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大气边界层环境影响效应的仿真试验

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大气边界层环境的中小时空尺度的扰动对低空飞行器飞行轨迹和飞行姿态具有重要影响,低空飞行器在大气边界层扰动环境中如何安全可靠地进行飞行活动,需要充分了解和掌握低层大气的扰动特征,并在此基础上研究飞行器受环境的影响程度,进而提高飞行器的环境适应性。近年来,随着计算能力的大幅度提高,数值预报技术得到了快速发展,新型数值预报模式提供了更加精确的环境数据(四维动态大气),这些具有物理背景的大气环境数据对实现大气环境的工程化应用,进而开展飞行器与大气环境的耦合试验研究奠定了重要的技术基础.本研究围绕大气边界层环境基本气象要素的建模以及大气边界层环境对低空飞行器飞行特性影响问题,利用动力模拟与气候统计相结合的方法,对2002年5月发生在东南沿海地区的一次典型动量下传大风天气过程进行数值再现;给合飞行器仿真需求,建立典型大气边界层环境基本要素(风速、温度、气压和密度)场仿真模型;以飞行器在此次大风环境下飞行过程为具体仿真应用个例,在实现大气边界层环境仿真模型与飞行动力学仿真模型耦合的基础上,开展大气边界层环境影响效应的仿真试验;分析大气边界层环境对低空飞行器飞行轨迹和姿态特性的影响.通过对比分析飞行器在静态大气和动态大气中的飞行仿真试验,结果表明:在运动的大气中飞行的飞行器受气流的影响,其飞行轨迹发生了偏离,在俯冲阶段,受下沉气流的影响出现掉高现象;飞行姿态发生了改变,俯仰角受气流影响出现波状振荡,滚动角在气流的作用下发生了偏移.因此,在飞行器的设计和使用中不能忽略大气环境的干扰因素.通过探索大气边界层环境模型建立的可行性及其对低空飞行器影响的基本规律,为进一步开展大气环境对武器系统影响评估研究提供了思路.

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