Von Karman模型三維大氣紊流仿真理論與方法

高 靜 洪冠新 梁灶清

(北京航空航天大學(xué) 航空科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100191)

Von Karman模型三維大氣紊流仿真理論與方法

高 靜 洪冠新 梁灶清

(北京航空航天大學(xué) 航空科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100191)

基于三維紊流場(chǎng)相關(guān)函數(shù)矩陣，用蒙特卡羅法仿真生成Von Karman模型三維空間大氣紊流場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜的Von Karman模型的精確推導(dǎo)和應(yīng)用，仿真流場(chǎng)的相關(guān)特性在理論上可以任意逼近Von Karman理論模型.通過提高白噪聲序列的白化程度及優(yōu)化蒙特卡羅算法的方法提高了仿真精度和效率.數(shù)值仿真結(jié)果證明:所生成的空間大氣紊流場(chǎng)符合模型特性，具有較好的統(tǒng)計(jì)特性和仿真精度，滿足實(shí)時(shí)飛行仿真對(duì)紊流場(chǎng)數(shù)據(jù)的要求.

大氣紊流;蒙特卡羅法;Von Karman模型;數(shù)值仿真;飛行仿真

大氣紊流對(duì)在大氣層中飛行的各種飛行器，包括飛機(jī)、導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭、空天飛機(jī)以及微小型飛行器、氣球、飛艇等的設(shè)計(jì)、使用安全等都有較大影響.大氣紊流模型中，與 Dryden模型相比，Von Karman模型的頻譜函數(shù)在高頻段的斜率不同，頻譜函數(shù)更為復(fù)雜，更符合大氣紊流的實(shí)際情況［1］.在研究涉及飛機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的飛行品質(zhì)、飛機(jī)的結(jié)構(gòu)疲勞等問題時(shí)，由于飛機(jī)結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率通常恰好處在高頻范圍，因而高頻范圍內(nèi)紊流可能激發(fā)飛機(jī)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，只要可行，最好使用Von Karman大氣紊流模型.

對(duì)大氣紊流進(jìn)行建模與仿真研究中，一維大氣紊流序列的仿真一般采用成型濾波器法，此方法要求模型的頻譜函數(shù)能夠進(jìn)行共軛分解，因此……