CN107742002A - 一种机场上空大气温度的预测方法 - Google Patents

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雷杰
潘鹏飞
贾哲
贾一哲
李飞行
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Abstract

本发明涉及一种机场上空大气温度的预测方法，适用于对试验机场上空大气温度的预测。具体包括步骤1：根据飞机以往飞行过程中记录的机载大气总温数据，计算试验机场上空大气温度。步骤2：分析试验机场上空大气温度随气压高度的特点，并结合地面大气温度结果，获得关联于季节、地面大气温度结果的试验机场上空大气温度特性。步骤3：根据大气温度随气压高度的变化特性，结合多年试验机场地面大气温度特点，将特性转化为大气温度随季节、地面温度变化的函数关系。本发明为发动机、飞机试飞任务的有效规划和制定、试飞结果的预测和演练、性能修正和解算、试飞边界的精细确定等扫清技术障碍，为试飞模式的转型升级奠定技术基础。

Description

一种机场上空大气温度的预测方法
技术领域
本发明专利适用于对试验机场上空大气温度的预测。
背景技术
试飞模式从“飞行-排故-飞行”转型升级至“预测-飞行-比较”已是必然趋势，后者强调试飞前对试飞任务的预测和预演，深入掌握试飞对象的特点和规律，发现并暴露问题，提升试飞前的准备质量和安全保障能力。试飞模式转型升级的关键是掌握试飞对象参数的预测方法，建立预测模型。
大气温度是决定发动机、飞机试飞状态的关键边界条件。在试飞前，试验点(高度、速度、飞机姿态、发动机状态)已知的情况下，大气温度将成为制约发动机、飞机试飞状态预测和确定的唯一关键因素。如果在试飞前已知试验点上的大气温度，则可获得发动机、飞机工作总温，为试飞任务的有效规划和制定、试飞结果的预测、性能修正和解算、试飞边界的精细确定等扫清一大技术障碍。
已有的国际标准大气规定的大气温度随气压高度的变化关系简单，未考虑不同地理区域、不同季节等特点，不适用于预测空中不同高度的大气温度。
发明内容
本发明专利的目的是：通过已有试飞数据挖掘，建立试验机场上空大气温度的预测方法，为发动机、飞机试飞任务的有效规划和制定、试飞结果的预测和演练、性能修正和解算、试飞边界的精细确定等扫清技术障碍，为试飞模式的转型升级奠定技术基础。
本发明专利的技术方案是：
步骤1：试验机场上空大气温度的计算。
根据飞机以往飞行过程中记录的机载大气总温数据，计算试验机场上空大气温度随气压高度的变化情况。外界大气温度Ts的计算方法为：其中Ttb为机载大气总温，Mi为飞行马赫数，γ为总温传感器恢复系数，取值为0.9975(大气数据计算机解算Ts时也按该值计算)，Ts和Ttb的单位均为℃。从而获得外界大气温度随气压高度的变化结果。
所选取的试飞时间应涵盖了全年集中飞行月份，所选取的温度应涵盖试验机场的温度范围。
步骤2：试验机场上空大气温度变化特点归纳分析。
分析机场上空大气温度随气压高度的特点，并结合地面大气温度结果，获得关联于季节、地面大气温度结果的试验机场上空大气温度特性。
步骤3：试验机场上空大气环境温度预测方法。
根据大气温度随气压高度的变化特性，按照机场大气温度及季节的不同，结合多年试验机场地面大气温度特点，将特性转化为大气温度随季节、地面温度变化的函数关系。从而在已知地面大气温度的情况下，获得试验机场上空大气温度的预测方法。
本发明专利的优点是：
通过试飞数据挖掘，确定机场上空的大气温度，与采用国际标准大气的温度随高度变化规律确定大气温度方法相比，结果更加有效、可信、准确。该专利可应用至不同试验机场上空大气温度的确定以及飞机和发动机试飞中大气总温的预测，为试飞转型升级至“预测-飞行-比较”奠定技术基础。
附图说明
图1利用机载大气总温数据计算的大气温度变化情况
图2确定的试验机场上空大气温度特性
图3试验机场多年的地面大气温度情况
具体实施方式
以阎良机场为例，对试验机场上空大气温度预测步骤说明如下：
步骤1：阎良机场上空大气温度的计算。
利用某系列飞机多次飞行过程中记录的机载大气总温数据，计算的外界大气温度随气压高度的变化情况。附图1为利用机载大气总温数据计算的大气温度变化情况。图中“20101217-319m/-1℃”指2010年12月17日的飞行数据，当日机场场高319m，机场大气温度为-1℃。所选取的试飞时间涵盖了全年集中飞行月份，所选取的温度涵盖了阎良机场的温度范围。
步骤2：阎良机场上空大气温度变化特点归纳分析。
归纳分析阎良机场上空大气温度具有以下特点：
(1)存在两个转折高度，1.5km～5.0km和11.0km～14.0km。当高度高于11.0km～14.0km时，外界大气温度基本保持不变，随着机场温度的升高，这一转折高度逐渐增大；当高度介于1.5km～5.0km和11.0km～14.0km之间，随着高度升高，外界大气温度逐渐降低明显；当高度低于1.5km～5.0km时，随着高度升高，外界大气温度逐渐降低，但降低速率较之1.5km～5.0km和11.0km～14.0km之间偏低一些；
(2)机场大气温度相差40℃左右时，在高度12.0km～13.0km时外界温度仅相差10℃左右，这说明，大气温度随高度的降低速率与当时机场温度(或季节)有关，且当时机场温度越高，大气温度随高度的降低速率越大；
(3)由于季节不同，即使机场大气温度相差较小，空中大气温度数值或变化规律也可能相差较大，如2013年10月24日和2010年4月11日相比，2011年9月14日和2010年5月20日相比，虽然机场大气温度相差很小，但空中大气温度数值及降低速率相差较大，因此，空中大气温度的变化还应考虑不同季节因素。
根据以上归纳分析，确定的试验机场上空大气温度特性见附图2。
与国际标准大气(International standard air)温度随高度变化规律相比，机场温度8℃～12℃时的5.0km以下温度变化、机场温度-2℃～8℃时的5.0km～9.0km温度变化、机场温度12℃～18℃时(下半年)的9.0km以上温度变化组成的规律与国际标准大气温度随高度变化规律非常接近。
步骤3：试验机场上空大气环境温度预测方法。
按照机场大气温度及季节的不同，结合多年阎良机场地面大气温度特点，见附图3。预测机场上空大气温度的具体计算方法，即大气温度随季节、地面温度变化的函数关系见表1。
在1.5km～5.0km以下高度，高度每升高1km，外界环境温度下降范围在2.0℃～6.5℃之间。随着机场大气温度的升高，这一转折高度不断升高，如机场温度为8℃～12℃、18℃～28℃、28℃～40℃时这一转折高度分别为1.5km、3.5km和5.0km。
在11.0km～14.0km以上高度，外界环境温度基本保持不变，温度范围为-70℃～-58℃。随着机场大气温度的升高，这一转折高度不断升高，如机场温度为8℃～12℃、18℃～28℃、28℃～40℃时这一转折高度分别为11.0km、12.5km和14.0km。
当高度介于1.5km～5.0km和11.0km～14.0km时，高度每升高1km，外界环境温度下降范围在6.5℃～8.0℃之间，7.2℃～7.5℃之间较为普遍。表1机场上空大气温度的计算方法
说明：

Claims (4)

1.一种机场上空大气温度的预测方法，其特征在于，具体预测方法如下：
步骤1：根据飞机以往飞行过程中记录的机载大气总温数据，计算试验机场上空大气温度；
步骤2：分析试验机场上空大气温度随气压高度的特点，并结合地面大气温度结果，获得关联于季节、地面大气温度结果的试验机场上空大气温度特性；
步骤3：根据大气温度随气压高度的变化特性，结合多年试验机场地面大气温度特点，将特性转化为大气温度随季节、地面温度变化的函数关系。
2.如权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述步骤1是根据飞机以往飞行过程中记录的机载大气总温数据，计算试验机场上空大气温度随气压高度的变化情况。
3.如权利要求2所述的预测方法，其特征在于，外界大气温度Ts的计算方法为：其中Ttb为机载大气总温，Mi为飞行马赫数，γ为总温传感器恢复系数，取值为0.9975(大气数据计算机解算Ts时也按该值计算)，Ts和Ttb的单位均为℃。从而获得外界大气温度随气压高度的变化结果。
4.如权利要求1所述的所选取的试飞时间应涵盖了全年集中飞行月份，所选取的温度应涵盖试验机场的温度范围。
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