Dryden Wind Turbulence Model (Continuous)

Сгенерируйте непрерывную турбулентность ветра со скоростными спектрами Драйдена

Библиотека

Среда/Ветер

Описание

Блок Dryden Wind Turbulence Model (Continuous) использует Драйдена спектральное представление, чтобы добавить турбулентность в космическую модель путем передачи ограниченного полосой белого шума через соответствующие фильтры формирования. Этот блок реализует математическое представление в Военной Спецификации MIL-F-8785C, Военном Руководстве MIL-HDBK-1797, Военное Руководство MIL-HDBK-1797B.

Турбулентность является стохастическим процессом, заданным скоростными спектрами. Для самолета, летящего на скорости V через замороженное поле турбулентности с пространственной частотой Ω радианов на метр, круговая частота, ω вычисляется путем умножения V Ω. MIL-F-8785C и MIL-HDBK-1797/1797B предоставляют эти определения продольных, боковых функций спектров, и вертикальной составляющей:

 MIL-F-8785CMIL-HDBK-1797 и MIL-HDBK-1797B
Продольный

Φu(ω)

2σu2LuπV11+(LuωV)2

2σu2LuπV11+(LuωV)2

Φpg(ω)

σw2VLw0.8(πLw4b)131+(4bωπV)2

σw22VLw0.8(2πLw4b)131+(4bωπV)2

Ответвление

Φv(ω)

σv2LvπV1+3(LvωV)2[1+(LvωV)2]2

2σv2LvπV1+12(LvωV)2[1+4(LvωV)2]2

Φr(ω)

(ωV)21+(3bωπV)2Φv(ω)

(ωV)21+(3bωπV)2Φv(ω)

Вертикальный

Φw(ω)

σw2LwπV1+3(LwωV)2[1+(LwωV)2]2

2σw2LwπV1+12(LwωV)2[1+4(LwωV)2]2

Φq(ω)

±(ωV)21+(4bωπV)2Φw(ω)

±(ωV)21+(4bωπV)2Φw(ω)

где:

  • b представляет размах крыла самолета.

  • Lu, Lv, Lw представляет длины шкалы турбулентности.

  • σu, σv, σw представляет интенсивность турбулентности.

Спектральные определения плотности турбулентности угловые уровни заданы в технических требованиях как три изменения:

pg=wgy

pg=wgy

pg=wgy

qg=wgx

qg=wgx

qg=wgx

rg=vgx

rg=vgx

rg=vgx

Изменения влияют только на вертикаль (qg) и ответвление (rg) турбулентность угловые уровни.

Продольная турбулентность угловой спектр уровня,

Φpg(ω)

рациональная функция. Рациональная функция выведена из подбора кривых комплексная алгебраическая функция, не вертикальный скоростной спектр турбулентности, Φw (ω), умноженный на масштабный коэффициент. Изменения существуют, потому что турбулентность угловые спектры уровня способствует меньше ответу порыва самолета, чем скорость турбулентности.

Изменения приводят к этим комбинациям вертикальной и боковой турбулентности угловые спектры уровня.

ВертикальныйОтветвление

Φq (ω)

Φq (ω)

−Φq (ω)

−Φr (ω)

Φr (ω)

Φr (ω)

Чтобы сгенерировать сигнал с правильными характеристиками, ограниченный полосой белый шумовой сигнал передается посредством формирования фильтров. Формирующиеся фильтры выведены из спектральных квадратных корней из уравнений спектра.

MIL-F-8785C и MIL-HDBK-1797/1797B обеспечивают эти передаточные функции:

 MIL-F-8785CMIL-HDBK-1797 и MIL-HDBK-1797B
Продольный

Hu(s)

σu2LuπV11+LuVs

σu2LuπV11+LuVs

Hp(s)

σw0.8V(π4b)16Lw13(1+(4bπV)s)

σw0.8V(π4b)16(2Lw)13(1+(4bπV)s)

Ответвление

Hv(s)

σvLvπV1+3LvVs(1+LvVs)2

σv2LvπV1+23LvVs(1+2LvVs)2

Hr(s)

sV(1+(3bπV)s)Hv(s)

sV(1+(3bπV)s)Hv(s)

Вертикальный

Hw(s)

σwLwπV1+3LwVs(1+LwVs)2

σw2LwπV1+23LwVs(1+2LwVs)2

Hq(s)

±sV(1+(4bπV)s)Hw(s)

±sV(1+(4bπV)s)Hw(s)

Разделенный на две отличных области, длины шкалы турбулентности и интенсивность являются функциями высоты.

Примечание

Военные технические требования приводят к той же передаточной функции после оценки длин шкалы турбулентности. Различия в длинах шкалы турбулентности и балансе передаточных функций турбулентности возмещены.

Низковысотная модель (высота менее чем 1 000 футов)

Согласно военным ссылкам, длины шкалы турбулентности на низких высотах, где h является высотой в ногах, представлены в следующей таблице:

MIL-F-8785CMIL-HDBK-1797 и MIL-HDBK-1797B

Lw=hLu=Lv=h(0.177+0.000823h)1.2

2Lw=hLu=2Lv=h(0.177+0.000823h)1.2

Как правило, на уровне 20 футов (6 метров) скорость ветра составляет 15 узлов в легкой турбулентности, 30 узлов в умеренной турбулентности и 45 узлов для серьезной турбулентности. Смотрите эту интенсивность турбулентности, где W 20 является скоростью ветра на уровне 20 футов (6 метров).

σw=0.1W20σuσw=σvσw=1(0.177+0.000823h)0.4

Ориентация осей турбулентности в этой области задана:

  • Продольная скорость турбулентности, ug, выровненный вдоль горизонтального родственника, означают вектор ветра

  • Вертикальная скорость турбулентности, wg, выровненный с вертикалью

В этом диапазоне высот выход блока преобразовывается в координаты тела.

Носитель/Большие высоты (Высота Выше 2 000 футов)

Длины шкалы турбулентности и интенсивность для носителя к большим высотам основанного на предположении, что турбулентность является изотропной. MIL-F-8785C и MIL-HDBK-1797/1797B обеспечивают эти представления длин шкалы:

MIL-F-8785CMIL-HDBK-1797 и MIL-HDBK-1797B
Lu = Lv = Lw = 1 750 футовLu = 2Lv = 2Lw = 1 750 футов

Интенсивность турбулентности определяется из интерполяционной таблицы, которая обеспечивает интенсивность турбулентности как функцию высоты и вероятность превышаемой интенсивности турбулентности. Отношение интенсивности турбулентности представлено в следующем уравнении:

σu = σv = σw.

Ориентация осей турбулентности в этой области задана как выравниваемый с координатами тела.

Между Низким и Носителем/Большими высотами (Между 1000 и 2 000 футов)

На высотах между 1 000 и 2000, скорости турбулентности и турбулентность угловые уровни определяются путем линейной интерполяции между значением из низковысотной модели на уровне 1 000 футов, преобразованных от средних горизонтальных координат ветра, чтобы придать форму координаты и значение из высотной модели на уровне 2 000 футов в координатах тела.

Параметры

Units

Задайте единицы скорости ветра из-за турбулентности.

Модули

Скорость ветра

Высота

Скорость полета

Metric (MKS)

Метры/секунда

Метры

Метры/секунда

English (Velocity in ft/s)

Ноги/секунда

Футы

Ноги/секунда

English (Velocity in kts)

Узлы

Футы

Узлы

Specification

Задайте который военная ссылка на использование. Это влияет на приложение длин шкалы турбулентности в боковых и вертикальных направлениях.

Model type

Выберите модель турбулентности ветра, чтобы использовать.

Continuous Von Karman (+q -r)

Используйте непрерывное представление скоростных спектров Фон Карман с положительными вертикальными и отрицательными боковыми угловыми спектрами уровней.

Continuous Von Karman (+q +r)

Используйте непрерывное представление скоростных спектров Фон Карман с положительными вертикальными и боковыми угловыми спектрами уровней.

Continuous Von Karman (-q +r)

Используйте непрерывное представление скоростных спектров Фон Карман с отрицательными вертикальными и положительными боковыми угловыми спектрами уровней.

Continuous Dryden (+q -r)

Используйте непрерывное представление скоростных спектров Драйдена с положительными вертикальными и отрицательными боковыми угловыми спектрами уровней.

Continuous Dryden (+q +r)

Используйте непрерывное представление скоростных спектров Драйдена с положительными вертикальными и боковыми угловыми спектрами уровней.

Continuous Dryden (-q +r)

Используйте непрерывное представление скоростных спектров Драйдена с отрицательными вертикальными и положительными боковыми угловыми спектрами уровней.

Discrete Dryden (+q -r)

Используйте дискретное представление скоростных спектров Драйдена с положительными вертикальными и отрицательными боковыми угловыми спектрами уровней.

Discrete Dryden (+q +r)

Используйте дискретное представление скоростных спектров Драйдена с положительными вертикальными и боковыми угловыми спектрами уровней.

Discrete Dryden (-q +r)

Используйте дискретное представление скоростных спектров Драйдена с отрицательными вертикальными и положительными боковыми угловыми спектрами уровней.

Непрерывные выборы Драйдена соответствуют описаниям передаточной функции.

Wind speed at 6 m defines the low altitude intensity

Измеренная скорость ветра на высоте 6 метров (20 футов) обеспечивает интенсивность для низковысотной модели турбулентности.

Wind direction at 6 m (degrees clockwise from north)

Измеренное направление ветра на высоте 6 метров (20 футов) является углом, чтобы помочь в преобразовании низковысотной модели турбулентности в координаты тела.

Probability of exceedance of high-altitude intensity

Выше 2 000 футов интенсивность турбулентности определяется из интерполяционной таблицы, которая дает интенсивность турбулентности как функцию высоты и вероятность превышения интенсивности турбулентности.

Scale length at medium/high altitudes (m)

Длина шкалы турбулентности выше 2 000 футов, принятая константа. MIL-F-8785C и MIL-HDBK-1797/1797B рекомендуют 1 750 футов для продольной длины шкалы турбулентности спектров Драйдена.

Примечание

Альтернативное значение длины шкалы изменяет степень спектральная асимптота плотности и загрузка порыва.

Wingspan

Размах крыла требуется в вычислении турбулентности на угловых уровнях.

Band-limited noise sample time (sec)

Шаг расчета, в котором модульное отклонение сгенерирован белый шумовой сигнал.

Noise seeds

Четыре случайных числа, требуемые сгенерировать сигналы турбулентности, один для каждого из трех скоростных компонентов и один для уровня списка. Турбулентности на поле и отклоняются от курса, угловые уровни основаны на дальнейшем формировании выходных параметров от формирующий фильтров для вертикальных и боковых скоростей.

Turbulence on

Выбор этого параметра генерирует сигналы турбулентности.

Порты

Входной параметрТип размерностиОписание

Сначала

скаляр

Содержит высоту, в выбранных модулях.

Второй

скаляр

Содержит скорость самолета, в выбранных модулях.

Треть

3х3 матрица

Содержит матрицу направляющего косинуса.
Вывод Тип размерностиОписание

Сначала

Трехэлементный сигналСодержит скорости турбулентности, в выбранных модулях.

Второй

Трехэлементный сигналСодержит турбулентность угловые уровни, в радианах в секунду.

Ограничения

Замороженное полевое предположение турбулентности допустимо для случаев скорости среднего ветра, и среднеквадратичная скорость турбулентности или интенсивность, мала относительно скорости относительно земли самолета.

Модель турбулентности описывает в среднем все условия для ясной воздушной турбулентности. Эти факторы не включены в модель:

  • Шероховатость ландшафта

  • Уровень ошибки

  • Сдвиги ветра

  • Средняя величина ветра

  • Другие метеорологические факторы

Примеры

См. Модели Моделей/Ветра Корпуса/Среды в aeroblk_HL20 для примера этого блока.

Ссылки

Мел, Чарльз, Т.П. Нил, Т.М. Харрис, Фрэнсис Э. Притчар и Роберт Дж. Вудкок. Справочная информация и Руководство пользователя для MIL-F-8785B (ASG), “Военные Управляющие Спецификацией Качества Пилотируемых Самолетов”. AD869856. Buffalo, Нью-Йорк: Авиационная лаборатория Корнелла, 1969.

Полет качествами пилотируемого самолета. Руководство министерства обороны. MIL-HDBK-1797. Вашингтон, округ Колумбия: американское министерство обороны, 1997.

Полет качествами пилотируемого самолета. Руководство министерства обороны. MIL-HDBK-1797B. Вашингтон, округ Колумбия: американское министерство обороны, 2012.

Полет качествами пилотируемых самолетов. Американская военная спецификация MIL-F-8785C. Вашингтон, округ Колумбия: американское министерство обороны, 1980.

Hoblit, F., нагрузки порыва на самолет: Концепции и приложения, образовательный ряд AIAA, 1988.

Ly, U. и И. Чан. “Расчет Временного интервала Ковариационных матриц Порыва Самолета”, Бумага AIAA 80-1615, представленный на 6-й Атмосферной Конференции Бортмехаников, Дэнверзе, Массачусетс, август 1980.

Макфарлэнд, Ричард Э, Стандартная Кинематическая Модель для Симуляции Рейса в AMES НАСА. НАСА CR-2497. Вид на горы, CA: Computer Sciences Corporation, 1975.

Макруер, Дуэн, Данстан Грэм и Ирвинг Ашкенас. Динамика самолета и автоматическое управление издательство Принстонского университета, 1974, R1990.

Moorhouse, Дэвид Дж. и Роберт Дж. Вальдшнеп. Справочная информация и руководство пользователя для MIL-F-8785C, "Военная спецификация — летающие качества пилотируемых самолетов". ADA119421. Военно-воздушная база Wright-Patterson, OH: мастер военно-воздушных сил аэронавигационный Labs, 1982.

Tatom, Франк Б., Джордж Х. Фичтл и Стивен Р. Смит. “Симуляция Атмосферных Турбулентных Порывов и Градиентов Порыва”, Бумага AIAA 81-0300, представленный на 19-й Космической Научной Встрече, Сент-Луисе, Миссури, январь 1981.

Yeager, Джесси, реализация и тестирование моделей турбулентности для симуляции F18-HARV НАСА CR-1998-206937. Хэмптон, ВА: Lockheed Martin Engineering & Sciences, 1998.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Представлено до R2006a