纵向尾流间隔计算方法研究

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1、第28卷第5期2010年10月中国民航大学学报JoURNALOFCIVILAVIATIONUNⅣERSITYOFCHDqAV01．28No．5Ottoher2010纵向尾流间隔计算方法研究张兆宁，张彬(中国民航大学空管学院，天津300300)摘要：综合考虑了飞机的速度、翼展、机翼面积、发动机推力等参数，应用空气动力学中的环量计算理论、尾流消散原理等，将动量定理和涡阻力的计算原理应用到尾流间隔的计算，分别建立了纵向尾流间隔计算模型。采用实际数据计算验证模型的正确性。关键词：环量；空气动力学；尾流间隔：尾流消散中图

2、分类号：V211．41文献标识码：A文章编号：1674—5590(2010)05-0010—03CalculationofCerticalVortexSeparationZHANGZhao—ning，ZHANGBin(Air蜥ManagementDepartment，CAUC，Tianjin300300，China)Abstract：Thispapertooktheflightspeed，wingspan，wingarea，enginethroustandotherparameters，intoaccountt

3、hecerticalvortexseparation．Appliedaerodynamicscomputationaltheoryofcirculation．asweUaswakedissipationtheory，setuptwovortexseparationcalculationmodel．Finally，usingactualdatacalculatedandverifiedthewakevortexseparation．Keywords：circulation；aerodynamics；vortexs

4、eparation；vortexdecay2架飞机在做尾随飞行时，后机受前机尾流影响很大，特别是在大型飞机后尾随小型飞机的情况。当后机进入前机尾流区时会出现飞机抖动、下沉、变状态、发动机停车甚至翻转等现象。尾流间隔是限制空域容量的重要因素，尤其在飞机起飞或降落时，尾流间隔是限制起飞／降落容量的主要原因。面对越来越多的空中运输需求，对尾流间隔的研究将会越来越重要。一般国内对于尾流间隔的研究分为两大部分：一是围绕飞机尾流的强度、消散时间建立相关的数学模型；二是通过大量的数据统计对飞机尾流影响进行仿真。对尾流建模方面

5、的研究有：胡军、徐肖豪对尾流的形成机理和对后机影响进行分析，考虑后机进入前机翼尖尾流中心造成滚转的情况建立了危险遭遇模型和前机的尾流消散模型⋯。何德福也给出了尾流形成的机理，同时给出了尾流强度的表示以及消散、下移模型12I等。在对尾流仿真方面的研究有：赵鸿盛、徐肖豪根据真实大气中尾流的消散预测算法并对算法进行离散化改进及仿真【3】。朱代武对尾流的速度分布进行图形描述【4l。周建华比较详细讨论了尾流对飞行的危害[51。国外对于尾流间隔的研究，基本都是基于仿真理论展开的。如GreeneGC尾流在大气中的真实消散情况

6、进行仿真，其中考虑到了高度层密度、雷诺数等参数[61。另外VernonJRossow，BruceETinling和BurnhamDC，HlaloekJN也对尾流的强度进行过许多实验‘卅。本文采用的两种方法，与目前研究尾流的方法相比，对尾流影响研究的角度不同。现有方法考虑的是后机进入前机尾涡中心，发生滚转的情况。这只是尾流影响的一种情况。本文将综合考虑前机产生的所有尾涡尾流对后机影响，假设后机进入前机产生的所有尾流的几何中心，从而计算纵向尾流间隔。1尾流间隔模型1．1建立模型一假设前后两机在飞行时的轨迹是相同的，

7、后机遭遇的尾流是前机产生的所有尾涡共同作用的结果。建模过程如下。收稿日期：2009—12—26：修回日期：2010--04—27作者简介：张兆宁(1964一)，男，河北唐山人，教授，博士后，研究方向为空中交通管理．第28卷第5期张兆宁，张彬：纵向尾流间隔计算方法研究1．1．1求前机飞行时产生涡的环量根据前机的速度、机翼面积和翼展等参数，由环量计算公式㈣n=坐芈(1)力协其中：n为尾涡的初始强度㈨为飞行速度；s为机翼面积；6为翼展长度；Q为升力系数。计算出前机飞行时产生的尾流强度。1．1．2求前机尾涡对空间一点所

8、诱导的速度由毕奥一萨瓦定理{ll】，根据上面求出的环量，求出飞机在飞行时机翼上的一点，对空间上(沿翼展方向)一点所产生的诱导速度r1％=≠一(2)二71-Ⅱ式中：口为空间一点与尾涡中心的距离。由式(2)，对距离。积分，当积分范围在(一了b，孚)二时，即可求出机翼上产生的所有尾涡在一点处引起的诱导速度当给定了尾涡的临界值厂蕾，时(由危险遭遇模型给出)，由式(7)可以得出上t=tl／(几r