Az örvény nyomainak szimulálása a légiforgalmi irányítás problémáiban
Az örvénylő ébren való turbulencia a repülőgép (repülőgép) mögött felbukkanó, kavargó légtömegek szárnyaiból való lemorzsolódás jelensége. Az örvényzónába belépő repülőgép nagy veszélyben van.
A repülőgép emelési ereje a szárny felületére gyakorolt nyomáskülönbség miatt keletkezik: alacsony nyomás - a felső felületen, magas - alul. Ez a repülőgép szárnyainak mögötti vortexek kialakulásához vezet. A vortex nyomok ellentétes irányban forgó légáramok, kvázi henger alakúak. A turbulencia jelensége örvénylő ébren már régóta ismert, de nagyobb veszélye nyilvánvalóvá vált nagy turbojet repülőgépek megjelenésével. A vortexbiztonság biztosításának problémája akut a pilóták, a légiforgalmi irányítók és a repülőtéri szolgálatok számára.
A vortex-ébredés evolúciójának problémája a légi járművek esetében az alábbiak szerint van beállítva. Sun indít egy előre meghatározott magasságban egy ismert sebesség turbulens légkörben képez örvény ösvény mögött. Szükséges meghatározni a nyomvonal szerkezetét, élettartamát és általánosított matematikai modelljét. Az utolsó szakaszban - a modellépítés légörvény hatása a dinamikáját a Sun (az érték a túlterhelés, a változás a orientációban szögek és a szögsebesség a nap), a körülményektől függően az ülés, az alábbi [1].
Az örvény nyomának szerkezete a repülőgép repülési módjától függ. A felszállási és leszálló üzemmódban a szárny gépesítését visszautasítják, ami egy több örvényrendszer kialakulásához vezet. Utazás módban kétvektoros rendszer alakul ki. Örvények részt vesz a két fizikai folyamatok - a fúziós egyformán örvénylő örvények elvesztését forgalomban egyes örvény való kölcsönhatás miatt az ellentétes örvénylő [2].
A formált vortexek lefelé haladnak a levegővel ellipszis alakú kapszulában sebességgel
ahol Г0 a keringés, amely az örvény eredetének pillanatától függ; l0 a vortexek közötti távolság. Az örvények teljes keringése idővel csökken. A keringési veszteség fő mechanizmusa a diffúzió. A kapszula belsejében lévő örvények vortex folyadéknak tekinthetők. A kapszulán kívül a folyadék nincs vortexelve. A nem stacionárius turbulens perturbációk a kapszulából származó örvényfolyadék egy részét bocsátják ki, amelyet ezután felvesznek és a külső áramlás elveszi. Ez a második módja az örvénykeringés elvesztésének. Az örvény nyomának paramétereit a légi jármű szárnyának tömegével, sebességével és alakjával határozzák meg. Minél nehezebb a repülőgép, annál bonyolultabb a szárny gépesítése, és annál gyorsabb a repülés, annál intenzívebb a turbulencia az ébren.
A vortex ébredése a repülőgépekre
A VS-generátor örvénypálya legveszélyesebb abban az esetben, ha a második repülőgép alacsonyabb repülési szinten repül. Vízszintes szél jelenlétében örvénylő ébredés mozog.
A pálya területén elfoglalt kis repülőgépek örvénylő nyomvonala rendkívül veszélyes. Ebben az esetben is kialakulhat intenzív mozgás a tekercs, amelyet Parry nem mindig lehetséges több okból is: hiányzik a hatékony gazdálkodás, a veszteség a nap jelentős magasság, meredek csökkenés az emelés, sőt akkor keletkezik, amikor a teher képes komoly károkat okozhat a szerkezet.
Vannak mennyiségi kritériumok az örvénypálya hatásának mértékére a légi járműre. Az Egyesült Államokban bevezették a "diszkomfort dózis" kifejezést, amelyet a VS fogadott a pálya közelében. A kellemetlenséget a repülőgép túlterhelései (főként függőleges és oldalsó), valamint a szögsebességek határozzák meg. Kényelmetlenségi kritériumként a Ts / (Ts + 1) izodromikus kapcsolaton áthaladt túlterhelések négyzetes növekményeinek integrált értékeinek súlyozott összege:
ahol s a differenciáló operátor; T az időállandó; k egy állandó [2].
Mivel T → ∞, (2) követi a kritériumot a gyorsulások növekményeinek négyzetének integrálta formájában, és T → 0 -ként a gyorsulás származékainak négyzetét. Az oldalirányú túlterhelések növekedése veszélyesebb, mint a függőleges növekmények, ezért k> 1.
A Nap modellje és örvénypálya
A VS modell alapvető jellemzői az örvény nyomának kiszámításához a tömeg, a sebesség és a geometriai méretek: szárnyak, teljes hossz és magasság.
Becsülni fogjuk a vortex nyomvonal méretét, amelyet a légi jármű hoz létre a cirkáló repülés során. Amikor szimuláló szárnyvégörvény külső bura használt sztochasztikus modellje szél: mérési hibák kielégítsük a Gauss, a külső bura egy ellipszoid a növekvő osya- E [3] az idő múlásával. Törvény növeli a hossza a ellipszis örvény ellipszoid (RE) adják d = d0 + savrgt, ahol d0 - kezdeti hossza ellipszisféltengelyek; savrg - szélmérési hiba; t az örvény kialakulása óta eltelt idő. A külső héj borítása egy elliptikus kúp közelében lévő felület. A vízszintes vetülete a kúp ferde kapcsolatban a repülési irányt a nap a jelenlétében oldalszél. A vetület szélessége arányos a kiszámított szélmérési hibával. A valós helyzet azt kívánja meghatározni a méretét számítóelemből, ami abban a pillanatban bizonyos valószínűséggel lehet örvény emelt.
A modell segítségével a [3], kiszámítja a paramétereket a légijármű légörvény típusú SuperJet 100-75LR a következő jellemzőkkel: m tömegű = 4,3 * 104 kg, sebesség V = 150 m / c, swing a szárnyak l0 = 27,8 m, a teljes magasság h = 20 m, savrg = 2 m / s.
Kezdeti ellipszis (a0; b0, c0) VE összege: A0 = L0 / 2, B0 = H / 2, c0 = TstepVx, tstep = 1 c. Azaz, a kiindulási RE, Sun kialakítva méretei ellipszis: A0 = 13,9 m, B0 = 10 m, és C0 = 150 m.
A görbék karakterisztikus ideje és bomlási ideje [3], azaz:
140 s, ahol a légköri keringés Gdecay = 70 m2 / c.
A T0 kezdeti keringést az U0 (1) sebesség és a jellemző idő kiszámításával határozzuk meg: ennek eredményeként T0 = 2pt = 179 m2 / c.
Élettartama alatt a VE saját féltengelyeinek méreteit d = savrgtdecay = 280 m, majd 100 m-re csökken, a szélzavarok jelenlétét nem veszik figyelembe.
Amint az az értékelésből látható, a VE gyakorlatilag egy 600-800 m átmérőjű golyóvá alakul át, amely lineáris dimenzióban közel két nagyságrenddel növekszik. Ugyanakkor, amikor állandó sebességgel mozog, a nap a későbbiekben egy időben Vtdecay = 21 km-t fogja át.
Így az örvény nyom magában foglalja a tengelyek lineáris dimenziójában elrendezett RE-ek sorát, nagy kiterjedésű és viszonylag kicsi a keresztirányban. A vortex pálya modellben az RE mennyisége a számítás pontosságától függően változik.
Feltételezések és korlátozások
A Sun közötti interakció szükségessége új követelményeket támaszt a légiforgalmi irányító rendszerek (ATC) részeként működő algoritmusok számára: az intelligencia szintjének emelkedése és az önzés szintjének csökkenése [4-5]. A VS kollektív viselkedésmintájának megépítése túlmutat ezen a dokumentumon, ezért csak a modellek későbbi integrálásához szükséges általános feltételezések listájára korlátozzuk egy általánosabb irányítási környezetbe vagy a légiforgalmi modellezési szoftverbe.
· A légiforgalmi szolgáltatás résztvevői a repülési adatokra (sebességre, menetre, repülési időre, teljes késésre, időjárási adatokra, a közelgő manőverekre) vonatkozó információval rendelkeznek a láthatósági zónában részt vevő többi közlekedési résztvevő számára.
· A szél állandónak tekinthető.
· Nincsenek tiltott területek a repüléshez.
· A repülőgép mozgása olyan időintervallumban, amely egyenlő a szelepek csillapításának idejével (kb. 3-5 perc) állandó tömeggel történik.
Algoritmus annak megakadályozására, hogy a légi jármű bejusson az örvénypályára
Mivel a választás a pályán a légörvény HS-generátor által befolyásolható más légi jármű (vagy felébredni örvények), helyét az örvények nem lehet kiszámítani nap követője valamikor a jövőben a probléma elkerülésének örvények csak a Sun [3] - egy örvény minta dinamikusan kell szimulálni.
A BC-követők nem számolták ki a HS-generátor örvényáramának képét minden egyes lépésben, át kell adni nekik a jellemzőit. Az örvényzónák kialakítását az ATC-szolgáltatások egyikével (központi ATC rendszerrel) vagy a VS-generátorral az ügynök megközelítéssel kezelheti [5]. Az örvénylő zóna képeinek visszaállítása a kapott repülési adatokból (amelyek között a VS-generátor mozgásának pályája a vortexek bomlási idejével egyenlő idővel) a napkövetők elfoglalják. Az örvény mező megépítését követően nyomon kell követni az evolúcióját mindaddig, amíg a BC generátor vagy annak örvénylő nyomvonala látható marad.
A követők örvénylő nyomvonalának elkerülése érdekében a következő lépéseket kell megtenni.
1. A repülési adatokat a látómezőbe eső repülőgép-generátorról szerezzük be.
2. Számolja ki az örvénypálya jellemzőit: a bomlási időt, a hosszt, a süllyedés magasságát, az örvénylő ébredés féltengelyeinek méreteit.
3. A légijármű-generátor pályájára vonatkozó adatok lekérése a becsült késleltetési idővel megegyező időtartamra.
Minden további lépést iteratív módon kell végrehajtani egy bizonyos időbeli lépéssel. A lépés méretét össze kell kötni az oldalak közötti információcsere időtartamával vagy az örvénymező képének elkészítéséhez használt időintervallummal.
4. Ellenőrizze, hogy a VS-generátor látható marad-e. Ha ez megmarad, cserélje ki a repülési adatokat vele, ellenkező esetben nézze meg az örvény nyomvonalát (az örvénypálya egy részét) a láthatósági zónában.
5. Ha a VS-generátor láthatóvá válik, ellenőrizze, hogy eltolódott-e az örvénylista. Ha eltűnik, az algoritmus megszűnik.
6. Határozza meg, hogy az aktuális sebesség megőrzése örvénylő nyomot eredményez-e. Ha nem, folytassa az aktuális folyamatot, az iteráció véget ér.
7. Ha az aktuális tanfolyam az örvénypályán talál hitet, számítsa ki a nyomvonal méreteit a keresztezési ponton, és ellenőrizze, hogy a kerékvágás a keresztezési időpontban a kereszteződés pontján eltűnik-e. Ha eltűnnek, folytassa az aktuális útvonal mozgatását, az iteráció véget ér.
8. Ha a keresztezési ponton lévő örvényeknél nincs idő eltűnni, akkor az optimális lapos manővert kell kiválasztani [3].
Amikor a cél eléri a munkát, az algoritmus befejeződik.
Az örvény nyomainak jellemzőinek kiszámítása
A javasolt modell keretében kidolgoztunk egy programot az örvény nyomainak mérésére. A következő számítási eljárást alkalmaztuk: (m, l0) → t ¢ → T0 → tdecay → (a, b, c, sdown), ahol m a tömeg; l0 - szárnypanel; t ¢ a forgórészek leeresztésének jellemző időpontja; R0 a korongok kezdeti keringése; tdecay a hullámok bomlási ideje; a, b, c - a CE féláramainak méretei; leeresztési magasság. A számítások eredményei táblázatosak.
A különböző típusú légi járművek által létrehozott örvények jellemzői
Megjegyzés: V sebesség = 150 m / s; lépéses szimuláció - 1 másodperc; szélmérés hibája - 2 m / s; a légi jármű teljes magassága 20 m; nincs szél.
Így a tanulmány bemutatja a légi járművek örvénylő nyomainak kialakulásának modelljét, és bemutatja a különböző típusú légi járművek jellemzőinek kiszámításának eredményeit.
Az algoritmus légörvény elkerülése, ami hasznos lehet, ha egy multi-ágens (decentralizált) megközelítés az építőiparban a ATC-rendszer, amely a különböző típusú konfliktusok megelőzése (ütközések veszélyes megközelítések eredmények örvény nyom).
Az algoritmus jóváhagyásához egy szoftverkomponenst dinamikusan összekapcsolt könyvtár formájában fejlesztettek ki. Később az ATC rendszeren és a megfelelő szimulációs környezeten belül, beleértve a perspektíva szabad Flight koncepciót [5] is, általánosabb vizsgálati forgatókönyveket és mutatókat [5] használnak az algoritmus működésének értékelésére.
Ha meg akarja értékelni a cikket
A folyóirat minden szükséges regisztrálást tartalmaz: