基于地形高程数据的复杂地形风场建模方法

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1、2014年3月第40卷第3期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsMarch2014V01．40No．3基于地形高程数据的复杂地形风场建模方法唐矗洪冠新(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191)摘要：提出了一种以地形高程数据为基础，进行三维复杂地形建模及其风场分布求解的数值仿真方法．该方法利用曲面样条插值技术建立复杂地形的三维数字模型，并将地形曲面离散为若干个涡环网格，结合位势流理论与地面边界条

2、件计算得到复杂地形影响下的三维风场．数值计算结果显示，相比基于球绕流理论的工程模拟方法，该方法可对复杂地形做出更为真实的描述，并给出更为合理的风场分布形式．同时该方法建模过程简单，便于实际操作，适于飞机飞行性能评估或飞行模拟器环境建模的工程应用．关键词：复杂地形；风场建模；等高线；曲面样条函数；涡环网格中图分类号：V321．2文献标识码：A文章编号：1001—5965(2014)03-0360-05Simulationofwindfieldovercomplexterrainbasedonelev

3、ationdataTangChuHongGuanxin(SchoolofAeronauticScienceandEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Anumericalsimulationmethodforthewindfieldovercomplexterrainwasdeveloped．Thecomplexterrainwasrepresentedbyasu

4、rface，whichwasestablishedbythesurfacesplinemethodbasedonthecontourlineofthemap．Thenitwasdividedintopanelscontainingvortexringsingularities．Thesingularitydistributionwassolvedbycombiningwiththepotentialflowtheoryandtheboundaryconditionofterrainsur—face

5、．Finally，thewindfieldwassimulatedbylinearsuperpositionoftheuniformstreamandtheinducedve—locityofvortexrings．Anumericalexamplewasstudied．andtheresultwasalsocomparedwiththeoneob—tainedbyexistingmethod．Itindicatesthatthemethodproposedcoulddescribetheterr

6、ainmuchmoreaccu—ratelyandprovideareasonableresultofwindfielddistribution，buthasasimpleandefficientprocedure，whichissuitablefortheengineeringuseinflightdynamics．Keywords：complexterrain；windfieldsimulation；contourline；surfacesplinefunction；vortexlattice

7、低空飞行环境复杂多变，但有很多飞行活动(如飞机的起飞和着陆、低空突防作战等)都是在距地面1000m以下的低空，甚至是距离地面10～100m的超低空进行的．在复杂地形区域的低空飞行有时需要穿越山谷．因此，低空风场的合理建模与仿真对保证飞行安全和进行飞机动态响应研究工作有着重要的意义和作用．其中，复杂地形是影响低空风场的主要因素．飞行模拟器中真实再现飞机的低空飞行环境，也需要考虑地形对风场的影响．建立起伏地区的风场模型，不仅具有自然地理学理论研究意义，对工程建设等方面也有实用价值⋯．国内外现有的复杂地

8、形低空风场建模仿真方法主要有3类：基于大气动力学理论的仿真方法、基于位势流理论的工程仿真方法以及实测风场数据法．其中，文献[2—3]采用基于大气动力学理论的仿真方法给出了完整的三维过山气流数值解，此方法详细考虑了大气的温度、能量、气压等参数的变化，多用于气象研究，然而该方法计算过程复杂、计算量大，用于工程实践困难较大．收稿日期：2013-05-15；网络出版时间：2013-10-1714：41；DOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2013．0257网络出版地址：