高空巡航阶段的飞机尾涡流场演化特性研究

魏志强，李晓晨

(中国民航大学 空中交通管理学院，天津 300300)

0 引 言

飞机在飞行中产生的尾涡流场是飞行安全的重要危害之一，近年来发生了多起飞机在高空巡航阶段飞行时遭遇前机尾流的不安全事件[1-2]。国外研究者[3-4]对尾涡安全间隔展开研究，评估了飞机起飞及着陆阶段所需最小安全间隔。在尾涡消散方面，国外研究者通过建立复杂的数学模型来描述尾涡消散机理。Holzäpfel等[5]建立两阶段尾涡消散模型来计算尾涡强度的衰减情况。Sarpkaya等[6-7]认为尾涡的消散主要取决于大气层结稳定性和大气湍流度，而与雷诺数关系不大。Proctor和Hamilton[8-9]等基于大涡模拟方法的终端区尾涡流场仿真系统平台建立了尾涡流场参数快速预测模型，并将常用的尾涡预测模型与几个机场的激光雷达探测数据进行吻合度分析。在巡航阶段尾涡遭遇方面，Pérez等[10]基于尾涡快速仿真计算模型分析在现行巡航阶段尾流间隔标准下长航时无人机RQ-4A及MQ-9遭遇前机尾流的风险。Hoogstraten等[11]研究发现当巡航阶段产生尾涡的飞机或遭遇尾涡的后机处于爬升或下降状态时，尾涡遭遇的概率会增加。Nelson[12]提出随着时间的推移，飞机的重量及尺寸上越来越大的差异会增加巡航阶段尾涡遭遇的概率及危害。

国内研究者主要致力于尾涡流场建模及尾涡参数计算方面的研究，而对巡航阶段尾涡特性鲜有论述。魏志强等[13-14]从理论上对民用飞机的尾涡消散机理进行研究，分析了不同侧风影响下的涡量衰减、涡心速度等参数的变化规律。……