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三维空间大气紊流场生成与扩展方法

高振兴 顾宏斌 刘晖

高振兴, 顾宏斌, 刘晖. 三维空间大气紊流场生成与扩展方法[J]. 交通运输工程学报, 2008, 8(4): 25-29.
引用本文: 高振兴, 顾宏斌, 刘晖. 三维空间大气紊流场生成与扩展方法[J]. 交通运输工程学报, 2008, 8(4): 25-29.
GAO Zhen-xing, GU Hong-bin, LIU Hui. Generation and extension methods of 3D atmospheric turbulence field[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2008, 8(4): 25-29.
Citation: GAO Zhen-xing, GU Hong-bin, LIU Hui. Generation and extension methods of 3D atmospheric turbulence field[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2008, 8(4): 25-29.

三维空间大气紊流场生成与扩展方法

基金项目: 

国家自然科学基金委员会与中国民用航空总局联合项目 60776812

详细信息
    作者简介:

    高振兴(1982-), 男, 江苏仪征人, 南京航空航天大学工学博士研究生, 从事飞行仿真建模研究

    顾宏斌(1957-), 男, 江苏常州人, 南京航空航天大学教授, 工学博士

  • 中图分类号: V321.2

Generation and extension methods of 3D atmospheric turbulence field

More Information
    Author Bio:

    GAO Zhen-xing(1982-), male, doctoral student, +86-25-84890755, z.x.gao@nuaa.edu.cn

    GU Hong-bin(1957-), male, professor, PhD, +86-25-84893501, ghb@nuaa.edu.cn

  • 摘要: 为了提高飞机穿越大气紊流场时的实时飞行仿真逼真度, 提出了三维空间大气紊流场的生成与扩展方法。采用Von Karman模型, 在频域空间直接进行蒙特卡罗法随机抽样, 经三维傅立叶逆变换得到三维空间大气紊流场。基于傅立叶变换的复共轭对称特性, 生成实的紊流场。在飞行仿真过程中, 对预先生成的无因次紊流场进行有因次化, 保证紊流场尺度和强度随飞行高度动态变化。运用基于对称扩展的紊流场扩展方法, 保证生成的局部空间紊流场有效扩展为大范围连续紊流场。仿真结果表明: 生成的三维紊流场在对称扩展前、后均符合Von Karman模型, 且与基于紊流场相关函数矩阵的生成方法相比, 新算法计算速度快, 存储空间需求少, 更适于实时飞行仿真。

     

  • 图  1  三维空间紊流场生成方法

    Figure  1.  Generation method of 3D turbulence field

    图  2  三维空间紊流场

    Figure  2.  3D spatial turbulence field

    图  3  三维空间紊流场剖面

    Figure  3.  Slice of 3D spatial turbulence field

    图  4  纵向和横向相关性检验

    Figure  4.  Longitudinal and latitudinal relativity tests

    图  5  二维互相关检验

    Figure  5.  2D inter-relativity test

    图  6  经简单拼接的相关性检验

    Figure  6.  Relativity test after simple join

    图  7  对称拼接法

    Figure  7.  Symmetrical join method

    图  8  对称拼接的相关性检验

    Figure  8.  Relativity test after symmetrical join

    表  1  傅立叶变换的复共轭对称关系

    Table  1.   Conjugate relations in Fourier transform

    一维对称性 X(M-k)=X*(k), Im X(M/2)=0
    二维对称性 X(M1-k1, 0)=X*(k1, 0), Im X(M1/2, 0)=0
    X(0, M2-k2)=X*(0, k2),
    Im X(0, M2/2)=0
    X(M1-k1, M2-k2)=X*(k1, k2),
    Im X(M1/2, M2/2)=0
    三维对称性 X(M1-k1, 0, 0)=X*(k1, 0, 0),
    Im X(M1/2, 0, 0)=0
    X(0, M2-k2, 0)=X*(0, k2, 0),
    Im X(0, M2/2, 0)=0
    X(0, 0, M3-k3)=X*(0, 0, k3),
    Im X(0, 0, M3/2)=0
    X(M1-k1, M2-k2, 0)=X*(k1, k2, 0),
    Im X(M1/2, M2/2, 0)=0
    X(M1-k1, 0, M3-k3)=X*(k1, 0, k3),
    Im X(M1/2, 0, M2/2)=0
    X(0, M2-k2, M3-k3)=X*(0, k2, k3),
    Im X(0, M2/2, M3/2)=0
    X(M1-k1, M2-k2, M3-k3)=X*(k1, k1, k3),
    Im X(M1/2, M2/2, M3/2)=0
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出版历程
  • 收稿日期:  2008-03-13
  • 刊出日期:  2008-08-25

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