和算法的优化效果。结果表明:多目标规划更贴近低空飞行服务实际生产的要求,遗传算法更好协调了四个目标函数之间的关系,实现整体最优,且降低了求解的时间复杂度。

应用模糊综合评价法对机场活动区管理的研究

基于国内外对民航机场活动区管理研究现状和我国民航当局当前对机场活动区安全管理的相关法律规章,结合机场活动区内的航空器、作业车辆和人员之间的实时动态运行特性,全面分析了机场活动区管理的影响因素,建立了基于模糊综合评价的机场活动区管理的数学模型,采用定性和定量相结合的方法确定了评估机场活动区管理方法的各评价指标体系,运用层次分析法确定各评价指标的权重,构建了机场活动区管理的模糊综合评估步骤,提出了操作性较强的机场活动区正常运行和应急响应事件的管理方法和应对措施,研究的结论有助于提高机场活动区紧急事件的响应能力,促进机场活动区飞行安全和使用效率;同时结合运行实例,对提出的模糊评估方法和评估指标体系进行验证.

对流层-平流层之间过渡层中臭氧含量及其加热率的变化研究

利用1958～2001年共44年的ECMWF资料及参数化方法,计算了对流层顶上、下3km气层间的臭氧含量及其吸收太阳辐射加热率的时空分布.结果表明:(1)臭氧分布的空间梯度从赤道指向两极,而加热率则是分别由高纬和低纬指向副热带,这样的经向梯度可能是驱动对流层顶结构变化的一种重要因素;两者空间分布的季节变化显著,但其对应关系并不完全一致,1月和4月的空间结构与7月和10月的相反,随季节调整具有突变现象;东亚及青藏高原是季节变化相对稳定的区域.(2)在热带对流层顶控制区加热率与臭氧含量呈正相关,而极地对流层顶控制区各季节有所不同,还与太阳赤纬变化相关联;各纬度间加热率季节变化的位相和变率都存在差异,但南半球相对较为一致,最大距平为±2×10-4K.d-1,北半球则较复杂,最大正距平为4×10-4K.d-1;两半球的季节周期位相趋于相反.(3)除赤道外,臭氧距平的季节变化位相超前于加热率距平2～3月,并且发生在季节变化的调整期;最大距平出现在南极的8月大于0.4DU,3～4月则小于-0.2DU,而北极为±0.2DU.(4)臭氧含量和加热率的年际与年代际演变关系对应一致,并具有多尺度的结构特征;但两半球及赤道的时空演变差异明显,30°S～30°N间副热带控制区的加热率变幅剧烈,最大距平为±2.5×10-4K.d-1,高纬和两极的变幅在不同演变期各不相同;臭氧的变幅结构与之相反,北极的最大距平分别大于0.25DU和小于-0.35DU.(5)20世纪70年代以前及70年代中期,两半球的正负距平具有相反的演变结构,而90年代是负距平演变最剧烈的时期.

变权综合法在航空公司风险评价中的应用研究

针对民航风险评价中大多数综合评价方法采取常权综合法,当评价指标体系中某些指标出现严重缺陷时,导致最终综合评价值与实际情况不符的现象,将变权综合法应用到民航风险评价中。给出变权综合法风险评价的基本步骤,以航空公司风险评价为例,建立评价指标体系,运用模糊数学知识对底层指标进行赋值,并对其进行标准量化,其次根据变权综合评价法的基本原理及民航行业高风险的特点,选择适合的状态变权公式,计算评价指标体系的状态变权及变权,最后由变权综合法的综合评价公式,计算出系统的风险评价值。通过与常权综合法的计算结果相比较,变权综合法能较好解决民航风险评价中常权综合法存在的问题,同时计算结果也验证了变权综合法的优越性、有效性和实用性。

RVSM空域航空器大高度偏差垂向碰撞风险评估

为了增加空域容量,缩小垂直间隔(RVSM)在全球范围内广泛实施,运行RVSM必须在实施前和实施后都应对RVSM空域进行安全评估,使其符合国际民航组织系统性能规范要求。根据北大西洋和欧洲地区采集的相关数据,结合我国大高度偏差(LHD)统计数据,通过改进Reich碰撞模型,计算在RVSM空域同航路的航空器因操作性误差引起大高度偏差时在垂直方向上的碰撞率。计算结果表明,总的RVSM运行风险小于规定值,航路垂直间隔标准在给定的飞行环境下是安全的。

基于粒子群优化算法的扇区组合优化

航空运输业的不断发展给终端区容量带来了巨大的挑战。为了降低管制员的工作负荷,增加终端区的容量,对终端区的扇区优化进行研究,建立了终端区空域拓扑结构模型,利用Voronoi图进行终端区单元划分,并计算各航路点的工作负荷,建立扇区优化的数学模型,利用一种排列组合算法进行单元组合,将各单元的目标函数值作为优化函数,并结合粒子群优化算法求得最优解。最后,以成都终端区扇区优化为例进行了验证,证明了粒子群优化算法的有效性,可以很好地应用在以航路点为划分单元的扇区组合优化中。

九寨黄龙机场近地面大风浅析

九寨黄龙机场是我国三大高原机场之一,正确认识九寨黄龙机场风的演变规律对于保证飞机的起降安全具有重要意义。本文利用九寨黄龙机场2004～2007年的自动站观测资料,分析了九寨黄龙机场地面风、特别是地面大风的演变特征。此外,还利用WRF模式,模拟了一次大风天气过程。研究结果表明,地面大风的风向和出现时间等均与平均风存在明显的差异。大风主要表现为西北风,均出现在白天。大风出现最多的季节是冬季,而不是平均风速最大的春季。大风的形成与中高纬大气环流的调整密切相关。WRF模式能较好的再现大风的发生时间、强度和风向,这与模式能较好的模拟地表通量和混合层的发展密切相关。

基于CAP模型的ADS-B管制间隔标准评估

随着航空业的快速发展,传统监视系统已无法满足空中交通管制的需求,建设以广播式自动相关监视(ADS-B)为主要监视手段的新航行系统成为必然趋势。论文提出了危险碰撞概率(CAP)模型的概念,选择终端区二次监视雷达作为参考基准系统,根据国际民航组织认可的安全目标等级(TLS),得到ADS-B管制间隔标准评估的参考基准间隔,并通过CAP模型计算出ADS-B保持参考基准间隔时所能达到的安全等级。计算结果表明:ADS-B监视安全等级远低于TLS,在终端区使用ADS-B实施3海里的管制间隔标准是安全的。

区间数多属性决策在飞机一发失效应急程序方案优选中的应用

针对在飞机一发失效应急程序方案的选择中,很多定量因素难以精确量化的问题,将区间数多属性决策运用到飞机一发失效应急程序方案的优选中,构建了评价指标体系。此评价指标体系应用基于理想解的区间数多属性决策的相对隶属度法来选择最佳方案,该方法通过计算并查找现有方案的相对隶属度最大值来确定最佳方案。最后举例说明如何在实际中使用此方法。

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。

多模卫星导航信号误差分析

多模卫星导航接收机信号模拟器关键技术涉及对导航信号误差的模拟。基于对目前全球导航卫星系统(GNSS)技术发展状况的了解和对系统的脆弱性分析,从影响接收机定位精度的数据源信号及信号传输过程中的误差特性入手,逐一对误差的性质、大小及对测量产生的影响进行了详细研究,给出静态误差模型的具体计算过程。最后介绍了高动态环境下误差模型的一般研究方法。

基于空域复杂度的管制员工作负荷评估

为有效评估管制员工作负荷,改进管制工作,提出一种独立、客观的评价方法。首先将管制工作分为监视、指挥、协调三类,再针对每一类工作分析了造成负荷的各种因素与超负荷的表现,进而明确了负荷的定量指标,以及中间量的定义;文章提出"关注点"、"必须指令点"、"必须协调点"等概念,将空域复杂度进行了量化描述,使其与工作负荷相关联;最后形成了完整的评价求解过程。通过算例可见,该方法可以较好地反映管制工作特点,操作性较强,能较好地用于各种工作环境,且计算方法简便。

北京终端区扇区容量评估及优化

构建了一种基于管制员工作负荷终端区扇区优化模型。首先通过测量各时段终端区域内飞机平均数、陆空通话以及进程单填写等情况,对终端区管制员的工作负荷进行了量化,进行了基于管制员工作负荷的扇区容量评估。然后根据空域中航路点的分布,建立了Voronoi图,以蚁群算法应用到单元搜索,对空域中的Voronoi多边形进行了优化组合,并使其满足空域划分的基本原则,从而得到优化后的扇区图。最后通过北京终端区空域容量评估和扇区优化的计算结果,对该扇区优化方法进行了验证。

离港航班滑出时间的支持向量机预测模型

为解决反向传播(back propagation,BP)神经网络在离港航班滑出时间预测精度欠佳的问题,构建了基于支持向量机(support vector machine,SVM)的离港航班滑出时间预测模型。首先,分析了影响离港航班滑出时间的可量化因素,构建了基于相关性分析的离港航班滑出时间预测模型;并对比分析了基于SVM和BP神经网络的滑出时间预测结果。结论表明:离港航班滑出时间与同时段推出航班数量、同时段起飞航班数量、同时段落地航班数量、1 h平均滑出时间呈现强相关性,与滑行距离、转弯个数、延误时间相关但不显著,与起飞时刻所在时段不相关。基于SVM和BP神经网络的预测结果趋势是一致的,考虑强相关和中度相关影响因素的七元组预测结果准确率达到最佳;引入不相关因素后模型的预测精度会下降。基于SVM的滑出时间预测模型精度显著高于BP神经网络预测模型,滑出时间误差范围在±5 min内的预测准确率可达98%。

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。

基于危险值分布流模型的飞机时间间隔计算方法

前后两架飞机的间隔是影响进近航路容量的关键因素,为了在飞机进近阶段前后两架飞机之间既能保持安全,又能最大程度地缩小两机之间的尾流间隔,提升进近阶段的到达容量,使用一种改进的Lighthill-Whitham-Richards(LWR)的交通流量模型,改进后的LWR模型将进场着陆的飞机发生碰撞冲突的概率视为与飞机数量相关的连续分布,称为危险值分布,通过危险值分布预测发生冲突的概率,使用速度平差法计算不同机型组合的安全间隔。基于危险值分布流模型对进近阶段上不满足间隔的飞机提出速度调整方法,使飞机之间保持所需的最小间隔时间,以便能够最佳利用进场着陆空域的容量。