Dryden Wind Turbulence Model (Discrete)

Сгенерируйте дискретную турбулентность ветра со скоростными спектрами Драйдена

  • Библиотека:
  • Aerospace Blockset / Среда / Ветер

  • Dryden Wind Turbulence Model (Discrete) block

Описание

Блок Dryden Wind Turbulence Model (Discrete) использует Драйдена спектральное представление, чтобы добавить турбулентность в космическую модель при помощи ограниченного полосой белого шума соответствующими уравнениями конечной разности цифрового фильтра. Этот блок реализует математическое представление в Военной Спецификации MIL-F-8785C, Военном Руководстве MIL-HDBK-1797 и Военном Руководстве MIL-HDBK-1797B. Для получения дополнительной информации см. Алгоритмы.

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, потому что следующие факторы не включены в модель:

  • Шероховатость ландшафта

  • Уровень ошибки

  • Сдвиги ветра

  • Средняя величина ветра

  • Другие метеорологические фракции (кроме высоты)

Порты

Входной параметр

развернуть все

Высота в виде скаляра, в выбранных модулях.

Типы данных: double

Скорость самолета в виде скаляра, в выбранных модулях.

Типы данных: double

Матрица направляющего косинуса в виде 3х3 матрицы.

Типы данных: double

Вывод

развернуть все

Скорости турбулентности, возвращенные как трехэлементный сигнал, в заданных модулях.

Типы данных: double

Турбулентность угловые уровни в виде трехэлементного вектора, в радианах в секунду.

Типы данных: double

Параметры

развернуть все

Единицы скорости ветра из-за турбулентности в виде:

МодулиСкорость ветраВысотаВоздушная скорость
Metric (MKS) Метры/секундаМетрыМетры/секунда
English (Velocity in ft/s) Ноги/секундаФутыНоги/секунда
English (Velocity in kts) УзлыФутыУзлы

Программируемое использование

Параметры блоков: units
Ввод: символьный вектор
Значения: 'Metric (MKS)' | 'English (Velocity in ft/s)' | 'English (Velocity in kts)'
Значение по умолчанию: 'Metric (MKS)'

Военная ссылка, которая влияет на приложение длин шкалы турбулентности в боковых и вертикальных направлениях в виде MIL-F-8785C, MIL-HDBK-1797, или MIL-HDBK-1797B.

Программируемое использование

Параметры блоков: spec
Ввод: символьный вектор
Значения: 'MIL-F-8785C' | 'MIL-HDBK-1797' | 'MIL-HDBK-1797B'
Значение по умолчанию: 'MIL-F-8785C'

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.

Дискретные выборы Драйдена соответствуют описаниям передаточной функции.

Программируемое использование

Параметры блоков: model
Ввод: символьный вектор
Значения: 'Continuous Von Karman (+q +r)' | 'Continuous Von Karman (-q +r)' | 'Continuous Dryden (+q -r)' | 'Continuous Dryden (+q +r)' | 'Continuous Dryden (-q +r)' | 'Discrete Dryden (+q -r)' | 'Discrete Dryden (+q +r)' | 'Discrete Dryden (-q +r)'
Значение по умолчанию: 'Discrete Dryden (+q +r)'

Измеренная скорость ветра на высоте 20 футов (6 метров) в виде действительного скаляра, который обеспечивает интенсивность для низковысотной модели турбулентности.

Программируемое использование

Параметры блоков: W20
Ввод: символьный вектор
Значения: действительный скаляр
Значение по умолчанию: '15'

Измеренное направление ветра на высоте 20 футов (6 метров) в виде действительного скаляра, который является углом, чтобы помочь в преобразовании низковысотной модели турбулентности в тело, координирует.

Программируемое использование

Параметры блоков: Wdeg
Ввод: символьный вектор
Значения: действительный скаляр
Значение по умолчанию: '0'

Вероятность интенсивности турбулентности, превышаемой в виде 10^-2 - Light, 10^-1, 2x10^-1, 10^-3 - Moderate, 10^-4, 10^-5 - Severe, или 10^-6. Выше 2 000 футов интенсивность турбулентности определяется из интерполяционной таблицы, которая дает интенсивность турбулентности в зависимости от высоты и вероятности превышаемой интенсивности турбулентности.

Программируемое использование

Параметры блоков: TurbProb
Ввод: символьный вектор
Значения: '2x10^-1'| '10^-1' | '10^-2 - Light' | '10^-3 - Moderate'| '10^-4' | '10^-5 - Severe'| '10^-6'
Значение по умолчанию: '10^-2 - Light'

Длина шкалы турбулентности выше 2 000 футов в виде действительного скаляра, который принят постоянный. Из военных ссылок фигуре 1 750 футов рекомендуют для продольной длины шкалы турбулентности спектров Драйдена.

Примечание

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

Программируемое использование

Параметры блоков: L_high
Ввод: символьный вектор
Значения: действительный скаляр
Значение по умолчанию: '533.4'

Размах крыла в виде действительного скаляра, который требуется в вычислении турбулентности на угловых уровнях.

Программируемое использование

Параметры блоков: Wingspan
Ввод: символьный вектор
Значения: действительный скаляр
Значение по умолчанию: '10'

Шумовой шаг расчета в виде действительного скаляра, в котором модульное отклонение сгенерирован белый шумовой сигнал.

Программируемое использование

Параметры блоков: ts
Ввод: символьный вектор
Значения: действительный скаляр
Значение по умолчанию: '0.1'

Случайный шум отбирает в виде четырехэлементного вектора, которые используются, чтобы сгенерировать сигналы турбулентности, один для каждого из трех скоростных компонентов и один для уровня крена:

Турбулентности на поле и отклоняются от курса, угловые уровни основаны на дальнейшем формировании выходных параметров от формирующий фильтров для вертикали и поперечных скоростей.

Программируемое использование

Параметры блоков: Seed
Ввод: символьный вектор
Значения: четырехэлементный вектор
Значение по умолчанию: '[23341 23342 23343 23344]'

Чтобы сгенерировать сигналы турбулентности, установите этот флажок.

Программируемое использование

Параметры блоков: T_on
Ввод: символьный вектор
Значения: 'on' | 'off'
Значение по умолчанию: 'on'

Алгоритмы

развернуть все

Согласно военным ссылкам, 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. Следующая таблица отображает функции спектров компонента:

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

Φu(ω)

2σu2LuπV11+(LuωV)2

2σu2LuπV11+(LuωV)2

Φp(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)

Переменная b представляет размах крыла самолета. Переменные Lu, Lv, Lw представляет длины шкалы турбулентности. Переменные σu, σv, σw представляет интенсивность турбулентности.

Спектральные определения плотности турбулентности, угловые уровни заданы в ссылках как три изменения, которые отображены в следующей таблице:

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.

Следует иметь в виду, что продольная турбулентность угловой спектр уровня, Φp (ω), является рациональной функцией. Рациональная функция выведена из подбора кривых комплексная алгебраическая функция, не вертикальный скоростной спектр турбулентности, Φw (ω), умноженный на масштабный коэффициент. Поскольку турбулентность, которую угловые спектры уровня вносят меньше в ответ порыва самолета, чем скоростные спектры турбулентности, он может объяснить изменения их определений.

Изменения приводят к следующим 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, модульным отклонением, ограниченный полосой белый шумовой сигнал используется в уравнениях конечной разности цифрового фильтра.

Следующая таблица отображает уравнения конечной разности цифрового фильтра:

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

ug

(1VLuT)ug+2VLuTσuσηη1

(1VLuT)ug+2VLuTσuσηη1

pg

(12.6LwbT)pg+(22.6LwbT)(0.952Lwb23σηη4)σw

MIL-HDBK-1797

(12.62LwbT)pg+(22.62LwbT)(1.92Lwbσηη4)σw

MIL-HDBK-1797B

(12.6V2LwbT)pg+(22.6V2LwbT)(1.92Lwbσηη4)σw

Ответвление

vg

(1VLuT)vg+2VLuTσvσηη2

(1VLuT)vg+2VLuTσvσηη2

rg

(1πV3bT)rgπ3b(vgvgpast)

(1πV3bT)rgπ3b(vgvgpast)

Вертикальный

wg

(1VLuT)wg+2VLuTσwσηη3

(1VLuT)wg+2VLuTσwσηη3

qg

(1πV4bT)qg±π4b(wgwgpast)

(1πV4bT)qg±π4b(wgwgpast)

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

Ссылки

[1] Американское военное руководство MIL-HDBK-1797B, 9 апреля 2012.

[2] Американское военное руководство MIL-HDBK-1797, 19 декабря 1997.

[3] Американская военная спецификация MIL-F-8785C, 5 ноября 1980.

[4] 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), Военных Управляющих Спецификацией Качеств Пилотируемых Самолетов". AD869856. Buffalo, Нью-Йорк: Авиационная лаборатория Корнелла, август 1969.

[5] Hoblit, Фредерик М., нагрузки порыва на самолет: Концепции и приложения. Рестон, ВА: образовательный ряд AIAA, 1988.

[6] Ly, U., канал, Y. "Расчет временного интервала ковариационных матриц порыва самолета", бумага AIAA 80-1615. Представленный на атмосферной конференции бортмехаников, Дэнверзе, Массачусетс, 11-13 августа 1980.

[7] Макруер, D., Ashkenas, я., Грэм, D., динамика самолета и автоматическое управление. Принстон: Издательство Принстонского университета, июль 1990.

[8] Moorhouse, Дэвид Дж. и Роберт Дж. Вальдшнеп. "Справочная информация и руководство пользователя для MIL-F-8785C, 'Военные управляющие спецификацией качества пилотируемых самолетов". ADA119421, рейс динамическая лаборатория, июль 1982.

[9] Макфарлэнд, R. "Стандартная кинематическая модель для симуляции рейса в NASA-Ames". НАСА CR-2497. Computer Sciences Corporation, январь 1975.

[10] Tatom, Франк Б., Стивен Р. Смит и Джордж Х. Фичтл. "Симуляция атмосферных турбулентных порывов и градиентов порыва". Бумага AIAA 81-0300, космическая научная встреча, Сент-Луис, MO, 12-15 января 1981.

[11] Yeager, Джесси, "Реализация и тестирование моделей турбулентности для симуляции F18-HARV". НАСА CR-1998-206937. Хэмптон, ВА: Lockheed Martin Engineering & Sciences, март 1998.

Расширенные возможности

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

Представлено до R2006a
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте