飞机尾流探测技术研究进展与应用趋势探析

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1、飞机尾流探测技术研究进展与应用趋势探析摘要：飞机尾流指的是空气动力飞行器在飞行过程屮形成的固定的流体力学特点，包括维持时间久、空间尺度范围大以及稳定性良好等特征,故能够被纳、雷达以及激光雷达等传感器探测到。飞机尾流凭借口身特有的湍流，而有着独特的电磁散射特征，通过雷达对飞机尾流进行探测有着十分高的现实意义。文章通过分析民航飞机尾流的产生与消散，阐述民航飞机尾流探传感器技术特点、民航飞机尾流探测研究现状，旨在为相关人员基于民航飞机尾流的产生与消散、民航飞机尾流探传感器技术特点及民航飞机尾流探测研究现状的民

2、航飞机尾流探测技术的应用趋势研究适用提供一些思路。关键词：激光雷达；探测距离；尾流消散；应用趋势引言飞机尾流是飞机在飞行过程中产生的必然现象，与大气不同，飞机尾流拥有特殊的空气动力学特性与雷达特性。从空气动力学的角度來分析，飞机在飞行过程中，尾部产生的气流更加强烈，而且为不规则变化，因此飞机尾流成为了航空安全的重要影响因素。1民航飞机尾流的产生与消散1.1尾流的产生尾流，即翼尖涡流，指的是飞机三维机翼在出现升力情况下，随着出现诱导阻力的诱因。在飞机三维机翼出现升力情况下，飞机上翼面的压强将不足于飞机翼面

3、，于两个飞机翼尖位置气流便会自下翼面经翼尖流往飞机上翼面，如图1所示。此外，结合懦可夫斯基升力公式，尾涡强度与尾涡相互冇着下述关联性：?祝OY/pVLv二NyG/pLv该公式中，Lv=nl/4,Lv表示飞机有效翼展，1表示飞机翼展。图1飞机尾流的产生示意图1.2尾流的消散尾流的消散机制十分繁杂，飞机尾流的消散步骤、方式受局部大气环境很大程度影响，包括大气分层效应、风的速度场、温度梯度以及大气絮流度等等［1］。现阶段，针对尾流的消散机理尚不I•分明确，结合相关研究而言，飞机尾流消散通常存在以下几种方式：I

4、•经较长一段时间之后，翼尖涡流扩散能够使得各个漩涡不断增大，造成尾流与大气相融合，引发尾流消散；II•即刻的结构变换，能够片刻使漩涡屮心位置加宽，造成漩涡瓦解、破裂，引发尾流消散。2民航飞机尾流探传感器技术特点2.1激光雷达探测技术飞机尾流的激光雷达探测技术属于一项较为成熟的探测技术。LockheedCorporation推行SOCRATES项目,通过激光雷达探测技术对飞机尾流进行跟踪，达到了显著的机场使用率、机场安全可靠性等改善效果［2］。伦敦希思罗机场开展的激光雷达探测研究发现，飞机尾流组成有着一系

5、列有趣之处。良好的天气环境下，激光雷达探测性能十分可观，可确切呈现出尾流空气动力学相关参数，能够给予飞机升降以有利的尾流特性依据，性能发挥距离比较远，然而在浓雾、阴雨等天气环境下，激光雷达的传播急剧衰减，性能发挥距离极大地下降，无法符合飞机尾流探测标准;另一方面，激光雷达探测技术还有着成本造价高的不足。2.2雷达相较于激光雷达探测技术，雷达有着天气环境适应能力佳、成本造价经济等优势，并且同样可以确切呈现出尾流空气动力学相关参数，符合民航安全对飞机尾流动态预测、检测的标准。鉴于此，飞机尾流的雷达探测技术愈

6、来愈得到人们的热点关注。自上世纪八十年代到今天，欧美诸多发达国家开展了一系列飞机尾流探测研究检测尾流雷达发射率，相关飞机尾流雷达探测研究［3］,如表1所示。自多普勒谱雷达相关研究角度出发，尾流构成成分包括两个相对旋转的两个漩涡，尾流速率能够视为两个旋向不同的涡旋重叠，公式为：v2(r)=v(r-r2)-v(r~rl)其中，v(r)指的是尾涡剖面切向速率模型，rl.r2指的是涡旋中心,方程经矢量叠加一定地呈现了涡旋的动力学状态［3］。设定飞机航速为70m/s情况下，通过单位长度尾流之中径向速率vd所具备的

7、休积呈现多普勒谱S(vd),单位为ni3/s,统计手段获取单涡、双涡多普勒谱公式与单涡所得结果基本一致，公式均可表示为：S(vd)〜?祝20/8n3d,vOW

8、Vd

9、WVl其中，？祝20指的是尾流涡环值。V0二？祝0/271Ba指的是尾流多普勒最小速率值，经计算，单涡、双涡标准差均在3m/s范围。3民航飞机尾流探测研究现状3.1尾流雷达探测技术的问题与趋势自尾流雷达探测技术研究方向而言，截止H前，它的理论研究仍旧鲜冇成果。于飞机尾流探测实验研究之屮，大部分研究集屮于光大、雷达等探测技术上，且尾流雷达探测

10、技术愈来愈得到行业的热点关注。3.2尾流探测技术的理论体系现阶段国际上关于尾流探测技术的相关研究所集中在民航领域,故此类研究所研究的主要方向为近程尾流相关探测实验。相关面向反隐身实践需要的远程尾流探测技术的理论体系，国际上还没冇十分明确的研究方向。在我国，相关人员在进行尾流探测、尾流目标特性相关研究的一并时间，首次进行了更进一步的尾流探测技术理论体系研究，初步构建出尾流雷达回波框架，开发出Hough变换、GLRT及LMP等一系列尾流探测技术