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作者：杨京龙中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

飞机在飞行过程中,螺旋桨结冰不仅会增加其重量,还会改变其气动性能,严重时可能导致飞行事故。超疏水涂层通过其独特的微纳结构,使水滴在表面难以停留,有效延缓基材表面的结冰过程,且具有结构简单、能耗低、环境友好等优点。因此,超疏... 详细信息

飞机在飞行过程中,螺旋桨结冰不仅会增加其重量,还会改变其气动性能,严重时可能导致飞行事故。超疏水涂层通过其独特的微纳结构,使水滴在表面难以停留,有效延缓基材表面的结冰过程,且具有结构简单、能耗低、环境友好等优点。因此,超疏水涂层防冰技术为飞机螺旋桨的防冰提供了新的解决方案,具有广阔的应用前景。本文采用喷涂法对复合材料螺旋桨的表面进行氟基自组装超疏水涂层的涂覆,论文的主要研究内容及试验结果如下:首先,论文介绍了氟基自组装超疏水涂层的制备工艺以及试验平台和方案,并进行了涂层的耐磨试验。试验结果显示,尽管涂层在不同磨损周期和载重下表现出静态接触角减小的现象,但最终磨损结束后的接触角仍高于无涂层表面。同时,随着磨损载重的增加,涂层的最大耐磨次数逐渐减小。其次,论文研究了冷表面对氟基自组装超疏水涂层的防冰霜性能和水滴撞击接触行为的影响。试验结果表明,随着试样表面温度的降低,涂层表面冰霜的出现时刻缩短,霜层逐渐变厚。然而,与无涂层表面相比,超疏水表面的冰霜出现的时刻明显延长,涂层显著延迟了冰霜的生长和表面水滴的冻结。此外,随着涂层表面温度的降低,水滴的撞击接触行为也有所不同,虽然水滴的最大铺展直径几乎没有变化,但水滴底部相变区域变大,导致水滴回缩过程中回缩程度变小。随后,论文将氟基自组装超疏水涂层应用于螺旋桨的不同部位。试验发现,与无涂层普通螺旋桨相比,涂层在螺旋桨的叶盆、叶尖和前缘的应用并未显著改变螺旋桨的拉力和电机输出功率。然而,当涂层应用于螺旋桨叶背以及整体时,电机的输出功率上升,在高转速下的螺旋桨拉力则出现降低。最后,论文在低温环境中对氟基自组装超疏水涂层的螺旋桨进行了静态和动态防结冰测试。结果显示,在静态测试中,与普通螺旋桨表面相比,氟基自组装超疏水涂层螺旋桨表面结冰现象明显变小,且出现结冰的时刻明显延后。在动态测试中,氟基自组装超疏水涂层螺旋桨的结冰量也明显低于普通螺旋桨,同时表现出更高的拉力和更低的输出功率。

关键词：超疏水耐磨性接触角延迟结冰螺旋桨

机场辐射范围对成渝地区双城经济圈的溢出效应研究

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机场辐射范围对成渝地区双城经济圈的溢出效应研究

作者：王杰中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

在党的二十大报告中,明确提出要加速推进成渝地区双城经济圈建设,将其纳入国家重大区域发展战略之中,旨在打造成为驱动国家高质量发展的新动力源和关键增长极。作为对外开放的门户,建设成渝世界级机场群是打造成渝地区双城经济圈的重要... 详细信息

在党的二十大报告中,明确提出要加速推进成渝地区双城经济圈建设,将其纳入国家重大区域发展战略之中,旨在打造成为驱动国家高质量发展的新动力源和关键增长极。作为对外开放的门户,建设成渝世界级机场群是打造成渝地区双城经济圈的重要引擎。机场的有序发展对于提升经济水平、协调区域发展的作用不容忽视,中国民用运输机场经过属地化改革之后,机场的空间溢出效应逐步受到地方政府和研究者的关注。因此,研究成渝机场群对成渝地区双城经济圈经济增长的空间溢出效应具有现实意义。针对机场所在地辖区和机场服务范围存在空间错位,本文定义机场辐射范围指机场对周边城市能够覆盖和服务的最大地域范围,机场辐射范围溢出效应为该辖区内的机场能够吸引和辐射到周边地区并促进其经济发展。本文的研究对象是成渝地区双城经济圈中的11座机场,时间序列选择了2015-2021年,通过考虑多机场系统所在区域的机场腹地重叠现象,研究机场辐射范围对成渝地区双城经济圈经济增长的溢出效应。首先,探究了机场对区域经济的空间溢出效应,并对成渝地区双城经济圈和机场群发展现状进行了分析。然后,根据空间相互作用理论和竞争目的地模型,运用改进的威尔逊模型研究了成渝机场群的辐射范围。通过构建经济地理嵌套矩阵对成渝地区双城经济圈经济发展进行全局和局部自相关检验,认为区域经济发展存在显著的空间相关性。在此基础上,通过一系列检验选择了空间杜宾模型来分析机场辐射范围对区域经济增长的影响。研究结果表明:(1)2015-2021年间,成渝机场群中只有成都双流和重庆江北两座机场具有较强辐射力。在合作的市场背景下,两座机场的辐射范围显著扩大,其中重庆江北机场的辐射范围超过了成都双流机场。然而,在竞争型或者忽略市场作用的情况下,成都双流机场展现出更强的辐射力,其辐射范围超过了重庆江北机场。(2)成渝机场群中机场辐射范围对成渝地区双城经济圈经济增长存在负向的溢出效应,当周边地区的机场辐射范围扩大时,本地区的经济增长将被抑制;对溢出效应分解时,直接效应为正,对本地区经济增长的促进显著,而间接效应为负,表明成渝地区的机场主要通过直接效应来促进经济发展水平的提高。

关键词：成渝机场群辐射范围成渝地区双城经济圈溢出效应空间计量模型

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面向多目标多无人机的任务分配方法研究

面向多目标多无人机的任务分配方法研究

作者：刘夏婷中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

随着无人机技术的不断进步,多无人机系统在执行复杂任务时展现出巨大的潜力。同时,高效的任务分配策略对于提高无人机系统性能至关重要。本研究聚焦于两种改进的多目标智能算法在无人机任务分配中的应用,即改进的麻雀搜索算法和优化的... 详细信息

随着无人机技术的不断进步,多无人机系统在执行复杂任务时展现出巨大的潜力。同时,高效的任务分配策略对于提高无人机系统性能至关重要。本研究聚焦于两种改进的多目标智能算法在无人机任务分配中的应用,即改进的麻雀搜索算法和优化的多目标粒子群算法。首先,本研究在经典麻雀搜索算法的基础上,引入了Logistics混沌初始化方法,并结合Pareto最优解来解决多目标优化问题。这一改进旨在加快算法的初期求解速度,并有效避免算法早期陷入局部最优。通过多种场景下实验对比,研究表明改进后的麻雀搜索算法在处理多无人机任务分配问题时,在求解速度和精度方面均有显著提升。其次,研究采用了一种改进多目标粒子群算法,该算法融合了模拟退火和NSGA-II的优势。通过对目标初始点进行聚类,并对不同的簇执行任务分配,得到了每个簇的任务分配时序图和任务分配顺序。实验结果验证了该算法在多无人机任务协同分配中的有效性。最后,本文对比分析了这两种改进算法的性能,明确了它们的优缺点及适用场景。改进的麻雀搜索算法在快速求解和避免局部最优方面表现出色,适用于需要快速决策的场景。而改进的多目标粒子群算法则在处理复杂任务分配和优化多目标问题时展现了较好优势,特别适用于任务目标多样化且对优化精度要求较高的应用场景。通过这项研究,不仅提高了多无人机系统在执行复杂任务时的效率和准确性,还为未来多无人机任务分配的策略研究和应用提供了有价值的参考。

关键词：多无人机任务分配麻雀搜索算法粒子群算法

基于深度强化学习的四旋翼无人机视觉伺服方法研究

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基于深度强化学习的四旋翼无人机视觉伺服方法研究

作者：方林逸中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

四旋翼无人机凭借其低成本、结构简单、机动性强、可垂直起降等优势,被广泛应用于军事、民用、工业等多个领域。同时,这些飞行任务也对其性能提出了更高的要求。如今无人机普遍采用GPS进行定位,但在某些情况下,GPS的精度可能会下降甚至... 详细信息

四旋翼无人机凭借其低成本、结构简单、机动性强、可垂直起降等优势,被广泛应用于军事、民用、工业等多个领域。同时,这些飞行任务也对其性能提出了更高的要求。如今无人机普遍采用GPS进行定位,但在某些情况下,GPS的精度可能会下降甚至失效,无法满足无人机自主飞行的需求。因此,本文采用基于图像的视觉伺服系统对无人机进行控制,同时,针对传统伺服控制过程中面临着目标容易丢失和控制效率低等问题,提出了基于深度强化学习(Deep Reinforcement Learning,DRL)方法的无人机视觉伺服控制,实时调节伺服增益,避免目标损失,提高控制效率。首先,对四旋翼无人机的动力学特性进行了深入分析,构建空间坐标系及机身坐标系,并且建立两者之间的变换关联,同时,分析、建立四旋翼无人机的动力学模型;并运用透视投影法建立单目相机成像模型,推导出三维空间点与图像平面特征点的转换关系,最后将二者进行结合,建立基于图像的旋翼无人机视觉伺服系统(Image-Based Visual Serving,IBVS),并在MATLAB中搭建仿真平台,完成仿真任务。其次,针对视觉伺服系统中伺服增益需要大量先验经验进行人工赋予,并为固定值,其无法在复杂的非线性环境中实现精确控制,本文将深度强化学习算法与伺服系统相结合,输出自适应伺服增益,能够提高智能体对环境的适应能力。然后,根据基于图像的视觉伺服系统中特征误差呈现出指数级别的降低趋势的特性,进行了马尔可夫模型的设计。该模型包括状态空间、动作集合、探索策略以及奖励函数的设定等内容。同时,设计了两个独立的智能体来分别调节伺服系统的线性和角速度增益,保证目标始终在视场中、飞行轨迹平滑、到达目标位置所需时间短。最后,搭建软件仿真环境,用于实验验证本文所提出的方法,同时,将其与传统的伺服方法进行对比,来论证本文提出方法的优越性;设计实机验证实验,将无人机的实际飞行进行对比分析,验证该方法在工程应用中的可行性。

关键词：四旋翼无人机深度强化学习视觉伺服视场约束

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基于双分支特征表示学习的步态识别方法研究

基于双分支特征表示学习的步态识别方法研究

作者：徐未其中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

步态识别是近年来生物特征识别技术中兴起的一项新兴技术,因其具有获取方便、识别距离远、不易察觉、不易伪装、信息保密性强等优点,引起了国内外学者的极大关注和研究。然而,目前的步态识别面临着采集视角、行人在运动过程中状态改变... 详细信息

步态识别是近年来生物特征识别技术中兴起的一项新兴技术,因其具有获取方便、识别距离远、不易察觉、不易伪装、信息保密性强等优点,引起了国内外学者的极大关注和研究。然而,目前的步态识别面临着采集视角、行人在运动过程中状态改变等问题,且二维表示方法容易导致三维人体重要信息的缺失,使得步态识别面临巨大挑战。为应对以上述挑战,本文提出了一种基于双分支特征表示学习的步态识别算法。根据不同个体在二维轮廓和三维外观上的视角变化差异,分别对二维步态轮廓和三维网格(Mesh)进行特征提取;在二维分支上利用卷积神经网络来获取步态序列中的静态外观变化信息,结合序列中的时序性,提出了双尺度时间特征的步态识别算法。在三维分支上,对人体在三维空间的姿势和形状进行特征提取。最后,同时将二维和三维信息进行特征融合,使模型能更准确的描述人体步态。本文的主要研究工作包括以下三点:(1)在参考了公开数据集CASIA-B和OU-MVLP的采集场景、流程、视角、路线、行走状态后,构建了一套自定义数据集采集流程,并对采集到的数据进行预处理,在此基础上建立了基于实际场景的步态数据集。(2)提出了基于双尺度时间特征的步态识别算法。为了对步态序列中包含的时序特征进行准确表达,在此基础上,提出一种基于卷积神经网络的图像处理方法,对图像中的静态信息进行特征提取。首先,其进行双尺度时间处理,双尺度时间包含了短尺度和长尺度上的特征信息。然后在公开数据集CASIA-B和构建的自定义数据集上进行了大量的实验验证,实验结果表明,双尺度时间特征的表征方式在识别性能上相较于主流的步态识别算法有显著提升。并在消融实验部分,验证了不同尺度的时间特征对步态识别的影响和性能提升的有效程度。(3)提出了基于双分支特征表示学习的步态识别算法。二维分支学习轮廓序列中的外观特征,三维分支学习行人在三维空间的姿态和形状变化,最后通过特征对齐,实现特征融合,使步态轮廓与三维人体网格形成互补。并在自定义数据集上进行了实验验证,实验结果表明双分支模型提取能对步态特征进行有效提取和学习。最后,在消融实验中验证了不同分支对识别性能的增益效果。与同类别的三维行人重识别在性能上也进行了对比实验,验证了不同三维数据在识别任务中的性能表现。

关键词：步态识别二维时序三维步态特征融合

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航空零部件制造企业适航体系有效性评估研究

航空零部件制造企业适航体系有效性评估研究

作者：马蕴珲中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

随着国产民机ARJ21和C919投入运营,我国民航运输业与航空制造业的协同发展进入了新的阶段。然而,民航业仍面临航材断供与零部件关键技术受限等挑战。为了应对这些问题,加强航空零部件制造企业适航体系建设、提升创新研发能力和管理水平... 详细信息

随着国产民机ARJ21和C919投入运营,我国民航运输业与航空制造业的协同发展进入了新的阶段。然而,民航业仍面临航材断供与零部件关键技术受限等挑战。为了应对这些问题,加强航空零部件制造企业适航体系建设、提升创新研发能力和管理水平显得尤为重要。本文对航空零部件制造企业适航体系有效性评估进行深入研究,提供了一种评估工具,旨在为适航体系建设和优化提供科学指导,从而推进我国民航强国建设和民用航空产业高质量发展。论文从国内外航空零部件制造企业适航体系、体系有效性评估等研究入手,首先,对研究对象进行概述,介绍了航空零部件制造行业特点,分析了适航体系构成要素以及其有效性的内涵。其次,在遵循指标选取原则的基础上,结合国内外研究文献以及适航规章、管理程序、咨询通告等标准初步建立评估指标体系;通过专家问卷调查法采集相关领域专家对指标体系的意见,完成指标体系的优化。接着,构建了D-AHP-灰色聚类评估法的综合评估模型,以W企业为例,对所构建的航空零部件制造企业适航体系有效性评估模型进行了分析验证,基于AHP法与DEMATEL法相结合得出航空零部件制造企业适航体系有效性指标体系的综合权重,再以灰色聚类评估法对W企业适航体系有效性进行评估,通过实例分析验证了本文方法的可行性。根据综合评估结果,得出W企业适航体系有效性为“比较有效”,表明该企业适航体系在确保产品质量和遵守航空安全标准方面表现出较高的有效性,但对于指标层的适航法规体系建设、持续适航管理体系、适航验证能力、适航人员适任度及适航人员激励机制等指标有较大的提升空间,对此本文对W企业适航体系有效性的提升提出了针对性的建议。

关键词：航空零部件制造企业适航体系有效性评估层次分析法灰色聚类评估

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面向教练机的驾驶舱异常态势感知技术研究

面向教练机的驾驶舱异常态势感知技术研究

作者：谭任翔中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

中国民航局在2022年发布了智慧民航建设路线的电文,指出要提升飞行器状态监测能力,提出要通过新一轮科技成果为驾驶舱态势感知赋能,驾驶舱态势感知技术的研究势在必行。驾驶舱态势感知技术旨在通过对驾驶舱环境信息的获取,实现对驾驶舱... 详细信息

中国民航局在2022年发布了智慧民航建设路线的电文,指出要提升飞行器状态监测能力,提出要通过新一轮科技成果为驾驶舱态势感知赋能,驾驶舱态势感知技术的研究势在必行。驾驶舱态势感知技术旨在通过对驾驶舱环境信息的获取,实现对驾驶舱状态的监测。本文将驾驶舱环境信息分为飞行员行为和飞行仪表两部分,结合态势感知三层模型,基于CESSNA172S教练机驾驶舱实验平台,研究了驾驶舱异常态势感知技术,主要研究内容如下:搭建了基于CESSNA172S模拟机的驾驶舱异常态势感知实验平台。选定CESSNA172S教练机驾驶经验丰富的飞行员,通过主观评价方法以及模拟机主计算机输入校准,建立适用于本实验的驾驶舱模拟飞行环境。设置五边进近以及随机任务的飞行任务完成飞行实验。针对模拟飞行中驾驶舱环境态势,多角度安装数据采集装置,采集了不同异常情况下的态势数据,丰富了实验原始数据库。设计了一种基于改进YOLOv5的飞行员异常行为识别方法。数据集方面,采用图像增强技术丰富原始图像数据;网络改进方面,在YOLOv5骨干网络中嵌入注意力机制模块,提升对目标特征信息的敏感度;改进损失函数区分边框位置信息。训练后的模型准确率为98.3%,相比原始模型提升了3.1%,三类异常行为中提升最高的达7.7%,提高了驾驶舱环境内飞行员异常行为识别效率。设计了一种飞行仪表参数异常检测方法。设计了一种G1000系统飞行仪表参数区域定位的方法,通过Crop操作减少计算量,采用灰度化、二值化以及HSV颜色空间转换突出参数区域,采用Open CV绘制参数区域框并制作数据集,训练了YOLOv5飞行仪表参数定位模型,得到99.5%的准确率。设计了一种飞行仪表参数数字识别方法,通过图像增强处理丰富数据集,融合CNN和RNN网络结构,训练了飞行仪表参数数字识别模型,得到98.5%的准确率。整合上述各个模块,参考CESSNA172S飞行员手册,设计了飞行仪表参数异常检测模型,实现预处理、数字区域检测、数字识别以及数字异常告警判断,该模型准确完成了飞行仪表参数的检测任务,测试结果符合预期。

关键词：态势感知深度学习图像处理异常行为数字识别

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基于改进粒子群的无人机任务规划

基于改进粒子群的无人机任务规划

作者：甯洋中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

随着科技的发展,无人机在军用领域和民用领域的应用越来越广泛,以无人机代替有人机去执行一些危险的任务能有效减少人员伤亡并提高工作效率。随着无人机的应用越来越广泛,实现无人机的自主飞行已经如今的研究热点,而保证无人机高可靠性... 详细信息

随着科技的发展,无人机在军用领域和民用领域的应用越来越广泛,以无人机代替有人机去执行一些危险的任务能有效减少人员伤亡并提高工作效率。随着无人机的应用越来越广泛,实现无人机的自主飞行已经如今的研究热点,而保证无人机高可靠性的自主飞行及飞行时的稳定性,关键在于任务规划,因此,无人机任务规划已成为无人机实现安全、可靠的自主飞行的前提。无人机的任务规划包括单无人机或多无人机的路径规划,以及多无人机的任务分配等。如今,基于仿生学原理的智能优化算法越来越受学者们青睐,其在解决无人机任务规划问题时,往往能得到较好的路径方案和分配方案,因此获得了广泛的关注。粒子群算法是最经典的智能算法之一,其所涉及的公式较少、参数较少、寻优能力强的优点,在无人机任务规划中的应用具有较强的研究价值及意义。本文以无人机任务规划为背景,以粒子群算法为工具,针对粒子群的改进及其在无人机任务规划中的应用做出相关研究。首先,在三维仿真环境中对于无人机的任务规划优化算法的应用进行了研究,针对粒子群算法全局搜索能力弱,后期搜索精度低等缺点,对粒子群算法进行了改进,提出了三种改进粒子群算法。第一种引用了压缩策略实现粒子的自适应性,变异策略提升种群的多样性。第二种改进算法以α-stable分布产生的随机数代替传统速度更新方法中的伪随机数,α-stable分布能在一定概率内产生较大的值帮助粒子跳出局部最优,结合不同于第一种方法的变异策略,开发粒子自身的潜在潜力,增加了算法的寻优能力。第三种基于透镜成像原理,提出了透镜反向学习策略,提升了种群的整体质量,增加了粒子跳出局部最优的能力。三种改进算法都经过基准测试函数的验证,与其余改进算法进行对比,证明了改进策略的可行性。然后,基于无人机的真实物理特性,进行了单无人机路径规划模型的建立,在单无人机模型的基础之上,进行多无人机路径规划模型的建立,增加了时空协同模型,空间协同以保证多无人机在执行任务时,保证一定的安全间距,时间协同保证多无人机同时、或者依次到达目的地,以提升多无人机在执行任务时的安全性及工作效率。最后,进行多无人机任务分配研究,在多无人机任务分配为理论依据的基础上,考虑了航程的均衡性、任务的价值、任务的逻辑性等因素建立了多无人机任务分配模型。将三种改进算法分别应用于单无人机路径规划、多无人机路径规划、多无人机任务分配模型中,最后对优化结果进行对比分析,证明了改进算法面对实际工程问题的可行性及任务规划相关模型的合理性。

关键词：粒子群算法任务规划路径规划任务分配时空协同

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基于公平性的客舱乘务员排班研究

基于公平性的客舱乘务员排班研究

作者：郝蓉慧中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

排班公平性是客舱乘务员管理中最重要的原则之一,目前不公平的客舱乘务员排班安排逐渐成为行业内的突出问题,这导致客舱乘务员的持续流失。客舱乘务员排班是航空公司资源配置的重要问题之一,如何有效地提升客舱乘务员的排班公平性,以降... 详细信息

排班公平性是客舱乘务员管理中最重要的原则之一,目前不公平的客舱乘务员排班安排逐渐成为行业内的突出问题,这导致客舱乘务员的持续流失。客舱乘务员排班是航空公司资源配置的重要问题之一,如何有效地提升客舱乘务员的排班公平性,以降低客舱乘务员流失率,保障航空公司飞行安全,已成为航空公司亟待解决的问题。提高排班公平性不仅能够增强客舱乘务员的工作满意度和团队凝聚力,还有助于提升航班服务质量和运营效率,从而是航空公司在激烈的市场竞争中占据有利地位。因此,本文从公平性的角度,基于任务环生成的条件,对客舱乘务员排班公平性开展了研究。论文研究具体内容有:(1)基于客舱乘务员排班的基础理论,分析了客舱乘务员排班的规则和限制条件,描述了客舱乘务员公平性排班的概念和特点,总结了客舱乘务员排班计划的编制流程。(2)基于客舱乘务员排班问题分析,提出了客舱乘务员排班问题的核心步骤,即任务环的构建和客舱乘务员的指派,通过对构建任务环遵循的法规和原则进行系统研究的基础上,构建了航空公司航班计划的任务环模型。(3)基于影响客舱乘务员排班公平性各种因素的分析,提出了以长途飞行小时数、过早晚航班次数以及客舱乘务员配置人数等指标作为客舱乘务员排班公平性的关键指标,构建了客舱乘务员公平性排班模型。(4)基于客舱乘务员公平性排班模型存在启发式算法的局限性,通过对各种启发式算法比较,引入遗传算法对客舱乘务员公平性排班模型展开求解。为了避免在求解过程中遗传算法可能产生局部最优解的情况,并设计了遗传算子。(5)引用计算机语言Python对客舱乘务员公平性排班模型进行实现,通过对国内某航空公司一个月的客舱乘务员排班公平性进行实例验证,将验证结果与航空公司的排班结果进行对比分析,对比数据表明公平性排班模型显示出较高的公平性。

关键词：客舱乘务员排班公平性研究遗传算法工作负荷模型

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近地阶段复杂条件下飞机尾涡数值模拟研究

近地阶段复杂条件下飞机尾涡数值模拟研究

作者：罗昊天中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

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... 详细信息

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(Large Eddy Simulation,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-vortex systems,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。

关键词：尾涡数值模拟侧风湍流地面效应