縱向尾流間隔計(jì)算方法研究

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1、第28卷第5期2010年10月中國(guó)民航大學(xué)學(xué)報(bào)JoURNALOFCIVILAVIATIONUNⅣERSITYOFCHDqAV01．28No．5Ottoher2010縱向尾流間隔計(jì)算方法研究張兆寧，張彬(中國(guó)民航大學(xué)空管學(xué)院，天津300300)摘要：綜合考慮了飛機(jī)的速度、翼展、機(jī)翼面積、發(fā)動(dòng)機(jī)推力等參數(shù)，應(yīng)用空氣動(dòng)力學(xué)中的環(huán)量計(jì)算理論、尾流消散原理等，將動(dòng)量定理和渦阻力的計(jì)算原理應(yīng)用到尾流間隔的計(jì)算，分別建立了縱向尾流間隔計(jì)算模型。采用實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算驗(yàn)證模型的正確性。關(guān)鍵詞：環(huán)量；空氣動(dòng)力學(xué)；尾流間隔：尾流消散中圖

2、分類號(hào)：V211．41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674—5590(2010)05-0010—03CalculationofCerticalVortexSeparationZHANGZhao—ning，ZHANGBin(Air蜥ManagementDepartment，CAUC，Tianjin300300，China)Abstract：Thispapertooktheflightspeed，wingspan，wingarea，enginethroustandotherparameters，intoaccountt

3、hecerticalvortexseparation．Appliedaerodynamicscomputationaltheoryofcirculation．a(chǎn)sweUaswakedissipationtheory，setuptwovortexseparationcalculationmodel．Finally，usingactualdatacalculatedandverifiedthewakevortexseparation．Keywords：circulation；aerodynamics；vortexs

4、eparation；vortexdecay2架飛機(jī)在做尾隨飛行時(shí)，后機(jī)受前機(jī)尾流影響很大，特別是在大型飛機(jī)后尾隨小型飛機(jī)的情況。當(dāng)后機(jī)進(jìn)入前機(jī)尾流區(qū)時(shí)會(huì)出現(xiàn)飛機(jī)抖動(dòng)、下沉、變狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)甚至翻轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。尾流間隔是限制空域容量的重要因素，尤其在飛機(jī)起飛或降落時(shí)，尾流間隔是限制起飛／降落容量的主要原因。面對(duì)越來(lái)越多的空中運(yùn)輸需求，對(duì)尾流間隔的研究將會(huì)越來(lái)越重要。一般國(guó)內(nèi)對(duì)于尾流間隔的研究分為兩大部分：一是圍繞飛機(jī)尾流的強(qiáng)度、消散時(shí)間建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型；二是通過(guò)大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)對(duì)飛機(jī)尾流影響進(jìn)行仿真。對(duì)尾流建模方面

5、的研究有：胡軍、徐肖豪對(duì)尾流的形成機(jī)理和對(duì)后機(jī)影響進(jìn)行分析，考慮后機(jī)進(jìn)入前機(jī)翼尖尾流中心造成滾轉(zhuǎn)的情況建立了危險(xiǎn)遭遇模型和前機(jī)的尾流消散模型?。何德福也給出了尾流形成的機(jī)理，同時(shí)給出了尾流強(qiáng)度的表示以及消散、下移模型12I等。在對(duì)尾流仿真方面的研究有：趙鴻盛、徐肖豪根據(jù)真實(shí)大氣中尾流的消散預(yù)測(cè)算法并對(duì)算法進(jìn)行離散化改進(jìn)及仿真【3】。朱代武對(duì)尾流的速度分布進(jìn)行圖形描述【4l。周建華比較詳細(xì)討論了尾流對(duì)飛行的危害[51。國(guó)外對(duì)于尾流間隔的研究，基本都是基于仿真理論展開(kāi)的。如GreeneGC尾流在大氣中的真實(shí)消散情況

6、進(jìn)行仿真，其中考慮到了高度層密度、雷諾數(shù)等參數(shù)[61。另外VernonJRossow，BruceETinling和BurnhamDC，HlaloekJN也對(duì)尾流的強(qiáng)度進(jìn)行過(guò)許多實(shí)驗(yàn)‘卅。本文采用的兩種方法，與目前研究尾流的方法相比，對(duì)尾流影響研究的角度不同。現(xiàn)有方法考慮的是后機(jī)進(jìn)入前機(jī)尾渦中心，發(fā)生滾轉(zhuǎn)的情況。這只是尾流影響的一種情況。本文將綜合考慮前機(jī)產(chǎn)生的所有尾渦尾流對(duì)后機(jī)影響，假設(shè)后機(jī)進(jìn)入前機(jī)產(chǎn)生的所有尾流的幾何中心，從而計(jì)算縱向尾流間隔。1尾流間隔模型1．1建立模型一假設(shè)前后兩機(jī)在飛行時(shí)的軌跡是相同的，

7、后機(jī)遭遇的尾流是前機(jī)產(chǎn)生的所有尾渦共同作用的結(jié)果。建模過(guò)程如下。收稿日期：2009—12—26：修回日期：2010--04—27作者簡(jiǎn)介：張兆寧(1964一)，男，河北唐山人，教授，博士后，研究方向?yàn)榭罩薪煌ü芾恚?8卷第5期張兆寧，張彬：縱向尾流間隔計(jì)算方法研究1．1．1求前機(jī)飛行時(shí)產(chǎn)生渦的環(huán)量根據(jù)前機(jī)的速度、機(jī)翼面積和翼展等參數(shù)，由環(huán)量計(jì)算公式㈣n=坐羋(1)力協(xié)其中：n為尾渦的初始強(qiáng)度㈨為飛行速度；s為機(jī)翼面積；6為翼展長(zhǎng)度；Q為升力系數(shù)。計(jì)算出前機(jī)飛行時(shí)產(chǎn)生的尾流強(qiáng)度。1．1．2求前機(jī)尾渦對(duì)空間一點(diǎn)所

8、誘導(dǎo)的速度由畢奧一薩瓦定理{ll】，根據(jù)上面求出的環(huán)量，求出飛機(jī)在飛行時(shí)機(jī)翼上的一點(diǎn)，對(duì)空間上(沿翼展方向)一點(diǎn)所產(chǎn)生的誘導(dǎo)速度r1％=≠一(2)二71-Ⅱ式中：口為空間一點(diǎn)與尾渦中心的距離。由式(2)，對(duì)距離。積分，當(dāng)積分范圍在(一了b，孚)二時(shí)，即可求出機(jī)翼上產(chǎn)生的所有尾渦在一點(diǎn)處引起的誘導(dǎo)速度當(dāng)給定了尾渦的臨界值廠蕾，時(shí)(由危險(xiǎn)遭遇模型給出)，由式(7)可以得出上t=tl／(幾r