具有湍流效应的不规则微下击暴流构建方法研究

刘时杰, 徐浩军, 薛源, 张久星

(空军工程大学 航空航天工程学院, 陕西 西安 710038)

0 引言

微下击暴流属于下冲气流的一种,是以垂直风切变为主要特征的复杂风切变区域[1-2]。研究微下击暴流对于飞机起飞、着陆时的飞行品质分析与飞行安全保障具有重要的意义。微下击暴流模型的研究目前有多种方法,例如利用基于风洞实验与CFD数值计算的方式研究其速度场分布[3-4],以及基于融合重叠的方法[5]和基于涡环原理的方法[6-8]。其中Woodfield和Woods[6]最早提出的涡环原理模型是目前应用最广泛的一种微下击暴流模型。

目前的方法所构建的微下击暴流模型多为沿中心轴对称的规则形状,但实际的微下击暴流风场非常复杂,其下沉气流并不一定垂直于地面,其外流范围也不是轴对称的,且一个区域内可能伴随有多个风暴核,甚至还有局部上升气流。并且在其风速的分布范围内亦可能伴随有其他大气流动状况,如不规则突风与飞机尾流产生的湍流。故本文拟在构建不规则微下击暴流模型的基础上考虑突风与湍流的影响,为起飞、着陆与低空飞行时的安全性仿真提供更加准确的风场输入条件。

1 不规则微下击暴流风场建模

1.1 单个涡环诱导下的风场构建

首先利用涡环原理构造微下击暴流风场模型。依据美式坐标系,建立一个如图1所示的涡环模型。在地面处,风速垂直方向的分量为0。通过在地面上方布置一个强度为Γ的主涡环,同时在对称下方布置一个强度为-Γ的镜像涡环,即可满足地面垂直速度为0的边界条件。……