一种用于飞机紊流环境模拟的仿真方法

摘要

本发明公开了一种用于飞机紊流环境模拟的仿真方法，该方法包括以下步骤：进入紊流模块，判断飞机速度重置标志是否为真；判断飞机飞行冻结标志是否为真；判断飞机真空速VTR是否大于15.0；判断飞机复位目录是否为0；判断飞机风剖面索引是否不为0；判断飞机微暴激活标志是否为真；设置飞机的要求粗糙大气标志为真；判断飞机粗糙大气标志是否为真；判断飞机紊流类型是否为0；判断飞机紊流强度是否为0；判断飞机重定位目录是否不为0。有益效果：可以提供粗糙大气、鹅卵石紊流及离散型垂直阵风等紊流模型，且紊流强度为10级，阵风强度可在0~25 m/s范围内进行选择，从而通过计算出紊流扰动速度来模拟大气扰动环境。

说明书

技术领域

本发明涉及仿真方法技术领域，具体来说，涉及一种用于飞机紊流环境模拟的仿真方法。

背景技术

紊流又称湍流，是流体的一种流动状态。当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，或称为片糖；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，称为湍流，又称为乱流、扰流或紊流。

随着生活水平的不断提高，乘坐飞机出行越来越受到人们的欢迎，而飞机在大气层内飞行时经常容易受到大气紊流的影响，大气紊流的干扰会导致飞机飞行性能下降、操纵困难，甚至导致驾驶员诱发振荡，危及飞行安全，因此，本发明提出了一种用于飞机紊流环境模拟的仿真方法。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种用于飞机紊流环境模拟的仿真方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

一种用于飞机紊流环境模拟的仿真方法，该方法包括以下步骤：

S1、进入紊流模块，判断飞机速度重置标志是否为真，若是，则执行S19，若否，则执行S2；

S2、判断飞机飞行冻结标志是否为真，若是，则执行S19，若否，则执行S3；

S3、判断飞机真空速VTR是否大于15.0，若是，则执行S4，若否，则执行S19；

S4、判断飞机复位目录是否为0，若是，则执行S5，若否，则执行S19；

S5、判断飞机风剖面索引是否不为0，若是，则执行S7，若否，则执行S6；

S6、判断飞机微暴激活标志是否为真，若是，则执行S7，若否，则设置飞机的要求粗糙大气标志为假，并执行S8；

S7、设置飞机的要求粗糙大气标志为真，并执行S8；

S8、判断飞机粗糙大气标志是否为真，若是，则执行S9，若否，则执行S10；

S9、判断飞机紊流类型是否为0，若是，则执行S12，若否，则执行S10；

S10、判断飞机紊流强度是否为0，若是，则执行S12，若否，则执行S11；

S11、判断飞机重定位目录是否不为0，若是，则执行S12，若否，则执行S13；

S12、判断飞机紊流强度因子η

S13、判断飞机紊流类型是否不为3，若是，则调用清除垂直阵风子流程，并执行S15，若否，则调用计算垂直阵风子流程，并执行S15；

S14、先调用清除紊流子流程，再调用清除垂直阵风子流程，退出紊流模块；

S15、判断飞机阵风计时T

S16、判断飞机紊流类型是否为3，若是，执行S17，若否，则执行S18；

S17、调用清除紊流子流程，并退出紊流模块；

S18、依次调用计算其它紊流子流程、调用生成随机数字子流程、调用过滤器子流程、调用计算紊流速率子流程，退出紊流模块；

S19、判断飞机重新定位计时T

S20、判断飞机真空速VTR是否小于15.0，若是，则执行S21，若否，则退出紊流模块；

S21、依次得到清紊流速度UT=VT=WT=0，UT=VT=WT=0，η

进一步的，所述S13中清除垂直阵风子流程包括以下步骤：

S1301、进入清除垂直阵风子流程；

S1302、设置阵风距离因子和阵风计时均为0；

S1303、设置阵风强度因子和垂直阵风强度均为0；

S1304、设置阵风要求鹅卵石紊流强度和阵风的垂直速度均为0；

S1305、退出清除垂直阵风子流程。

进一步的，所述S13中计算垂直阵风子流程包括以下步骤：

S1311、进入计算垂直阵风子流程；

S1312、判断紊流强度号是否不为0，若是，则得到垂直阵风紊流强度因子

S1313、判断飞机阵风计时T

S1314、判断T

S1315、判断距离因子是否大于等于1.0，若是，则执行S1316，若否，则执行S1317；

S1316、依次设置紊流类型号为0，紊流强度号为0，要求阵风标志为假，轻度紊流标志为假，中度紊流标志为假，重度紊流标志为假，并执行S1317；

S1317、插值计算阵风高度因子到垂直阵风高度因子η

S1318、得到垂直阵风速度W

S1319、退出计算垂直阵风子流程。

进一步的，所述S14中清除紊流子流程包括以下步骤：

S141、进入清除紊流子流程；

S142、调用第一渐弱子流程（U

S143、调用第三渐弱子流程（W

S144、调用第五渐弱子流程（Q

S145、得到η

S146、清除所有滤波器输出F

S147、退出清除紊流子流程。

进一步的，所述渐弱子流程包括第一渐弱子流程（U

进一步的，所述渐弱子流程包括以下步骤：

进入渐弱子流程，利用公式RL=RAKFADER*RC进行计算，其中，RL表示U

判断|RL|是否小于0.01，若是，则得到RC=0，并退出渐弱子流程，若否，得到RC=RL，并退出渐弱子流程。

进一步的，所述S18中计算其它紊流子流程包括以下步骤：

S1801、进入计算其它紊流子流程；

S1802、判断粗糙大气要求标志是否为真，若是，则计算风要求的紊流强度因子，并执行S1806，若否，则执行S1803；

S1803、判断紊流类型是否为粗糙大气，若是，则得到粗糙大气要求紊流强度因子

S1804、判断紊流类型是否为鹅卵石紊流，若是，则得到鹅卵石大气要求紊流强度因子

S1805、得到方波强度

S1806、判断紊流强度号是否为0，若是，则执行S1807，若否，则执行1808；

S1807、设置粗糙大气要求标志为真，若已设置，则得到η

S1808、得到紊流强度因子增量∆η

S1809、判断∆η

S1810、依次得到η

S1811、用插值计算紊流强度高度因子和紊流尺度高度因子，并判断紊流类型是否为粗糙大气，若是，则执行S1813，若否，则执行S1812；

S1812、判断粗糙大气要求标志是否为真，若是，则执行S1813，若否，则执行S1814；

S1813、依次计算粗糙大气紊流强度和紊流尺度，得到清鹅卵石方波强度W

S1814、判断紊流类型是否为鹅卵石紊流，若是，则执行S1816，若否，则执行S1815；

S1815、判断紊流类型是否为垂直阵风，若是，则执行S1816，若否，则执行S1821；

S1816、得到鹅卵石计时T

S1817、判断真空速V

S1818、判断T

S1819、判断T

S1820、计算鹅卵石紊流强度和紊流尺度；

S1821、退出计算其它紊流子流程。

进一步的，所述S18中生成随机数字子流程包括以下步骤：

S1831、进入生成随机数字子流程；

S1832、产生9个0~1之间的均匀分布的随机数；

S1833、产生9个-0.5~+0.5之间的均匀分布的随机数；

S1834、存为上周期的9个正态分布的随机数；

S1835、调用外部检索子程序和插值求正态分布随机数R

S1836、退出生成随机数字子流程。

进一步的，所述S18中过滤器子流程包括以下步骤：

S1841、进入过滤器子流程；

S1842、根据时间常数T

S1843、根据EXP=e

S1844、调用EQN200子流程，得到F

S1845、根据EXP=e

S1846、调用EQN200子流程，得到F

S1847、根据EXP=e

S1848、调用EQN200子流程，得到F

S1849、根据EXP=e

S1850、调用EQN200子流程，得到F

S1851、根据EXP=e

S1852、调用EQN300子流程，得到F

S1853、根据EXP=e

S1854、调用EQN400子流程，得到F

S1855、根据EXP=e

S1856、调用EQN200子流程，得到F

S1857、根据EXP=e

S1858、调用EQN300子流程，得到F

S1859、根据EXP=e

S1860、调用EQN400子流程，得到F

S1861、退出过滤器子流程。

进一步的，所述S18中计算紊流速率子流程包括以下步骤：

S1871、进入计算紊流速率子流程；

S1872、判断紊流类型是否为垂直阵风，若是，则得到紊流因子η

S1873、判断飞行高度h

S1874、判断h

S1875、得到紊流因子η

S1876、判断h

S1877、判断h

S1878、依次计算U

S1879、退出计算紊流速率子流程。

本发明的有益效果为：通过本发明的使用，可以提供粗糙大气、鹅卵石紊流及离散型垂直阵风等紊流模型，且紊流强度为10级，阵风强度可在0 ~25 m/s范围内进行选择，从而通过计算出紊流扰动速度来模拟大气扰动环境。此外，本发明还可以按照紊流类型可分为垂直阵风紊流、粗糙大气及鹅卵石紊流，并按紊流强度可分为轻度紊流、中度紊流和重度紊流的仿真九种紊流。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种用于飞机紊流环境模拟的仿真方法中清除垂直阵风子流程示意图；

图2是根据本发明实施例的一种用于飞机紊流环境模拟的仿真方法中计算垂直阵风子流程示意图；

图3是根据本发明实施例的一种用于飞机紊流环境模拟的仿真方法中清除紊流子流程示意图；

图4是根据本发明实施例的一种用于飞机紊流环境模拟的仿真方法中渐弱子流程示意图；

图5是根据本发明实施例的一种用于飞机紊流环境模拟的仿真方法中生成随机数字子流程示意图；

图6是根据本发明实施例的一种用于飞机紊流环境模拟的仿真方法中EQN200子流程示意图；

图7是根据本发明实施例的一种用于飞机紊流环境模拟的仿真方法中EQN300子流程示意图；

图8是根据本发明实施例的一种用于飞机紊流环境模拟的仿真方法中EQN400子流程示意图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

根据本发明的实施例，提供了一种用于飞机紊流环境模拟的仿真方法。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1-8所示，根据本发明实施例的用于飞机紊流环境模拟的仿真方法，该方法包括以下步骤：

S1、进入紊流模块，判断飞机速度重置标志是否为真，若是，则执行S19，若否，则执行S2；

S2、判断飞机飞行冻结标志是否为真，若是，则执行S19，若否，则执行S3；

S3、判断飞机真空速VTR是否大于15.0，若是，则执行S4，若否，则执行S19；

S4、判断飞机复位目录是否为0，若是，则执行S5，若否，则执行S19；

S5、判断飞机风剖面索引是否不为0，若是，则执行S7，若否，则执行S6；

S6、判断飞机微暴激活标志是否为真，若是，则执行S7，若否，则设置飞机的要求粗糙大气标志为假，并执行S8；

S7、设置飞机的要求粗糙大气标志为真，并执行S8；

S8、判断飞机粗糙大气标志是否为真，若是，则执行S9，若否，则执行S10；

S9、判断飞机紊流类型是否为0，若是，则执行S12，若否，则执行S10；

S10、判断飞机紊流强度是否为0，若是，则执行S12，若否，则执行S11；

S11、判断飞机重定位目录是否不为0，若是，则执行S12，若否，则执行S13；

S12、判断飞机紊流强度因子η

S13、判断飞机紊流类型是否不为3，若是，则调用清除垂直阵风子流程，并执行S15，若否，则调用计算垂直阵风子流程，并执行S15；

其中，清除垂直阵风子流程包括以下步骤：

S1301、进入清除垂直阵风子流程；

S1302、设置阵风距离因子和阵风计时均为0；

S1303、设置阵风强度因子和垂直阵风强度均为0；

S1304、设置阵风要求鹅卵石紊流强度和阵风的垂直速度均为0；

S1305、退出清除垂直阵风子流程。

计算垂直阵风子流程包括以下步骤：

S1311、进入计算垂直阵风子流程；

S1312、判断紊流强度号是否不为0，若是，则得到垂直阵风紊流强度因子

S1313、判断飞机阵风计时T

S1314、判断T

S1315、判断距离因子是否大于等于1.0，若是，则执行S1316，若否，则执行S1317；

S1316、依次设置紊流类型号为0，紊流强度号为0，要求阵风标志为假，轻度紊流标志为假，中度紊流标志为假，重度紊流标志为假，并执行S1317；

S1317、插值计算阵风高度因子到垂直阵风高度因子η

S1318、得到垂直阵风速度W

S1319、退出计算垂直阵风子流程。

S14、先调用清除紊流子流程，再调用清除垂直阵风子流程，退出紊流模块；

其中，清除紊流子流程包括以下步骤：

S141、进入清除紊流子流程；

S142、调用第一渐弱子流程（U

S143、调用第三渐弱子流程（W

S144、调用第五渐弱子流程（Q

S145、得到η

S146、清除所有滤波器输出F

S147、退出清除紊流子流程。

具体的，所述渐弱子流程包括第一渐弱子流程（U

所述渐弱子流程包括以下步骤：

进入渐弱子流程，利用公式RL=RAKFADER*RC进行计算，其中，RL表示U

判断|RL|是否小于0.01，若是，则得到RC=0，并退出渐弱子流程，若否，得到RC=RL，并退出渐弱子流程。

S15、判断飞机阵风计时T

S16、判断飞机紊流类型是否为3，若是，执行S17，若否，则执行S18；

S17、调用清除紊流子流程，并退出紊流模块；

S18、依次调用计算其它紊流子流程、调用生成随机数字子流程、调用过滤器子流程、调用计算紊流速率子流程，退出紊流模块；

其中，计算其它紊流子流程包括以下步骤：

S1801、进入计算其它紊流子流程；

S1802、判断粗糙大气要求标志是否为真，若是，则计算风要求的紊流强度因子，并执行S1806，若否，则执行S1803；

S1803、判断紊流类型是否为粗糙大气，若是，则得到粗糙大气要求紊流强度因子

S1804、判断紊流类型是否为鹅卵石紊流，若是，则得到鹅卵石大气要求紊流强度因子

S1805、得到方波强度

S1806、判断紊流强度号是否为0，若是，则执行S1807，若否，则执行1808；

S1807、设置粗糙大气要求标志为真，若已设置，则得到η

S1808、得到紊流强度因子增量∆η

S1809、判断∆η

S1810、依次得到η

S1811、用插值计算紊流强度高度因子和紊流尺度高度因子，并判断紊流类型是否为粗糙大气，若是，则执行S1813，若否，则执行S1812；

S1812、判断粗糙大气要求标志是否为真，若是，则执行S1813，若否，则执行S1814；

S1813、依次计算粗糙大气紊流强度和紊流尺度，得到清鹅卵石方波强度W

S1814、判断紊流类型是否为鹅卵石紊流，若是，则执行S1816，若否，则执行S1815；

S1815、判断紊流类型是否为垂直阵风，若是，则执行S1816，若否，则执行S1821；

S1816、得到鹅卵石计时T

S1817、判断真空速V

S1818、判断T

S1819、判断T

S1820、计算鹅卵石紊流强度和紊流尺度；

S1821、退出计算其它紊流子流程。

生成随机数字子流程包括以下步骤：

S1831、进入生成随机数字子流程；

S1832、产生9个0~1之间的均匀分布的随机数；

S1833、产生9个-0.5~+0.5之间的均匀分布的随机数；

S1834、存为上周期的9个正态分布的随机数；

S1835、调用外部检索子程序和插值求正态分布随机数R

S1836、退出生成随机数字子流程。

过滤器子流程包括以下步骤：

S1841、进入过滤器子流程；

S1842、根据时间常数T

S1843、根据EXP=e

S1844、调用EQN200子流程，得到F

S1845、根据EXP=e

S1846、调用EQN200子流程，得到F

S1847、根据EXP=e

S1848、调用EQN200子流程，得到F

S1849、根据EXP=e

S1850、调用EQN200子流程，得到F

S1851、根据EXP=e

S1852、调用EQN300子流程，得到F

S1853、根据EXP=e

S1854、调用EQN400子流程，得到F

S1855、根据EXP=e

S1856、调用EQN200子流程，得到F

S1857、根据EXP=e

S1858、调用EQN300子流程，得到F

S1859、根据EXP=e

S1860、调用EQN400子流程，得到F

S1861、退出过滤器子流程。

具体的， EQN200子流程包括以下步骤：

进入EQN200子流程；

计算NF

判断|NF

退出EQN200子流程。

EQN300子流程包括以下步骤：

进入EQN300子流程；

计算NF

判断|NF

退出EQN300子流程。

EQN400子流程包括以下步骤：

进入EQN400子流程；

依次计算F

判断判断|NF

退出EQN400子流程。

计算紊流速率子流程包括以下步骤：

S1871、进入计算紊流速率子流程；

S1872、判断紊流类型是否为垂直阵风，若是，则得到紊流因子η

S1873、判断飞行高度h

S1874、判断h

S1875、得到紊流因子η

S1876、判断h

S1877、判断h

S1878、依次计算U

S1879、退出计算紊流速率子流程。

S19、判断飞机重新定位计时T

S20、判断飞机真空速VTR是否小于15.0，若是，则执行S21，若否，则退出紊流模块；

S21、依次得到清紊流速度UT=VT=WT=0，UT=VT=WT=0，η

其中，UT是DRYDEN模型输出X向速度，VT是DRYDEN模型输出Y向速度，WT是DRYDEN模型输出Z向速度，η

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下就本发明紊流模块中的相关计算公式进行详细说明。

紊流模块相关计算公式如下：

其中，紊流模块公式变量对应表如下：

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过本发明的使用，可以提供粗糙大气、鹅卵石紊流及离散型垂直阵风等紊流模型，且紊流强度为10级，阵风强度可在0 ~25 m/s范围内进行选择，从而通过计算出紊流扰动速度来模拟大气扰动环境。此外，本发明还可以按照紊流类型可分为垂直阵风紊流、粗糙大气及鹅卵石紊流，并按紊流强度可分为轻度紊流、中度紊流和重度紊流的仿真九种紊流。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。