飞机尾涡流场消散机理与干预方法研究

发布时间：2022-12-08 02:35

　　为了更好地控制和规避飞机尾涡对航空安全和空管运行效率的不利影响,同时为缩小尾流间隔提供理论依据,需要对尾涡的运动与消散机理开展研究。首先分别采用雷诺平均方法和大涡模拟方法,对近地阶段的尾涡强度消散与运动规律进行数值模拟,分析尾涡运动轨迹、速度、环量等参数的变化规律。实验结果表明,在接近地表的过程中,尾涡强度会持续衰减,左右涡间距逐渐增大,两涡间相互的诱导效应逐步减弱。同时地表附面层会分离出二次涡系,导致尾涡向上反弹。此外,与雷诺平均方法相比,采用大涡模拟方法模拟的结果精度更高,效果更符合工程实际。然后采用大涡模拟方法对侧风大小为2m/s和5m/s时的近地尾涡运动消散规律开展数值仿真计算。结果表明尾涡的高度大小对侧风剖面非常敏感。另外侧风湍流的剪切、诱导效应导致尾涡上下急剧跳动,从而诱导上风涡扭曲变形、速度场重构,加速尾涡的破裂消散。最后在数值模拟实验中,通过在机场跑道端布置干扰竖板,对尾涡实施主动人工干预,以加快尾涡的近地消散。结果表明,干扰板能有效削弱尾涡的湍流动能,破坏尾涡结构,诱导主涡分离出二次涡系,触发涡系产生Rayleigh-Ludwieg相交不稳定性。此外,通过适度增加干扰... 

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 飞机尾流的形成及危害
    1.2 尾流研究的必要性
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 尾涡的研究方法
        1.3.2 尾流的人工干预方法研究现状
    1.4 本文研究内容和结构
第二章 飞机尾涡流场数值模拟的理论基础
    2.1 尾涡数值模拟方法分类及简介
    2.2 雷诺平均法理论简介
        2.2.1 雷诺平均法湍流理论原理
        2.2.2 雷诺应力平均法的两方程Realizablek-ε涡粘模型
    2.3 大涡模拟方法理论简介
        2.3.1 大涡模拟方法的控制方程
        2.3.2 大涡模拟的亚格子模型
    2.4 计算流体力学分析问题过程
    2.5 典型的数值模拟网格类型简介
    2.6 本章小结
第三章 近地阶段飞机尾涡流场消散机理研究
    3.1 实验前处理
        3.1.1 计算域生成与网格划分
        3.1.2 计算条件设置
        3.1.3 数值计算硬件平台的选取
    3.2 基于RANS方法的近地尾涡数值模拟实验结果分析
        3.2.1 尾涡的涡量等值线分布图分析
        3.2.2 尾涡切向速度矢量分布图分析
        3.2.3 涡核涡量演变分析
        3.2.4 涡核下沉运动分析
        3.2.5 涡核水平运动分析
        3.2.6 涡核间距变化
        3.2.7 涡核下沉速度分析
        3.2.8 涡核水平速度分析
    3.3 基于LES方法的近地尾涡数值模拟实验结果分析
        3.3.1 尾涡的涡量等值线分布图
        3.3.2 尾涡切向速度矢量分布图演变分析
        3.3.3 涡核涡量演变分析
        3.3.4 涡核下沉运动分析
        3.3.5 涡核水平运动分析
        3.3.6 涡核间距的变化
        3.3.7 涡核下沉速度分析
        3.3.8 涡核水平速度分析
        3.3.9 涡核半径切向速度分析
        3.3.10 主涡与二次涡涡核间距的演变
        3.3.11 涡核半径变化分析
        3.3.12 尾涡环量衰减分析
    3.4 RANS方法与LES方法实验结果的对比评估
    3.5 本章小结
第四章 基于LES方法的近地尾涡遭遇侧风消散机理研究
    4.1 实验方案设计
        4.1.1 几何建模与网格划分
        4.1.2 计算条件设置
        4.1.3 侧风风速数值的确定
    4.2 实验结果分析
        4.2.1 尾涡涡量等值线分布图的演变
        4.2.2 尾涡切向速度矢量云图
        4.2.3 涡心区域切向速度等值面分布图分析
        4.2.4 尾涡涡核下沉运动
        4.2.5 尾涡水平运动过程
        4.2.6 涡核下沉速度分析
        4.2.7 涡核水平速度分析
    4.3 本章小结
第五章 基于LES方法的近地尾涡人工干预机理研究
    5.1 实验前处理
        5.1.1 几何建模与网格划分
        5.1.2 计算条件设置
        5.1.3 人工干扰板配置信息
        5.1.4 人工干扰板的超障评估
    5.2 人工干扰板作用下的尾涡演变实验结果分析
        5.2.1 尾涡涡量等值线分布图
        5.2.2 尾涡切向速度矢量图分析
        5.2.3 涡核涡量衰减分析
        5.2.4 涡核下沉运动分析
        5.2.5 尾涡水平运动分析
        5.2.6 涡核间距变化曲线
        5.2.7 涡核下沉速度分析
        5.2.8 尾涡水平运动速度分析
        5.2.9 尾涡环量演变分析
    5.3 基于LES方法的人工干扰板和侧风共同影响下的尾涡演变分析
        5.3.1 尾涡云图分析
        5.3.2 涡核间距变化分析
        5.3.3 涡核水平速度分析
        5.3.4 涡核下沉速度分析
        5.3.5 涡核水平运动分析
        5.3.6 涡核下沉运动分析
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 论文结论
    6.2 论文展望
致谢
参考文献
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]侧风影响下的飞机尾流强度消散与涡核运动[J]. 魏志强,李志远,刘薇.  空军工程大学学报(自然科学版). 2017(06)
[2]香港国际机场的飞机尾涡观测（英文）[J]. 韩启光,陈栢纬.  雷达学报. 2017(06)
[3]弹性飞机尾涡遭遇动响应分析方法[J]. 张红波,马翔,杨佑绪.  航空科学技术. 2016(12)
[4]Large eddy simulation of aircraft wake vortex with self-adaptive grid method[J]. Mengda LIN,Guixiang CUI,Zhaoshun ZHANG.  Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2016(10)
[5]新概念机翼尾流特性实验[J]. 朱睿,刘锦生,刘志荣,鲍锋.  航空学报. 2017(04)
[6]飞机近场尾涡特性数值模拟研究[J]. 温瑞英,王红勇,刘薇,褚双磊.  飞行力学. 2016(01)
[7]有无翼尖涡扩散器的民航机翼数值模拟计算[J]. 谷润平,宋国萍,刁华智,刘薇.  飞行力学. 2015(05)
[8]地面效应作用下翼尖涡特性的PIV实验研究[J]. 章旷,代钦.  空气动力学学报. 2015(03)
[9]四涡系统构建及其特性的实验研究[J]. 鲍锋,朱睿,刘志荣,何意.  航空学报. 2015(05)
[10]基于相交不稳定性的尾流自消散机翼实验研究[J]. 鲍锋,杨锦文,刘锦生,江建华,王俊伟,何意.  力学学报. 2015(03)

硕士论文
[1]飞机尾流的数值模拟与影响因素计算分析[D]. 刁华智.中国民航大学 2016
[2]基于组合小翼及翼梢喷流的翼尖涡控制实验研究[D]. 杨可.清华大学 2012



本文编号：3713369