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空中交通安全间隔的理论方法研究

时间:2017-08-30 14:36来源:蓝天飞行翻译公司 作者:民航翻译 点击:

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通过MAVSS的测量数据,FAA发现维持强度时间 不仅与前机翼展B有关,而且前机发动机的构型也会影响  的大小;主要的表现就是有两台翼挂式发动机的飞机(如:波音737)其  值比较大,处于线性拟合曲线之外,因此在每个经验公式中附加了一个小项,其公式说明如下:
对于落地的飞机:
                (5-1)
其中:   
       E:为标志变量,如果是两台翼挂式发动机的飞机,取值为1,其余情况取值为0。
对于起飞的飞机:
       (5-2)
其中:  
       E:取值要求同上。
上述几式中的 是危险遭遇概率水平,在曲线拟合时, 分别取值0.1,0.01和0.001,当 =0.01时所计算出的维持强度时间 的含义是:平均发生的100个尾涡中间有一个尾涡的维持强度时间 达到或超过此值,而我们所关心的也正是这个消散时间较长的尾涡是否会给后机造成影响,那些只有很短的 时间的尾涡是没有必要取考虑的。当 取值为0.1和0.001时的含义如此类推。
这样,对机型尾流分类的衡量不再仅仅是依靠飞机的允许最大起飞重量 ,而是综合地考虑包括允许最大起飞重量,产生尾涡飞机的翼展,进近速度大小,发动机的构型等等在内的各方面的参数,使得分析和计算结果更趋于合理。
评价机型的尾流分类是否合理,必须计算出在同一危险遭遇概率水平 下的各种机型的危险遭遇间隔距离 的分布,其仿真计算输入参数为各机型的相关参数,输出结果是危险遭遇间隔距离 。仿真计算过程如下,:
第一步:首先确定模型的输入参数;包括允许的最大起飞重量 ,前机的翼展B(计算翼展时,对各类飞机使用其各型号的平均翼展),前机的进近速度 ,发动机构型的标志变量E,后机的平均翼展b,危险遭遇概率水平 。
第二步:计算前机产生的尾涡特性;包括起始尾涡强度 (由尾涡消散模型中的(4-21)式给出),尾涡维持强度时间 (由(5-1)和(5-2)式给出),以及尾涡涡核半径 (使用MAVSS的经验公式 )。
第三步:计算临界危险强度 ,此时尾涡的总强度对翼展为b的后机处于临界危险状态, 由尾流危险遭遇模型中的(4-18)式给出,滚转比例系数 取值0.5。
第四步:计算从起始尾涡强度 开始消散到临界危险强度 所需要的时间 (维持强度时间),消散率 仍然取值1.5,由尾涡消散模型的(4-20)式可得到发生危险遭遇时的时间间隔 :
                                       (5-3)
第五步:根据 值确定在给定的前后机序列时的危险遭遇距离  
      (5-4)
对于起飞的飞机来讲,V为离地速度,(通常要比落地速度大,取值145海里/小时)
5.2仿真软件及程序简介
本课题的仿真是在普通的个人IBM兼容机上面进行的,仿真的工作环境是MATLAB软件,MATLAB自1984年由美国Mathworks公司推向市场以来,历经十几年的发展和竞争,现在已成为国际公认的最优秀的科技应用软件。
建立模型是仿真的第一步,也是十分重要的一步。仿真模型可以是一个物理模型,也可以是一个数学模型;对于计算机仿真,需要在计算机上建立起对象的数学模型。一般来讲,系统的数学模型都必须改写成适合与计算机处理的形式,称之为仿真数学模型。这里的第一步已经在前面的几章的讨论中完成,对起飞和落地阶段飞机之间的尾流间隔模型已经建立起来,现在需要把所得出来的数学模型通过软件,变为计算机能够读懂,并且能够处理的仿真数学模型,然后给出该模型所需要的初始数据,让计算机根据程序中给定的算法,计算出根据前面所给的初始数据被该数学模型处理后所应该得到的结果,从而来模拟现实中的事件发生的情况。
根据前面章节中的讨论,对于飞机之间的尾流安全间隔问题的研究是从两个方面来进行的;对跟进的后机建立了尾流危险遭遇基本模型,对形成尾流的前机建立了尾涡消散模型;然后为计算的方便,又引入了尾涡消散模型的经验公式,这二者通过    尾流危险遭遇模型给出尾涡临界强度 联系起来;机型尾流的仿真计算和分析就是建立在这两个模型基础上的。因此在编写程序对各种机型尾流特性进行仿真计算的时候,将整个程序分为几个大的模块来进行编写,其中主要是分别对尾流危险遭遇基本模型和尾涡消散模型编写了计算模块,然后通过一个主函数输入计算所需的数据,分别调用这两个模块函数,并传递计算参数给他们,这两个函数计算后返回结果到主函数,主函数经过处理后就可以得到不同机型在给定的不同概率水平下的尾流安全间隔距离。主函数的功能主要是实现数据的输入、输出、与计算结果的综合,该函数的输入部分主要是从函数的调用是就要求使用者输入所有的计算参数,然后在函数内部根据各模块对初始数据的不同需要,在对各个模块函数进行调用的时候,就将其要使用的数据传递给相应的函数,在模块函数计算得出结果的时候再将这些计算结果进行处理和输出。
5.3  仿真计算结果及其分析
由于关心的主要是重型机和中型机产生的尾流强度,小型机产生的尾流一般不予考虑;另一方面小型机的尾涡涡核半径的数据难以获得,用经验公式计算的结果误差比较大。所以在仿真计算时选择选择的是几种常见的中型机和重型机;需要说明的是由于在模型的仿真计算过程中使用了较多的近似条件,所以这些结果并不能作为安排实际安全间隔的标准;但是由于各种机型的计算都使用了同样的近似条件,因此并不妨碍对机型分类合理性的判断,因为相同类别的机型应当表现出类似的数据分布,如果差异变化较大,则说明这种机型的类别的划分是不合理的。
计算结果如表5-1、2、3、4、5、6所示;图5-1…18分别为各表数据的拟合曲线(图中纵轴表示间隔距离,单位为海里;横轴表示平均翼展长度,单位为米)。
在表5-1、2、3、4、5、6中,粗线以上的各机型分类属于中型机类,粗线以下的各机型属于重型机类(按照ICAO的分类标准或者FAA的分类标准),注意到波音707 现在已经退役,但为了方便与波音757机型的比较,选择了两种分属于不同类别的波音707型号(波音707和波音707H)进行了计算,计算结果分析如下:
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