一种飞机配对进近尾流安全区域的预测方法及系统

本发明涉及航空，特别是涉及一种飞机配对进近尾流安全区域的预测方法及系统。

背景技术：

1、随着我国航空运输业的蓬勃发展，航班量的增长给机场跑道容量和管制人员指挥带来了极大的挑战。通过实施配对进近能够充分利用近距平行跑道的容量潜力，提高飞机进近效率，提升机场运行效率。而我国众多大型机场都已经拥有近距平行跑道，另有较多机场正在增建新的平行跑道以应对愈来愈多的航班量，这也会增加进近平行跑道的数量。为了避免配对进近过程中飞机尾流带来的危害，两架飞机之间必须满足相应的安全间隔。

2、现有技术《基于滚转力矩系数的尾流简化危险区计算分析》中，关于侧风对尾流位移的影响的描述过于模糊，并且仅研究了上风涡；对飞机尾流遭遇的分析不够全面，进行飞机承受尾流强度计算时没有考虑到尾流自身的扩散；通过尾流的轨迹分析来代替安全边界的发展并不准确，其忽略了危险区大小和形状的变化，从而导致安全分析的准确性降低；由于缺少对危险区变化的细致描述，导致安全模型无法体现危险区主副区变化的异同对预测影响和危险区发展末期尾流危险区自身的缩减。

3、因此，亟需一种飞机配对进近尾流安全区域的预测方法及系统，来解决目前配对进近尾流危险区快速预测的考虑因素不够充分，对危险区变化的描述不够细致，对危险区边界的发展预测不够精准的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种飞机配对进近尾流安全区域的预测方法及系统，能够在飞机配对进近过程中进行尾流危险区快速预测和尾流间隔计算。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种飞机配对进近尾流安全区域的预测方法，包括：

4、采集配对进近环境参数和前机参数；

5、将所述配对进近环境参数和前机参数代入预设的尾流耗散模型中，获取前机尾流耗散情况，其中，所述尾流耗散模型基于尾流模型构建，所述尾流模型基于飞机的双涡强度和速度场的分布关系构建；

6、采集后机参数，并结合所述后机参数和前机尾流耗散情况进行滚转受力分析，判断尾流危险区；

7、分别计算湍流、地面效应和侧风引起的所述尾流危险区的位移变化，获取所述尾流危险区的演变情况，并根据所述演变情况获取所述尾流危险区的边界变化；

8、基于所述尾流危险区的边界变化计算配对进近尾流间隔，获取配对进近后机尾流安全区域。

9、可选地，所述尾流模型为：

10、，

11、

12、式中，为尾流的切向速度；分别为左涡和右涡的初始环量；分别为流场中一点到左涡心和右涡心的距离；为初始涡核半径；为尾流初始环量；、分别为前机质量和前机飞行速度；为重力加速度；为大气密度；为初始涡核间距；为前机翼展。

13、可选地，所述尾流耗散模型为：

14、

15、式中，表示随时间变化的尾流环量；为特征时间；为尾涡耗散时间；为近涡持续时间；为尾涡距前机翼展方向距离；为尾涡距前机垂直方向距离；为无因次浮力频率；为自然底数。

16、可选地，所述尾流耗散模型中的近涡持续时间通过对传统近涡持续时间进行修正得到，所述修正的方法为：

17、，

18、

19、式中，为传统近涡持续时间；为涡耗散率；为初始涡核间距；为湍流强度，为特征时间。

20、可选地，结合所述后机参数和前机尾流耗散情况进行滚转受力分析，判断尾流危险区包括：

21、基于滚转力矩系数对后机遭遇前机尾流时的危险区进行判断，所述滚转力矩系数越大，后机遭遇前机尾流时的危险程度越强烈，其中，所述滚转力矩系数为：

22、

23、式中，为滚转力矩系数；为后机遭遇尾流时的滚转力矩；，和分别为后机飞行速度、后机机翼面积和后机翼展；为大气密度；为升力线斜率；为垂直诱导速度；为处的垂直诱导速度；为机翼在处的弦长；为后机上一点的展向坐标；为机身投影宽度；为处的条带长度；为平尾翼展方向的长度。

24、可选地，湍流引起的所述尾流危险区的位移变化为：

25、，

26、，

27、，

28、

29、式中，为湍流引起的尾流危险区位移变化；为初期湍流引起的尾流危险区位移变化；为中期湍流引起的尾流危险区位移变化；为后期湍流引起的尾流危险区位移变化；为湍流强度；为前机飞行速度；为尾涡耗散时间；为振幅水平偏移量；为涡丝初始连接时间；为偏置时间；为前机翼展；

30、地面效应引起的所述尾流危险区的位移变化为：

31、

32、式中，为地面效应引起的尾流危险区的位移变化；为地面效应引起的尾涡位移速度；

33、侧风引起的所述尾流危险区的位移变化为：

34、

35、式中，为侧风引起的尾流危险区的位移变化；为风速修正因子；为侧风风速。

36、可选地，获取所述尾流危险区的边界变化包括：

37、对所述尾流危险区进行划分，包括第一危险区、第二危险区、第三危险区、第四危险区、第五危险区、第六危险区；

38、分阶段获取划分后的所述尾流危险区的边界变化，计算方法为：

39、

40、式中，为危险区边界与前机飞行迹线的距离；为第一危险区和第六危险区的初始宽度；为位置误差与安全余量之和；为扩散率；为收缩率；为第一危险区和第六危险区的消散时间；为第二危险区和第五危险区的初始宽度；为缩减开始时间。

41、可选地，基于尾流危险区的边界变化计算配对进近尾流间隔的方法为：

42、

43、式中，为前机危险区边界距后机的横向距离；为近距平行跑道的间距；为后机翼展。

44、为进一步实现上述目的，本发明还提供了一种飞机配对进近尾流安全区域的预测系统，包括：参数采集模块、尾流分析模块、危险区判断模块、危险区演变模块、安全区获取模块；

45、所述参数采集模块，用于采集配对进近环境参数、前机参数和后机参数；

46、所述尾流分析模块，用于将所述配对进近环境参数和前机参数代入预设的尾流耗散模型中，获取前机尾流耗散情况，其中，所述尾流耗散模型基于尾流模型构建，所述尾流模型基于飞机的双涡强度和速度场的分布关系构建；

47、所述危险区判断模块，用于结合所述后机参数和前机尾流耗散情况进行滚转受力分析，判断尾流危险区；

48、所述危险区演变模块，用于分别计算湍流、地面效应和侧风引起的所述尾流危险区的位移变化，获取所述尾流危险区的演变情况，并根据所述演变情况获取所述尾流危险区的边界变化；

49、所述安全区获取模块，用于基于所述尾流危险区的边界变化计算配对进近尾流间隔，获取配对进近后机尾流安全区域。

50、本发明的有益效果为：

51、本发明结合了不同侧风、地面效应和湍流强度等对进近过程飞机尾流耗散的影响，并考虑尾流危险区发展过程中不同区域的发展差异，对尾流危险区的发展进行了分阶段的分析与模型总结，能够在飞机配对进近过程中进行尾流危险区快速预测和尾流间隔计算，在保证安全的前提下，充分挖掘配对进近过程中的空域潜力，推动我国民航业新技术的应用。