航空器尾流重新分类标准的安全性评估方法

通过RECAT-CN标准对航空器进行重新分配,从而进一步提升机场的运行效率。针对不同类别组合下的尾流遭遇安全性定量评估的需要,首先构建了飞机遭遇尾涡强度消散和诱导滚转力矩系数模型,通过对典型机场交通流数据的统计,筛选出有代表性的典型机型,然后对RECAT-CN标准中不同类别组合下的滚转力矩系数进行计算和对比。对比结果表明,RECAT-CN标准在安全性上是可以接受的;计算结果表明,在现行尾流间隔标准下,不同类别组合的CRV存在较大差异,而在RECAT-CN标准下则比较均衡,表明RECAT-CN标准的间隔标准得到了优化,可见采用RECAT-CN标准更为合理。     

考虑速度变化的飞机尾流间隔动态缩减研究

针对现有的静态尾流间隔缩减研究没有考虑进近阶段前后机速度变化这一缺点，提出一种进近阶段动态尾流间隔缩减研究方法。首先，对前后机进近阶段广播式自动相关监视(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast, ADS-B)数据进行分析，提取数据中的速度参数，并按速度变化趋势进行精细化分段。然后，基于前机尾流模型以及后机响应模型对不同分段的后机在ICAO(International Civil Aviation Organization)规定间隔下遭遇尾流时的升力变化、滚转力矩以及滚转力矩系数，并与安全指标进行对比，以验证安全性。最后，根据临界安全指标计算得到不同时刻前后机的最小尾流间隔。结果表明：按动态间隔缩减计算方法计算的最小间隔比ICAO的间隔标准缩减了44.5%,比静态缩减后的最小间隔缩减了11.3%;在后机开始减速时刻，动态方法计算的最小间隔比静态方法计算的结果更大，静态间隔缩减方法存在间隔过度缩减的问题。     

侧风影响下的飞机尾流危险区域估算方法

为更好地评估侧风影响下尾流的演化与危险，对经典的D2P(Wake Two-Stage Decay Model)模型进行改进，并构建侧风影响下尾流危险区域评估方法。首先，基于数值模拟试验数据和激光雷达探测数据，创建侧风对尾涡强度衰减和涡核运动的影响模型。其次，建立后机遭遇尾涡后的诱导滚转力矩系数模型和尾涡危险区域估算模型。最后，对不同侧风条件下的尾涡危险区域长度及尾涡侵入侧向相邻跑道的所需时间进行计算分析。结果显示：尾涡危险区域长度在静风时最大；随侧风强度增强，上风涡和下风涡侵入相邻跑道的持续时间都不断减少，但在超过6 m/s后，下风涡侧又开始增加。改进后的模型能更好地考虑侧风对尾涡危险区域的影响，有利于估算侧风影响下的单跑道或近距平行跑道着陆时所需的尾流间隔。     

基于飞行安全阈值的动态尾流间隔计算方法

现行尾流间隔标准按照最大起飞重量进行机型分类,并规定各类别组合下的间隔距离,此标准偏保守,在一定程度上限制了机场容量提升。为求得最小尾流安全间隔,引入翼展、速度、机翼面积、副翼面积、机翼力臂、副翼力臂等参数,依据涡量建立了新的安全间隔模型。通过对国内外44种典型机型数据进行计算,分别求得ICAO、RECAT 1. 5间隔标准下各类别前后机所需间隔的均值、标准差。结果表明大多数组别内前后机间隔过于保守,存在较大缩减潜力。提出了一种基于飞行安全阈值的动态尾流间隔方法,并以国内某典型繁忙枢纽机场为例,对占比最高的15种机型进行了统计计算,结果表明,与ICAO、RECAT 1. 5间隔标准相比,容量提升比例分别为5. 63%、4. 09%。     

基于时间间隔标准的尾流安全评估分析方法

科学地优化飞机间尾流间隔是提升机场吞吐量的重要举措,确保安全是尾流间隔实施的首要前提。首先,基于大涡模拟试验数据,对经典的两阶段消散模型(Wake Two-Stage Decay Model, D2P)模型进行改进,创建顶风对尾涡环量衰减的影响模型。然后,针对基于时间间隔(Time-Based Separation, TBS)未考虑顶风会影响尾涡移动和尾涡环量衰减,通过转化为飞机地速和构建改进D2P模型深刻分析两因素对尾涡遭遇严重度的影响。最后,计算实施TBS时不同风速不同机型组合对应的最小尾流间隔,并综合分析对应间隔的尾涡遭遇严重度。结果表明：虽然TBS未考虑顶风对尾涡移动和环量衰减的影响,但可以确保前后机安全性;在顶风8 m/s应用TBS方案时,各机型组合的尾涡遭遇严重度约为静风时的30%。TBS安全地缩减了顶风时的尾流间隔。     

近距平行跑道隔离运行的尾流安全性评估

平行跑道运行可提高民航机场的起降容量,对该运行模式下的尾流遭遇安全性进行了研究。首先,建立了复飞轨迹和起飞轨迹计算模型;然后,建立了前后飞机的尾流遭遇安全性计算模型,包括强度消散模型、诱导力矩计算模型;之后,基于现行纵向间隔标准确定了最低可接受安全水平指标;最后,设计了尾流遭遇安全性评估流程,并根据所提模型、方法对某机场现行运行模式下的尾流遭遇安全性进行了计算和评估。结果表明,起飞飞机的起飞响应时间、起飞滑跑时间、起飞安全速度、起飞许可发布时机等因素对运行安全均有影响,其中起飞许可发布时机影响最大。     

基于侧风影响的CSPRs起飞尾流间隔优化

尾流间隔对跑道容量有重要影响。为了提高近距平行跑道(Closely Spaced Parallel Runways,CSPRs)容量,在充分考虑尾流间隔影响因素的基础上,利用侧风对尾流运动的影响,综合考虑尾流运动消散及航空器尾流抵抗能力,建立了CSPRs起飞尾流间隔模型。以上海虹桥机场为例,B747-400为起飞前机,B737-700为起飞后机,利用MATLAB软件模拟仿真了不同侧风条件下的尾流运动轨迹,对起飞尾流间隔进行优化计算,确定有利侧风量≥2. 5 m/s为实施优化后无尾流影响起飞间隔的临界侧风值,采用欧控(Eurocontrol,European Organization for the Safety of Air Navigation)现行尾流间隔的遭遇风险与计算结果做对比,验证了其安全性能完全满足实际运行需求。     

侧风对近距平行跑道配对运行安全的影响*

为探究侧风对配对运行时间间隔及跑道容量的影响,基于飞机近距平行跑道的管制要求和运行理念,根据尾流的产生过程、运动特性及配对进近运行模式的特点,对有侧风作用下配对飞机之间的最大时间间隔及跑道容量进行研究。针对侧风加速尾流消散的情况,阐述有侧风影响时实施配对进近的条件,建立侧风影响下飞机配对时间间隔变化模型,并分别从侧风风力大小和风向角度2个方面对不同配对机型下的最大时间间隔和跑道容量进行分析;以上海浦东机场跑道为例,计算侧风影响时不同配对机型下的配对时间间隔。研究结果表明:本文所构建模型可以准确把握侧风影响下配对运行飞机之间的特征,模型具有可行性,研究结果可为我国平行跑道建设提供参考。     

基于尾涡强度的无人机与民机纵向安全间隔评估研究

为了解决无人机频频入侵机场净空，与民航客机发生危险接近的问题，以碰撞风险为量化指标，对无人机与民机需要保持的纵向安全间隔进行评估研究。分析民机尾涡流场对无人机运行的影响，利用Crow近场涡强度消散理论，得到实际尾迹影响区改进Reich碰撞模板，据此建立CNS/GPS性能环境下的纵向间隔评估模型，通过Matlab进行间隔值求解。研究结果表明:模型可以较为准确地反映民机起飞初始爬升阶段无人机尾随运行时导航性能和尾涡迹对所需最小间隔值的影响，并得到给定安全目标水平的计算结果。     

悬停状态双旋翼气动干扰与安全间隔研究*

为了保证旋翼无人机编队飞行时的安全性,探究双旋翼间的气动干扰作用,采用计算流体力学仿真的方法,研究悬停状态下不同间隔的双旋翼流场干涉特征和气动参数变化。首先通过单旋翼实验和数值结果对比,验证数值方法的有效性;然后分析不同间隔双旋翼流场干涉的截面速度分布和涡量分布特征;最后讨论双旋翼作用下间隔对气动参数的影响。研究结果表明:气动干扰主要影响2#旋翼的流场特征和气动参数;当两旋翼无横向间隔时,流场可保持对称性,气动力变化主要表现为拉力和扭矩的降低;当横向间隔0.5D≤X≤1.0D时,2#旋翼速度场和涡量场扩散范围受限,其流场出现明显非对称特征;在X=0.5D且1.0D≤Z≤3.0D间隔时2#旋翼受到显著俯仰力矩作用,为悬停较危险区域。     

考虑驾驶方式的车辆与航空器交叉冲突评估*

为量化不同驾驶方式下车辆与航空器行驶风险,提出车辆与航空器交叉运行冲突评估模型,该模型将特种车辆驾驶方式分为激进、稳定、保守3类,综合驾驶特性和管制规则定义车辆速度演化规律,结合运行场景、间隔配备等要素确定冲突条件,并基于航空器与车辆实时速度、位置变化构造冲突评估模型。研究结果表明:冲突评估模型能够计算车辆与航空器在十型交叉口的冲突概率;激进方式下车辆先于航空器通过交叉口,风险概率均值相对最大,为0.679;保守方式下航空器先于车辆通过交叉口,最大间隔是安全间隔的4.7倍;稳定驾驶方式可兼顾安全和效率。本文模型能再现十型道口车辆与航空器交叉运行冲突产生、发展及解脱过程,计算结果可用于场面实时冲突识别和预警,能够为机场危险源识别和风险管控提供依据。     

小型四旋翼无人机悬停状态气动干扰与安全间隔研究*

为保证小型旋翼无人机近距编队悬停状态的安全性,采用数值模拟方法研究不同横向和纵向间隔双机悬停流场特征和气动参数变化规律,通过与实验结果对比,验证数值仿真方法的准确性。研究结果表明:无人机内部旋翼间的气动干扰会导致整机单旋翼拉力降低、扭矩增大,使整机气动效率下降;当双机无横向间隔时,双机下洗流场保持对称,同时2股下洗流叠加,呈现较明显的横向扩张趋势,此时后机所受气动影响主要为拉力损失,当纵向间隔大于5 D时,该影响基本消失;当横向间隔X=1 D时,位于尾流区一侧的旋翼拉力减小,后机所受俯仰力矩作用显著,无人机有侧翻风险;横向间隔X≥2 D时,2机之间气动干扰较弱,为较安全区域。     

基于位置误差概率模型的物流无人机安全间隔评估方法研究

针对未来多架物流无人机飞行在同一航线可能引起的安全冲突问题,提出规划无人机之间的安全间隔以规避运行风险.根据无人机在地面控制系统监控下的飞行特点,结合位置误差概率模型,综合考虑无人机定位误差、速度误差以及侧风的影响,依次建立无人机之间纵向、侧向和垂直方向的碰撞风险评估模型,并得出ICAO安全目标水平下的最小安全间隔.选...     

井下采空区构筑物漏风实测装置研发及应用

为了实时动态监测采空区构筑物漏风情况，自主研发了一种井下采空区构筑物漏风实测装置。通过现场实测及应用，研究结果表明:风流从工作面上进风口漏入采空区，而采空区中风流一部分通过与工作面之间的漏风流进入工作面下进风口，在下隅角位置附近形成一个涡流区；另一部分风流穿过沿空留巷构筑物进入留巷内，由于采空区的压实程度不同，采空区侧留巷内漏风速度曲线近似呈“L”型下降；通过收集分析留巷内漏风气体，其结果可反映采空区中瓦斯浓度分布情况，为采空区瓦斯治理提供了一种新的监测技术手段，且能有效地降低采空区瓦斯事故发生率，保证矿井的安全生产。     

基于贝叶斯网络的尾流事故机理分析

针对事故树分析法的局限性,在尾流事故树的基础上,建立贝叶斯网络(BN)。运用推理运算对BN进行定量分析,得出:空中交通密度太大、空中交通管制(ATC)间隔判断错误和短期冲突告警(STCA)被忽略是事故的关键致因。将针对致因提出的改进措施引入到BN中,评价相关措施的有效性。应用BN进行尾流事故的机理分析,能够以比逻辑门更好的形式表达变量间的不确定性关系,从而更加方便地找到导致事故发生的关键因素。     

改善热轧降尘效率的雾化参数分析*

为提高热轧工作区的雾化降尘效率,研究尘雾颗粒碰撞相关理论,以热轧产生的氧化铁皮粉尘为研究对象,建立基于雾滴粒径、雾滴速度和液体流量多个雾化参数的降尘效率计算模型;分析单一雾化参数对降尘效率的影响;通过实验,测得不同气液压力组合下的雾化参数,运用响应曲面法,分析多个雾化参数耦合对降尘效率的影响。结果表明:降尘效率随着雾滴粒径的减小、液体流量增大而提高,雾滴速度对其影响不明显;多因素耦合时,通过调节气液压力组合来控制降尘效率,结合高温环境对雾滴存活时间的影响分析,当气压0.3 MPa、液压0.5 MPa时,粒径为21～27 μm的粉尘沉降效果最佳,降尘效率达到90%以上,可有效解决热轧车间粉尘污染问题。     

海洋立管内流流动分析及疲劳寿命预测

涡激振动是立管发生疲劳破坏的关键因素之一。为了更加准确预测其疲劳寿命，基于Van Der Pol尾流振子模型，考虑内外流共同作用对立管的涡激振动影响及横向和顺流向的耦合作用，建立了立管涡激振动方程，用Hermit插值函数和Newmark-β法对方程求解，进一步采用P-M准则对立管疲劳寿命进行分析。并且通过设计试验对模型进行验证，最后研究管内流速对位移响应和疲劳寿命的影响。结果表明:立管振动位移随内流流速的增加而增加，造成立管疲劳寿命降低；通过增大顶张力可以有效消除内流的影响；立管两自由度涡激振动疲劳寿命大体相等，因此双向耦合作用在立管振动分析中应给予足够重视。