免费论文：近地风场建模及对低空飞行器的影响研究

低空飞行器的飞行环境比较复杂，特别是经过地形、地貌复杂的山地区域时，经常遭遇湍流和低空风切变两种典型的近地风场，严重影响飞行任务和威胁飞行安全。目前，在研究变化风场对飞行器的影响时，风场的建模仿真多数采用简单的工程模型，无法反映地形对风场的影响。本文围绕近地风场建模和风场对低空飞行器的影响为研究主线，针对现阶段存在的问题，重点研究了近地湍流风场、微下冲气流的建模仿真，以及风场影响下的飞行器航路规划和进近着陆。通过借鉴建筑工程与风能利用工程中对近地风场数值模拟的思路，建立了地形影响下的近地湍流建模与仿真流程，考虑了地面特征对近地湍流的影响，针对复杂地形边界数值解算可能造成的发散问题，提出了一种地形高程调节算法，通过在风场解算中逐步逼近真实地形提高了算法的数值稳定性。通过分析微下冲气流的形成原因和特点，基于涡环原理，采用坐标变换和多涡环叠加方法模拟出更符合实际的复杂微下冲气流场，而且引入时变参数的涡环模型模拟了微下冲气流的动态演变过程，解决了传统模型无法反映微下冲气流剧烈变化特征的问题。针对近地湍流和微下冲气流模型在飞行仿真中无法实时生成的问题，利用实时数据库技术研究了通用环境数据的存储与实时存取。根据环境数据的特点提出了分离式数据表示模型，提高了环境数据在综合自然环境仿真中的可扩展性和通用性，讨论了环境数据实时存取的进一步优化方法。从航路规划的三个层次讨论了风场对飞行器航路规划的影响。在狭义的航路规划层提出了风场影响下的多分辨率航路规划方法，减少了机载计算机的计算负担和数据存储量；在航路平滑层论证了风场影响下Dubins航路的存在性和唯一性问题，为航路的可飞性提供了理论基础；在航路跟踪与控制层，根据相对运动的等效原则研究了风场影响下的航路跟踪。研究了风场对飞行器动力学模型的影响和对飞行器危害程度的度量指标，针对进近着陆阶段遭遇微下冲气流风切变的情况，设计和比较了三种改出风切变的机动策略，其中基于爬升率的性能控制策略考虑了风场对飞行器前视距离和当前位置的比能变化率的影响，更适合于飞行器改出低空风切变。

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