Dryden Wind Turbulence Model (Continuous)

Сгенерируйте непрерывную ветряную турбулентность со спектрами скорости Dryden

  • Библиотека:
  • Aerospace Blockset/Окружающая среда/Ветер

  • Dryden Wind Turbulence Model (Continuous) block

Описание

Блок Dryden Wind Turbulence Model (Continuous) использует спектральное представление Драйдена, чтобы добавить турбулентность в аэрокосмическую модель, передавая ограниченный полосой белый шум через соответствующие формирующие фильтры. Этот блок реализует математическое представление в MIL-F-8785C военных спецификаций, Military Handbook MIL-HDBK-1797, Military Handbook MIL-HDBK-1797B. Для получения дополнительной информации см. раздел.

Ограничения

Предположение о замороженном поле турбулентности справедливо для случаев средней скорости ветра, и среднеквадратичная скорость турбулентности, или интенсивность, мала относительно наземной скорости самолета.

Модель турбулентности описывает среднее значение всех условий для турбулентности свободного воздуха. Эти факторы не включены в модель:

  • Шероховатость местности

  • Скорость задержки

  • Ветровые ножницы

  • Средняя величина ветра

  • Другие метеорологические факторы

Порты

Вход

расширить все

Высота над уровнем моря, заданная в виде скаляра, в выбранных модулях.

Типы данных: double

Скорость самолета, заданная в виде скаляра, в выбранных модулях.

Типы данных: double

Матрица косинуса направления, заданная как матрица 3 на 3.

Типы данных: double

Выход

расширить все

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

Типы данных: double

Угловые скорости турбулентности, заданные как трехэлементный вектор, в радианах в секунду.

Типы данных: double

Параметры

расширить все

Модули скорости ветра от турбулентности, указанные как:

МодулиСкорость ветраВысотаСкорость воздуха
Metric (MKS) Счетчики/секундуМетрыСчетчики/секунду
English (Velocity in ft/s) Футы/секундуНогиФуты/секунду
English (Velocity in kts) УзлыНогиУзлы

Программное использование

Параметры блоков: units
Тип: Вектор символов
Значения: 'Metric (MKS)' | 'English (Velocity in ft/s)' | 'English (Velocity in kts)'
По умолчанию: 'Metric (MKS)'

Военная ссылка, которая влияет на применение длин шкалы турбулентности в боковом и вертикальном направлениях, задается как MIL-F-8785C, MIL-HDBK-1797, или MIL-HDBK-1797B.

Программное использование

Параметры блоков: spec
Тип: Вектор символов
Значения: 'MIL-F-8785C' | 'MIL-HDBK-1797' | 'MIL-HDBK-1797B'
По умолчанию: 'MIL-F-8785C'

Модель турбулентности ветра, заданная как:

Continuous Von Karman (+q -r)

Используйте непрерывное представление скоростных спектров Фон Кармана с положительными вертикальными и отрицательными боковыми угловыми скоростями.

Continuous Von Karman (+q +r)

Используйте непрерывное представление скоростных спектров Фон Кармана с положительными вертикальными и боковыми угловыми скоростями.

Continuous Von Karman (-q +r)

Используйте непрерывное представление скоростных спектров Фон Кармана с отрицательными вертикальными и положительными боковыми угловыми скоростями.

Continuous Dryden (+q -r)

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

Continuous Dryden (+q +r)

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

Continuous Dryden (-q +r)

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

Discrete Dryden (+q -r)

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

Discrete Dryden (+q +r)

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

Discrete Dryden (-q +r)

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

Выбор Continuous Dryden соответствует описаниям передаточных функций.

Программное использование

Параметры блоков: model
Тип: Вектор символов
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)'
По умолчанию: 'Continuous Dryden (+q +r)'

Измеренная скорость ветра на высоте 20 футов (6 метров), заданная как действительный скаляр, который обеспечивает интенсивность для модели турбулентности малой высоты.

Программное использование

Параметры блоков: W20
Тип: Вектор символов
Значения: реальный скаляр
По умолчанию: '15'

Измеренное направление ветра на высоте 20 футов (6 метров), заданное как действительный скаляр, который является углом, помогающим в преобразовании модели турбулентности малой высоты в координаты тела.

Программное использование

Параметры блоков: Wdeg
Тип: Вектор символов
Значения: реальный скаляр
По умолчанию: '0'

Вероятность превышения интенсивности турбулентности, заданная как 10^-2 - Light, 10^-1, 2x10^-1, 10^-3 - Moderate, 10^-4, 10^-5 - Severe, или 10^-6. Выше 2000 футов интенсивность турбулентности определяется из интерполяционной таблицы, которая задает интенсивность турбулентности как функцию от высоты и вероятности превышения интенсивности турбулентности.

Программное использование

Параметры блоков: TurbProb
Тип: Вектор символов
Значения: '2x10^-1' | '10^-1' | '10^-2 - Light' | '10^-3 - Moderate' | '10^-4' | '10^-5 - Severe' | '10^-6'
По умолчанию: '10^-2 - Light'

Длина шкалы турбулентности выше 2000 футов, заданная как действительный скаляр, который принимается постоянным. MIL-F-8785C и MIL-HDBK-1797/1797B рекомендуют 1750 футов для длины шкалы продольной турбулентности спектров Драйдена.

Примечание

Альтернативное значение длины шкалы изменяет асимптоту спектральной плотности степени и порывистую нагрузку.

Программное использование

Параметры блоков: L_high
Тип: Вектор символов
Значения: реальный скаляр
По умолчанию: '533.4'

Размах крыльев, заданный как действительный скаляр, который требуется при вычислении турбулентности на угловых скоростях.

Программное использование

Параметры блоков: Wingspan
Тип: Вектор символов
Значения: реальный скаляр
По умолчанию: '10'

Шаг расчета шума, заданное как действительный скаляр, при котором генерируется сигнал белого шума единичного отклонения.

Программное использование

Параметры блоков: ts
Тип: Вектор символов
Значения: реальный скаляр
По умолчанию: '0.1'

Случайные начальные значения шума, заданные как четырехэлементный вектор, которые используются для генерации сигналов турбулентности, по одному для каждого из трех компонентов скорости и по одному для скорости крена:

Турбулентности на угловых скоростях тангажа и рыскания основаны на дальнейшем формировании выходов формирующих фильтров для вертикальных и поперечных скоростей.

Программное использование

Параметры блоков: Seed
Тип: Вектор символов
Значения: вектор с четырьмя элементами
По умолчанию: '[23341 23342 23343 23344]'

Чтобы сгенерировать сигналы турбулентности, установите этот флажок.

Программное использование

Параметры блоков: T_on
Тип: Вектор символов
Значения: 'on' | 'off'
По умолчанию: 'on'

Алгоритмы

расширить все

Турбулентность является стохастическим процессом, заданным скоростью спектрами. Для самолета, летящего со скоростью, V через поле замерзшей турбулентности с пространственной частотой, составляющей В радиан на метр, ω круговой частоты вычисляется умножением V на В. MIL-F-8785C и MIL-HDBK-1797/1797B обеспечивают эти определения функций продольных, боковых и вертикальных спектров:

 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 собой размах крыльев самолета.

  • Lu, Lv, Lw представляют длины шкалы турбулентности.

  • σu, σv, σw представляют интенсивность турбулентности.

Определения спектральной плотности угловых скоростей турбулентности определены в спецификациях 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 вертикальную (qg) и боковую (rg) угловые скорости турбулентности.

Спектр угловой скорости продольной турбулентности,

Φpg(ω)

является рациональной функцией. Рациональная функция выведена из аппроксимирования кривыми комплексной алгебраической функции, а не спектра скорости вертикальной турбулентности, Φw (ω), умноженной на шкалу коэффициент. Изменения существуют, потому что спектры угловой скорости турбулентности вносят меньше вкуса самолета, чем скорость турбулентности.

Изменения приводят к этим комбинациям вертикальных и боковых спектров угловых скоростей турбулентности.

ВертикальныйОтветвление

И q (ω)

И q (ω)

−, q (ω)

−, r (ω)

И r (ω)

И r (ω)

Чтобы сгенерировать сигнал с правильными характеристиками, сигнал белого шума с ограниченной полосой пропускается через формирующие фильтры. Формирующие фильтры получают из спектральных квадратных корней спектральных уравнений.

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)

Разделенные на две отдельные области, длины и интенсивность шкалы турбулентности являются функциями высоты.

Примечание

Военные спецификации приводят к той же передаточной функции после оценки длин шкалы турбулентности. Различия в длинах шкалы турбулентности и передаточных функциях турбулентности балансируют смещение.

Ссылки

[1] Chalk, Charles, T.P. Neal, T.M. Harris, Francis E. Pritchard, and Robert J. Woodcock. Справочная информация и Руководство пользователя по MIL-F-8785B (ASG), «Военные спецификации летающих качеств пилотируемых самолетов». AD869856. Buffalo, NY: Cornell Aeronautical Laboratory, 1969.

[2] Летные качества пилотируемых самолетов. Справочник Министерства обороны. MIL-HDBK-1797. Вашингтон: Министерство обороны США, 1997.

[3] Летные качества пилотируемых самолетов. Справочник Министерства обороны. MIL-HDBK-1797B. Вашингтон: Министерство обороны США, 2012.

[4] Летные качества пилотируемых самолетов. Спецификации к военным MIL-F-8785C США. Вашингтон, округ Колумбия: Министерство обороны США, 1980 год.

[5] Hoblit, Frederic M., Gust Loads on Aircraft: Concepts and Applications. Reston, VA: AIAA Education Series, 1988.

[6] Ly, U. and Y. Chan. Time-Domain Расчета of Aircraft Gust Ковариации Matrices (неопр.) (недоступная ссылка). Документ AIAA 80-1615. Представлен на 6-й конференции по механике рейсов в атмосфере, Дэнверс, Массачусетс, август 1980 года.

[7] McFarland, Richard E. «Стандартная кинематическая модель для симуляции рейса в НАСА-Эймс». CR-2497 НАСА. Mountain View, CA: Computer Sciences Corporation, 1975.

[8] McRuer, Duane, Dunstan Graham, and Irving Ashkenas. Динамика самолета и автоматическое управление. Princeton, NJ: Princeton University Press, 1974, R1990.

[9] Moorhouse, Дэвид Дж., и Роберт Дж. Вудкок. Справочная информация и руководство пользователя для MIL-F-8785C, «Военная спецификация - летные качества пилотируемых самолетов». ADA119421. Wright-Patterson AFB, OH: Air Force Wright Aeronautical Labs, 1982.

[10] Татом, Фрэнк Б., Джордж Х. Фихтл и Стивен Р. Смит. Симуляция атмосферных турбулентных порывов и градиентов порыва. Документ AIAA 81-0300. Представлен на 19-м Совещании по аэрокосмическим наукам, Сент-Луис, МО, январь 1981 года.

[11] Йегер, Джесси, Реализация и проверка моделей турбулентности для симуляции F18-HARV. CR-1998-206937 НАСА. Hampton, VA: Lockheed Martin Engineering & Sciences, 1998.

Расширенные возможности

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

.
Представлено до R2006a