飞机尾喷流诱导速度建模与仿真

本文对飞机尾喷流诱导速度进行了仿真研究。建立了飞机尾涡模型以及尾喷口喷流模型,并仿真了飞机流场中的诱导速度。然后应用CFD（computational fluid dynamics）对飞机的流场进行计算,并将CFD计算结果与尾喷流模型计算结果进行对比。仿真对比结果表明:飞机尾后100 m区域内,尾涡模型计算结果误差较大,此时应采用CFD对尾流场进行计算;而在尾后100 m区域外尾涡模型与CFD计算结果较为一致,尾涡模型的计算结果能够达到精度要求。     

多普勒激光雷达的飞机尾涡识别方法

为了提高民航安全和飞行效率，实现对尾涡的准确识别，对飞机尾涡的空气动力学理论，特别是经典的Hallock-Burnham尾涡速度数学模型进行了分析研究。结合多普勒激光雷达探测涡流风场径向速度的原理，建立了雷达飞机尾涡探测的径向速度标准模型，引入滑动窗口思想，提出一种基于波形相似度匹配的方法，对尾涡进行自动识别，并给出了详细的算法流程；利用实测的激光雷达风场及雷达底层数据和假设检验方法对该识别方法进行了理论分析和实验验证。结果表明，该算法对飞机尾涡的有效识别率为90%。研究结果对进一步的尾涡监测具有一定参考价值。     

飞机尾涡特性分析与激光探测技术研究

为实现尾涡告警,保障飞行安全和提高机场容量,研究了飞机尾涡特性和激光探测技术.阐述了飞机尾涡的生成机理,利用解析模型和仿真计算研究了尾涡特性;给出了尾涡相干多普勒激光探测原理,设计了尾涡探测方式,分析了回波多普勒谱特性,并计算了尾涡探测精度.研究表明:尾涡强度与衰减等特性与飞机质量相关;其回波多普勒谱值反比于多普勒频移的三次方和飞行速度的二次方,而正比于飞机质量的二次方;基于1.5m脉冲相干多普勒激光雷达的尾涡探测具有高精度、远距离的优势.此外,通过初步开展的机场尾涡探测实验验证了激光探测尾涡的方法切实可行,性能优越.     

基于k最近邻的激光雷达飞机尾涡识别

为了对脉冲多普勒激光雷达探测径向速度场进行识别,建立了基于k最近邻(KNN)方法的分类模型。结合飞机尾涡Hallock-Burnham模型和脉冲多普勒激光雷达特性,提取脉冲多普勒激光雷达探测径向速度场的特征参量。基于现有测试数据,在非均匀背景风场下利用KNN方法对飞机尾涡进行识别。结果表明,以准确率(ACC)和ROC曲线下的面积(AUC)作为评估标准,所提出的方法对尾流识别所获得的ACC和AUC分别为0.772和0.855。该方法可有效地识别飞机尾涡并具备较好的鲁棒性。     

飞机尾涡相干激光探测系统设计与性能分析

为保证飞行安全,并尽可能地提高机场跑道容量,对飞机尾涡相干激光探测系统进行了设计。从飞机尾涡激光探测的总体要求出发,提出相干激光探测系统结构,同时针对激光光源参数以及平衡探测光路结构进行设计,给出整个系统的设计参数。通过对所设计系统的探测信噪比以及测速精度的仿真分析表明,所设计的飞机尾涡相干激光探测系统能够满足尾涡探测的需求,当脉冲能量达到25 mJ以上时,雷达在探测距离7 km内的探测信噪比大于3 dB;在2 km内测速精度优于0.2 m/s。     

动态尾涡间隔缩短技术在民航中的应用

尾涡是一种空气漩涡,是固定翼飞机机翼产生升力的副产品,它会影响其他飞机的飞行安全。特别是在飞机起飞降落阶段,飞机遭遇尾涡可能带来灾难性的后果。本文从尾涡的雷达探测、行为预测、尾涡安全系统应用三个方面,梳理了国内外研究尾涡雷达系统的现状。重点介绍了几种动态尾涡间隔缩短技术,展望了关于尾涡的拓展应用的前景与方向。     

多普勒激光雷达近地面飞机尾涡反演方法优化EI北大核心CSCD

实时准确获取飞机尾涡的特征参数信息,将有利于在保持机场基础设施的情形下进一步提升机场吞吐量。相干多普勒激光雷达作为飞机尾涡的有效探测手段,可提供其位置与强度信息。针对飞机尾涡特征反演算法在近地面环境下出现的误识别及定位精度下降问题,通过采用区域聚焦的方法减少背景环境对识别精度的影响,并引入尾涡的旋转特征、对反演结果检验,以此提高结果的可靠性。针对扫描中尾涡的移动、扭曲或数据缺失引起的强度评估不准问题,通过尾涡速度分布校正和理想化飞机尾涡模型校正两步来提高强度反演精度。经成都双流国际机场观测数据验证,该优化算法的正确识别率提高2.8%,漏报率下降2.7%,虚警率下降20.86%。     

近地阶段ARJ21飞机尾涡探测及演化分析

为明确ARJ21飞机近地阶段的尾涡观测效率及演化过程,基于在双流机场开展的尾涡实地探测,提出一种基于相关多普勒激光雷达径向风速的尾涡快速识别方法,并基于此方法分析ARJ21飞机起降阶段的尾涡演化过程.结果 显示,ARJ21飞机的尾涡在近地面处产生,然后向下、向外扩散,尾涡环量随时间变化逐渐减小,但在特定的近地效应影响下...     

基于激光雷达探测的飞机尾流融合预测方法

为提高基于激光雷达的飞机尾流探测反演精度,根据扫描出的径向风速数据,建立了基于Kolmogorov结构函数的大气背景湍流耗散率(EDR)估计方法;然后基于两阶段消散预测模型,计入湍流对尾流消散过程的影响,实现基于历史探测数据的尾涡强度环量和涡核运动趋势的预测;通过环境探测数据与预测模型的结合,提高尾涡特性参数的反演精度。研究表明,相较于反演算法,采用本文模型预测的尾涡轨迹在径向距离和角度的精度上分别提高了595、648。     

基于多普勒谱特征的飞机尾涡识别

为解决飞机尾涡威胁飞行安全以及限制机场容量的难题,提出了一种基于多普勒谱特征的尾涡识别算法,以提高尾涡检测性能。构建了飞机尾涡回波多普勒谱模型,分析得出其多普勒谱具有对称性、展宽性以及反比性等重要特征。依据上述谱特征,给出了尾涡识别算法的设计流程,包括回波数据预处理、多普勒谱特征提取和特征门限判决。以空客A-340为例...     

流动分离与涡结构显示的激光诱导荧光水洞实验技术

开展激光诱导荧光水洞实验技术研究的目的是为流动分离与涡结构显示提供实用、直观、有效的观测手段。本项工作在1 m1 m水洞配置的连续片光设备基础上,针对532 nm波长激光光源特性,依据光学参数匹配原则选择了罗丹明B作为染色剂与荧光剂,围绕染色剂与荧光剂的配置方法,连续激光器的激光强度、试验段流速、染色线出孔压力之间的匹配关系,照相、摄像视场与流动结构对比度匹配关系等问题,建立了激光诱导荧光实验系统,对圆柱绕流及尾流结构、运输机全机模型的机翼绕流与尾流结构、运输机尾舱门周围流场旋涡结构开展了实验研究。典型的流动分离与涡结构显示结果表明:激光诱导荧光技术具备从边界层结构到空间分离以及尾流特性等全覆盖的流场结构显示能力,值得推广应用。     

基于小波分解和信息熵的涡结构识别方法

利用涡结构对光波通过高速流场的光学传输特性进行建模，就必须进行涡结构的识别。文中提出一种涡结构识别方法，首先把密度场转换的折射率场等效为具有丰富纹理信息的灰度图像，进而对其进行多小波分解，计算每次分解的小波基系数的熵值，利用阈值判定低熵的为大涡的小波基系数，高熵的为小涡的小波基系数。计算机仿真结果表明，该方法能有效地进行涡结构识别，为基于涡结构的光学传输精确建模奠定了基础。     

基于格子玻尔兹曼方法的涡量修正高效烟雾仿真算法

基于流体动力学模型的烟雾仿真研究是计算机图形学和计算机仿真领域的重要分支。本文提出通过追踪涡量的大小和方向并添加涡量修正力进行涡量补偿的格子玻尔兹曼算法实现烟雾的高效真实仿真。算法从纳维-斯托克斯方程以及亥姆霍兹方程出发分别对烟雾仿真过程中涡量的大小和方向进行追踪,并利用追踪到的涡量信息和对应时刻的速度场信息添加涡量修正力进行涡量补偿和烟雾细节的补充,保证烟雾仿真符合物理规律并提升仿真的真实度。这一烟雾仿真算法基于格子玻尔兹曼方法实现,对动量分布函数,涡量分布函数以及温度分布函数进行离散化,通过三个分布函数和涡量方向场的迭代更新实现烟雾仿真。与格子玻尔兹曼方法相同,该烟雾仿真算法通过分布函数项在格点之间的迁移仿真流体的流动过程,通过添加碰撞项和外力项仿真流体粒子之间的相互作用以及流体粒子受外力作用。烟雾仿真实验结果证明涡量修正格子玻尔兹曼算法可以高效的生成高真实度的仿真图像。该算法在单GPU加速的条件下在分辨率为64×64×128的网格上可以达到实时仿真的仿真效率。     

四维系统中多涡卷混沌吸引子及其同步的研究

通过四维系统中的多涡卷混沌吸引子的研究，提出了一个简便数学公式来确定产生多涡卷的分段线性伏安特性的转折点电压，该方法可产生任意个数的涡卷。介绍了以此方法确定了产生6-8涡卷的混沌振荡电路，并对6-8涡卷的混沌振荡电路进行了仿真。最后用脉冲同步法对5涡卷混沌振荡电路进行了同步仿真研究。     

基于面积梯度的中尺度涡参数自动提取算法

海洋中尺度涡出现的海域会出现海水流场、高度场、温盐场和声学性质的异常,得到海洋战场环境研究的极大重视。为了从遥感资料中自动提取中尺度涡特征参数,提出一种基于海面动力高度数据的中尺度涡自动提取算法。通过将海面动力高度数据按照等高线分层,计算闭合区域包含的面积梯度,自动提取中尺度涡区域的特征参数。对海面动力高度数据进行处理的结果可知,采用该方法进行中尺度涡检测不需要人工干预,能很好地定位中尺度涡位置并提取基本参数。     

基于小波变换和共生矩阵的涡结构识别

提出一种新的涡结构识别方法。把折射率场经小波变换后的系数矩阵等效为具有一定纹理结构的图像,计算其共生矩阵及其统计量,以此进行涡结构识别。与小波分解后直接提取特征量的识别方法相比,该方法从空、频角度更加准确全面地表征湍流涡结构模式。计算机仿真结果证明了该方法的有效,为基于涡结构的光学传输精确建模奠定了基础。     

基于涡结构的气动光学传输效应研究

湍流是具有多尺度特征的一种涡结构运动,而且大尺度涡结构是造成气动光学传输效应的主要原因.提出基于折射率场分别对不同尺度的涡结构进行光学传输特性建模.把湍流密度场转换为的折射率场等效为具有丰富纹理信息的灰度图像,进而对其进行多小波分解,计算每次分解的小波基系数的熵值,利用阈值判定低熵的为大尺度涡,高熵的为小尺度涡;再利用光线追迹法建立大尺度涡结构的光学传输模型,利用统计光学法建立小尺度涡结构的传输模型,最后得到综合的光学传输模型.该方法是根据湍流的物理结构进行建模,不仅能提高计算效率和计算精度,而且具有较高的工程实用价值.     

亚声速球/柱尾流对激光传输影响的数值模拟

采用大涡模拟方法计算了来流速度为0.4 Ma情况下球/柱形结构附近的流场，根据密度数据计算了光程差及气动相屏，并研究了尾流对激光传输的影响。结果表明:光程差空间均方根的时间平均值随发射角增大而增大，发射角从120增加到148时，其数值从0.11 m增加到0.28 m；光程差空间均方根随时间变化剧烈，发射角为148时，其时间均方根可达0.04 m；球/柱尾流对激光传输有很大影响，发射角为148情况下，Strehl比的时间平均值为0.33，并且Strehl比的时间平均值随发射角的增大而减小，发射角从120增加到148过程中，Strehl比的时间平均值减小了59%；Strehl比随时间变化剧烈，其时间均方根大于0.05。     

多涡卷Jerk混沌吸引子的EWB仿真

混沌吸引子的产生是将混沌信号应用于加密领域的基础。文中在双涡卷Jerk混沌吸引子的基础上,利用阶梯波函数构造产生出多涡卷Jerk混沌吸引子,分析了多涡卷Jerk混沌吸引子的产生机理,并根据无量纲状态方程,分别设计了6-涡卷和7-涡卷混沌吸引子仿真电路。利用EWB电路仿真软件进行了仿真验证,仿真结果与数学分析结果一致,证明了多涡卷Jerk系统的存在。     

一种基于接收信号强度指示测距机制的空气质量监测系统节点定位算法

针对空气质量监测节点定位的实际需求，提出应用校正法和递推最小二乘(LS)估计算法的空气质量无线监测定位实施方案。通过估算获得各节点间距离，精确计算出信标节点间的测量值与实际值，再计算得信标节点的相对偏差系数，以校正由接收信号强度指示(RSSI)模型估算的待测节点与信标节点间的距离，最后使用源于观测数据的递推LS算法计算出未知节点的位置信息。仿真试验显示，当节点数N=100时，区域边沿处位置偏差E_i均值稳定在0.268 9 m以下，在相同的信标点数目与相同的距离偏差时，所提算法和普通的LS算法相比较，获得的位置偏差和算法耗时分别减少了0.045 3 m和0.742 s。所提算法在提高定位精度的同时，降低了信标节点间的距离测量误差等条件对定位准确度的干扰，适用于大型公共场所的空气质量监测系统中。