摘要
在全球化的今天，航空运输的重要性与日俱增，航班延误问题也日益严重，尾流间隔(保障后机不受前机尾流影响的最小安全间隔)是制约机场效率的关键因素。本文主要考虑了几种复杂条件(侧风、湍流、地面效应)对于飞机尾涡演化的影响。 首先，本文详细分析了进近着陆阶段，飞机如何受到低空风切变的影响。在航空飞行中，低空风切变极易对处在起飞爬升或进近着陆阶段的飞机带来安全隐患，严重时会导致飞机失速甚至坠毁。低空风切变往往还具有持续时间短、尺度小、突发性强等特点。因此在我国民航和通用航空业高速发展的背景下，加强对飞机遭遇低空风切变的数值模拟仿真和研究具有重要意义和实际价值。采用SST湍流模型计算尾涡演化，通过构建二维H-B尾涡模型，编译环境侧风不同的七种情况进行尾涡耗散机理的数值模拟，通过对比成都双流机场实地探测的尾涡发现在非线性垂直切变影响下侧风和涡诱导速度的叠加会导致尾涡对周围的压力分布不对称，引起尾涡对倾斜。 其次，本文重点探讨了在均匀各向同性大气湍流条件下的尾涡的演化规律，采用大涡模拟(LargeEddySimulation,LES)方法研究A330-300飞机尾涡在大气中的演变特性。研究工作首先发展了飞机尾涡演变的LES方法，将自适应网格技术应用于飞机尾涡演变的LES，大幅减少所需的网格量，采用LES计算了环境大气湍流下在3种不同湍流耗散率下的情况，并将数值模拟结果与成都双流机场的激光雷达尾涡探测情况进行了对比研究。研究结果显示：采用自适应网格法生成的涡核区域的细化网格在飞机尾涡的数值研究中被证明在是可靠的，能够很好地捕捉到长短波不稳定性；尾流相遇的安全性主要受环境湍流强度和尾涡结构不稳定性的发展影响。 最后，本文深入探索了双涡系统在不同湍流耗散率下的行为特征，并重点研究了涡流和湍流在地面效应作用下的相互作用及其物理原理。湍流本身是通过Rogallo能谱LES获得的，然后用双涡系统(two-vortexsystems,2VS)补充流动。为了深化对涡流行为的理解，我们采用LES进行了分析，该模拟结果提供了涡流行为的平均值及其变化范围。 本文全面考虑了几种复杂条件下飞机尾涡演化的影响，提供了在低空风切变、大气湍流和地面效应条件下飞机尾涡演化的深入分析和数值模拟。通过多种方法和技术的综合运用，增强了模拟的准确性和可靠性，为理解和预测飞机尾涡的动态演化提供了有力的理论支持和实证依据。本文为航班运行的安全和效率提供了宝贵的理论指导和实践参考。在航空运输日益发展的今天，本文对于推动我国民航和通用航空业的持续、健康和安全发展具有一定的理论和实践意义。
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