专利名称：一种大气湍流数值仿真修正方法
技术领域：
本发明属于航空、力学交叉学科的范畴，具体涉及一种大气湍流数值仿真修正方法。
背景技术：
飞机在空中飞行时经常遭遇各类大气扰动现象，例如低空风切变、大气紊流等。大气紊流是飞机巡航状态中影响飞机运动的主要大气扰动现象，它是叠加在定常风上的风速矢量的连续随机脉动。通过在飞行模拟器上高逼真度地模拟飞机在各种扰动风场中的飞行，从而训练飞行员的飞行技术和应变能力则具有重要意义。若要使飞行模拟器的飞行仿真系统能够高逼真度地模拟大气扰动对飞行的影响，需要建立各种高逼真度的扰动风场模型。大气紊流是影响飞行仿真的重要因素。所谓大气紊流的数值仿真，是指在计算机上利用一定的数值方法随机生成大气紊流的速度和速度梯度序列的过程，为了使紊流序列与实际大气紊流的分布和运动规律最大程度的逼近，该过程必须基本符合所选择的大气紊流模型的频谱特性和相关特性。大气紊流的速度场和速度梯度场的分布应满足其一阶和二阶的统计物理特性。Dryden紊流模型和Von Karman紊流模型是航空航天领域最重要的两种紊流模型，也是被公认的用于飞行仿真的紊流模型。由于Von Karman模型的时间频谱函数不能进行共轭分解而不能在时域内得到实现，因此不能用于飞行实时仿真，而Dryden模型时间频谱函数为有理式，可作因式分解，因而能在时域实现仿真，所以以往的研究中常对Dryden模型进行共轭分解从而来生成大气紊流。但实践表明，该模型所产生的紊流风与实际情况有差距，例如飞行模拟工程师按Drden模型给出了足够强度的风速，但飞行员仍感觉不到个别点上较强的风。这是由于现有的大气湍流数值仿真方法均建立在Gaussian分布的伪随机数信号上，生成的信号自然不具备湍流奇异度特性这一固有品质。因而建立一种合理的，更加符合自然大气湍流场特性的数值仿真模型有着非常重大的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种大气湍流数值仿真修正方法。所述的仿真修正方法，通过数值模拟壳模型得到可反应湍流奇异标度特性量，利用可反应湍流奇异标度特性量对现有Dryden模型生成大气瑞流仿真信号予以修正,从而得到更符合自然大气瑞流场统计特性的仿真信号。本发明提供的修正方法包括如下步骤第一步，由迭代法实现传统Dryden模型的数值仿真大气瑞流。第二步，通过壳模型数值仿真得到可反应湍流奇异标度特性物理量，即能量输运率。第三步，引入能量输运率，修正传统Dryden模型数值仿真信号。本发明的优点在于
本发明首先提出一种修正的大气湍流模型，弥补了传统大气湍流信号的缺陷，更加符合实际大气湍流特性，可以为飞行模拟器的飞行仿真系统的仿真建模提供更加合理的大气湍流信号。
图I是传统方法与本发明的修正方法生成的大气湍流信号的概率分布图；图2是传统方法与本发明的修正方法生成的大气湍流信号的频谱分析曲线；图3A和3B分别是传统方法与本发明的修正方法生成的大气湍流信号速度差的概率分布曲线；图4是传统方法与本发明的修正方法生成的大气湍流信号的奇异标度指数对比曲线。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。本发明提供一种大气湍流数值仿真修正方法，建立一种修正的大气湍流模型，具体方法如下
第一步，由迭代法实现传统Dryden模型的数值仿真大气瑞流。
Dryden模型是一种传统的大气数值仿真模型,它的一维瑞流模型空间频谱函数表
示如下:
权利要求
1.一种大气湍流数值仿真修正方法，其特征在于，包括如下步骤第一步，由迭代法实现传统Dryden模型的数值仿真大气瑞流；第二步，通过壳模型数值仿真得到可反应湍流奇异标度特性物理量，即能量输运率；第三步，引入能量输运率，修正传统Dryden模型数值仿真信号。
2.根据权利要求I所述的一种大气湍流数值仿真修正方法，其特征在于第一步中所述的数值仿真大气湍流，其数值仿真信号模型为
3.根据权利要求I所述的一种大气湍流数值仿真修正方法，其特征在于第二步能量输运率沿空间X的分布信号S(X):
4.根据权利要求I所述的一种大气湍流数值仿真修正方法，其特征在于第三步中将能量输运率引入传统Dryden模型数值仿真信号，得到u (X) =au (x_h) + σ rr (X) + σ ss (x) r (x)式中Os为可调参数，u(x)为大气湍流数值仿真信号，a为衰减系数，h为采样步长，r(x)是均值为O、方差为I的白噪声，S(X)为能量输运率沿空间X的分布信号。
全文摘要
本发明公开了一种大气湍流数值仿真修正方法，属于航空、力学交叉学科的范畴。本发明首先由迭代法实现传统Dryden模型的数值仿真大气湍流，然后通过壳模型数值仿真得到可反应湍流奇异标度特性物理量，即能量输运率最后引入能量输运率，修正传统Dryden模型数值仿真信号。本发明弥补了传统大气湍流信号的缺陷，更加符合实际大气湍流特性，可以为飞行模拟器的飞行仿真系统的仿真建模提供更加合理的大气湍流信号。
文档编号G06F17/50GK102915391SQ20121037628
公开日2013年2月6日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者郭昊, 刘沛清, 李阳, 屈秋林, 曲祖坤, 刘振臣 申请人:北京航空航天大学