[发明专利]一种融合涡环和离散突风模型的低空风切变模型设计方法

权利要求书

1.一种融合涡环和离散突风模型的低空风切变模型设计方法，包括微下击暴流模型和离散突风模型的设计，其特征在于，具体设计步骤如下：

步骤一，在以跑道入口为原点、进近方向为+XR轴的跑道坐标系下建立涡环；

设地面上方位于O_p＝(x_p,y_p,z_p)^T，涡环半径为R的主涡环曲线方程

$\left\{\begin{array}{c}{(x-x_p)}^2+{(y-y_p)}^2=R^2\\ z=z_p\end{array}\right.$

飞机重心处的流线方程为

${\mathrm{\ψ}}_p=\frac{\mathrm{\Γ}}{2\mathrm{\π}}(r_{max}+r_{\min })F\left(k\right)$

其中，涡环强度Γ由预先设定的涡环中心垂直速度V_wz0和涡环半径R确定：

Γ＝2RV_wz0

r_max、r_min为空间内任意一点O_A到主涡环的最大和最小距离；F(k)为椭圆积分函数，其中：

$k=\left|\frac{r_{max}-r_{\min }}{r_{max}+r_{\min }}\right|$

当0≤k≤1时，F(k)可以近似为：

$F\left(k\right)\≈\frac{0.788k^2}{0.25+0.75\sqrt{1-k^2}}$

步骤二，取定涡环中心、涡环半径，以及中心垂直风速，可以得到涡环中心强度固定不变的涡环模型；

步骤三，配置镜像涡环；为了使风矢量满足地面边界条件，即Vz＝0，在与主涡环中心相对于地面对称的位置配置镜像涡环；

步骤四，引入离散突风模型；

全波长的离散突风模型为

$v_w=\left\{\begin{array}{cc}0& x\<0\\ \frac{v_{wm}}{2}\left(1-\cos \frac{\mathrm{\π}x}{d_m}\right)& 0\≤x\≤2d_m\\ 0& x\≥2d_m\end{array}\right.$

半波长离散突风模型为

$v_w=\left\{\begin{array}{cc}0& x\<0\\ \frac{v_{wm}}{2}\left(1-\cos \frac{\mathrm{\π}x}{d_m}\right)& 0\≤x\≤2d_m\\ v_{wm}& x\≥d_m\end{array}\right.$

离散风主要由突风尺度d_m和强度v_wm确定；而突风的梯度由下述公式计算，

$\frac{\∂v_w}{\∂x}=\frac{\mathrm{\π}}{2}\frac{v_{wm}}{d_m}sin\frac{\mathrm{\π}x}{d_m}$

步骤五，调节步骤四所述的突风模型的突风梯度，风切变中心风速随时间变化，用于模拟风切变的时变特性；

步骤六，调节突风模型的中心与涡环中心的相对位置，可以改变不同时刻风切变中心强度的大小，可以用于模拟整个风切变风场强度的大小。