Turbulența în turbulența turbionară este un fenomen de coborâre din aripile masei de aer învârlite care se ridică în spatele avionului (avionul). Aeronava care intră în zona vortexului poate fi în mare pericol.
Forța de ridicare a aeronavei este creată datorită diferenței de presiune de pe suprafața aripii: presiune scăzută - pe suprafața superioară, înaltă - pe partea inferioară. Aceasta duce la formarea de verișoare în spatele aripilor aeronavei. Vitezele vortexului sunt curenții de aer care se rotesc în direcții opuse, presupunând o formă cvasi-cilindrică. Fenomenul de turbulență într-un turbionar turbulent este cunoscut de mult timp, dar pericolul său crescut a devenit clar cu apariția avioanelor turbojet mari. Problema asigurării siguranței turbulențelor este acută pentru piloți, controlori de trafic aerian și servicii de aerodrom.
Problema evoluției treptei de vortex pentru aeronave este stabilită după cum urmează. Aeronava efectuează un zbor la o anumită altitudine cu o viteză cunoscută într-o atmosferă turbulentă, urmată de o pistă de vârtej. Este necesar să se determine structura, durata de viață a traseului și să se construiască modelul său matematic generalizat. Finală etapă - construirea efectelor vortex modelului wake asupra dinamicii Soarelui (valoarea suprasarcinii, modificarea unghiurilor de orientare și viteza unghiulară a soarelui), în funcție de condițiile reuniunii, cu următoarele [1].
Structura traseului vârtejului depinde de modul de zbor al aeronavei. Modul aripa decolare și aterizare mecanizarea respins, rezultând în sistemul de formare a multivortex. În modul de croazieră se formează un sistem cu două vârfuri. Vortexuri sunt implicate în două procese fizice - contopirea vârtejuri egal turbionari într-o pierdere de circulație a fiecărui turbion se datorează interacțiunii cu vortexul oppositely turbionară [2].
Vitezele formate coboară în jos împreună cu aerul într-o capsulă eliptică la o viteză
unde G0 este circulația, care depinde de momentul originii vortexului; l0 este distanța dintre vârtejuri. Circulația totală a vârtejurilor scade cu timpul. Principalul mecanism al pierderii circulației este difuzarea. Vitezele din interiorul capsulei pot fi considerate ca un fluid vortex. În afara capsulei, lichidul nu este vortexat. Perturbațiile turbulente non-staționare eliberează o parte din lichidul vortex din capsulă, care este apoi preluată și transportată de fluxul extern. Aceasta este a doua modalitate de a pierde circulația turbionară. Parametrii traseului vortexului sunt determinate de masa, viteza și forma aripii aeronavei. Cu cat aeronava era mai grea, cu atat mai complicata era mecanizarea aripii si cu cat era mai rapida zborul, cu atat mai intensa era turbulenta in urma.
Impactul tremuratului cu vortex asupra aeronavei
Traseul vortex al generatorului VS este cel mai periculos în cazul în care a doua aeronavă zboară la un nivel de zbor mai mic. În prezența unui vânt orizontal, se mișcă un tremur de vortex.
Traseul vortex pentru o aeronavă mică capturată în zona pistei este extrem de periculoasă. În acest caz, se poate dezvolta mișcarea intensă a rolei, care Parry nu este întotdeauna posibil din mai multe motive: lipsa unui management eficient, pierderea de înălțime considerabilă de soare, o scădere bruscă a ratei de urcare, în plus, apar atunci când această sarcină este capabil de a provoca daune grave structurii.
Există criterii cantitative pentru evaluarea gradului de impact al pistei de vârtej pe aeronavă. În Statele Unite, a fost introdus termenul "doză de disconfort", primit de VS atunci când trecea lângă pista. Disconfortul este determinat de supraîncărcarea (în principal verticală și laterală) și de accelerațiile unghiulare ale aeronavei. Ca criteriu de disconfort, se folosește suma ponderată a integralelor incrementelor pătrată ale supraîncărcărilor care trec prin legătura izodromică Ts / (Ts + 1):
unde s este operatorul de diferențiere; T este constanta de timp; k este ceva constant [2].
Ca T → ∞, (2) urmează criteriul sub formă de integrale a pătratelor incrementelor accelerațiilor, și ca T → 0, pătratele derivatelor accelerațiilor. Creșterile supraîncărcărilor laterale sunt mai periculoase decât creșterile celor verticale, prin urmare k> 1.
Modelul Soarelui și pista lui vortex
Caracteristicile de bază ale modelului VS pentru calculul urmei vortexului sunt dimensiunile de masă, viteză și geometrie: anvergură a aripii, lungimea totală și înălțimea.
Vom estima mărimea traseului vortex, care este creat de aeronavă în timpul fazei de zbor de croazieră. Când simularea trailing vortex exterior plicului folosit modelul stohastic de vânt: erori de măsurare satisfac gaussian, plicul exterior este un elipsoid cu E osya- în creștere [3] în timp. Act crește lungimea elipsoidului semiaxes vortex (RE) este dată de = d d0 + savrgt, unde d0 - lungimea inițială a semiaxis; savrg - eroare de măsurare a vântului; t este timpul de la formarea vortexului. Plicul carapacelor exterioare este o suprafață apropiată de un conul eliptic. Proiecția orizontală a conului este înclinată față de direcția de zbor a aeronavei în prezența unui vânt lateral. Lățimea proiecției este proporțională cu eroarea de măsurare a vântului calculată. Într-o situație reală pe care doriți să determine dimensiunea CSE, care în acest moment cu o anumită probabilitate poate fi vortex trezi.
Folosind modelul de [3], se calculează parametrii pentru aeronavă wake tip vortex SUPERJET 100-75LR cu următoarele caracteristici: masa m = 4,3 * 104 kg, viteza V = 150 m / c, leagăn aripile l0 = 27,8 m, de ansamblu înălțimea h = 20 m, savrg = 2 m / s.
Valoarea inițială a semiaxelor (a0; b0; c0) CE este: a0 = l0 / 2, b0 = h / 2, c0 = TstepVx, Tstep = 1 c. Adică, HE inițială generată de CS are dimensiunile semicelor: a0 = 13,9 m, b0 = 10 m și c0 = 150 m.
Timpul caracteristic și timpul de destindere al vortexurilor [3], respectiv, sunt:
140 s, unde circulația atmosferică Gdecay = 70 m2 / c.
Definim circulația inițială T0 prin calcularea vitezei U0 (1) și a timpului caracteristic: în consecință, T0 = 2pt = 179 m2 / c.
În timpul vieții sale, VE va schimba dimensiunile propriilor semi-axe cu d = savrgtdecay = 280 m, scăzând cu = 100 m. Nu se ia în considerare prezența tulburărilor de vânt.
După cum se poate observa din evaluare, VE este practic transformat într-o minge cu un diametru de aproximativ 600-800 m, mărind în dimensiuni liniare cu aproape două ordine de mărime. În același timp, atunci când se deplasează la o viteză constantă, soarele va depăși distanța Vtdecay = 21 km într-o perioadă de timp.
Astfel, traseul vortex constă dintr-o secvență de RE-uri ordonate în dimensiuni liniare ale axelor, are o lungime mare și relativ compactă în direcția transversală. Cantitatea de RE în modelul de vârtej turbionar variază în funcție de exactitatea calculelor necesare.
Ipoteze și limitări
Nevoia de interacțiune între soare stabilește noi cerințe pentru algoritmii folosiți în compoziția de control al traficului aerian (ATC): creșterea nivelului de inteligență și niveluri reduse egoist [4-5]. Construirea unui model de comportament colectiv al soarelui este dincolo de domeniul de aplicare al acestei lucrări, prin urmare, să ne limităm la lista de ipoteze de bază necesare pentru introducerea ulterioară a modelelor în managementul mai general al mediului sau simularea software a traficului aerian.
· Informațiile privind datele de zbor (viteza, cursul, timpul zborului, întârzierea totală, datele meteorologice, manevrele viitoare) ale altor participanți la trafic din zona de vizibilitate sunt disponibile participanților la traficul aerian.
· Vântul este considerat permanent.
· Nu există zone interzise pentru zbor.
· Mișcarea aeronavei pentru un interval de timp egal cu timpul de amortizare a vântului (aproximativ 3-5 minute) are loc cu o masă constantă.
Algoritm pentru prevenirea accesului aeronavei la pista de vortex
Având în vedere că alegerea traiectoriei vârtejurilor HS-generatorul poate fi influențată de alte aeronave (sau trezi vârtejuri), localizarea vârtejurile nu poate fi calculat adept soare la un moment dat în viitor, ca și în problema evitării vârtejuri numai Sun [3] - un model vortex ar trebui simulate dinamic.
Pentru adepții BC nu a fost calculată imaginea câmpului de vârtej al generatorului HS la fiecare pas de timp, este necesar să se transfere acestora caracteristicile. Construcția zonelor vortex poate fi tratată de una dintre serviciile ATC (cu un sistem ATC centralizat) sau de generatorul VS însuși folosind abordarea agentului [5]. Restaurarea tablourilor produse de zona de date de zbor turbionară (inclusiv traiectoria soarelui, generatorul pentru un timp egal cu timpul de degradare turbionară) implicați în soare urmași. După construirea câmpului vortex, este necesar să se urmărească evoluția acestuia atâta timp cât generatorul BC sau traseul său vortex rămâne în vedere.
Pentru a evita un traseu de vârtej al unui urmaș, trebuie luați pașii următori.
1. Obțineți date de zbor de la generatorul de aeronave care a căzut în câmpul vizual.
2. Calculați caracteristicile traseului turbionar: timpul de degradare, lungimea, înălțimea coborârii, dimensiunile semicuplurilor treptei de vârtej.
3. Solicitați date privind traiectoria generatorului de aeronave pentru un interval de timp egal cu timpul estimat de degradare.
Toți pașii ulteriori trebuie să fie executați iterativ cu un anumit pas de timp. Mărimea treptei ar trebui să fie legată de perioada de schimb de informații între laturi sau de intervalul de timp utilizat pentru construirea imaginii câmpului vortex.
4. Verificați dacă generatorul VS rămâne în vedere. Dacă rămâne, schimbați date de zbor cu el, altfel urmăriți traseul său de vortex (parte din pistonul vortex) în zona de vizibilitate.
5. Dacă generatorul VS este în afara punctului de vedere, verificați dacă a dispărut traseul acestuia. Dacă dispare, algoritmul se termină.
6. Determinați dacă păstrarea ratei actuale va duce la o traseu de vârtej. Dacă nu, continuați cursul actual, repetați.
7. Dacă cursul curent duce la o lovitură în traseul vortexului, calculați dimensiunile traseului la punctul de intersecție și verificați dacă vor dispărea vârtejurile în punctul de intersecție la momentul intersecției. Dacă acestea dispar, continuați să mutați cursul actual, repetați.
8. Dacă vortexurile de la punctul de intersecție nu au timp să dispară, ar trebui să fie aleasă manevra plană optimă [3].
Când destinația ajunge la locul de muncă, algoritmul se termină.
Rezultatele calculării caracteristicilor traseelor vortex
În cadrul modelului propus, a fost elaborat un program pentru a calcula dimensiunile traseelor vortex. Am folosit următoarea procedură de calcul: (m, l0) → t ¢ → F0 → tdecay → (a, b, c, sdown), unde m - masa; l0 - anvergura aripilor; t ¢ este timpul caracteristic pentru scăderea vârtejelor; R0 este circulația inițială a vârtejurilor; tdecay este timpul de decădere al vîrtejului; a, b, c - dimensiunile semiaxelor CE; înălțimea de coborâre. Rezultatele calculelor sunt prezentate în tabel.
Caracteristicile vortexurilor formate din diferite tipuri de aeronave
Notă: viteza V = 150 m / s; simulare pas - 1 secundă; eroare de măsurare a vântului - 2 m / s; înălțimea totală a aeronavei este de 20 m; nu există vânt.
Astfel, lucrarea prezintă un model al evoluției traseelor vortex ale aeronavelor și prezintă rezultatele calculelor caracteristicilor acestora pentru diferite tipuri de aeronave.
Evitarea vortex algoritm Wake, care poate fi utilă atunci când se utilizează un sistem multi-agent abordare (descentralizat) la construirea sistemului ATC furnizarea de diferite tipuri pentru prevenirea conflictelor (coliziuni abordări periculoase, rezultate în turbionar urme).
Pentru aprobarea algoritmului, o componentă software este dezvoltată sub forma unei biblioteci conectate dinamic. În viitor, în cadrul sistemului ATC și mediul de simulare corespunzătoare, inclusiv utilizarea conceptelor orientate spre viitor de Free Flight [5], este de așteptat să utilizeze un scenarii de testare și valori mai comune [5] pentru a evalua performanța algoritmului.
Dacă doriți să evaluați articolul
Revista are toate înregistrările necesare:
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: