CN112800639A - 一种用于飞机风环境模拟的仿真方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于飞机风环境模拟的仿真方法，该方法包括进入风模块，并判断系统总冻结标志是否为是，若为是则进行初始化并使系统总冻结标志为否，且判断风剖面序号是否为0，若系统总冻结标志不为是则同样判断风剖面序号是否为0；若风剖面序号为0则调用全球风子流程，否则判断微暴是否激活，若激活则同样调用全球风子流程，否则调用风剖面子流程；若调用全球风子流程，则在退出全球风子流程后依次调用微暴子流程、风输出子流程及风变化子流程，若调用风剖面子流程，则在退出风剖面子流程后直接调用风变化子流程。有益效果：本发明满足飞行员进行复杂气象的训练要求。

Description

一种用于飞机风环境模拟的仿真方法
技术领域
本发明涉及飞机风环境仿真领域，具体来说，涉及一种用于飞机风环境模拟的仿真方法。
背景技术
准确的飞机仿真模型对飞机控制系统的设计分析有着重要的作用。飞机实际在空中的运动很复杂，不会像教科书上为了说明问题方便而简化的运动模式那么纯粹直接，会受到气流、速度、温度、空气压缩性等多种因素的影响。仿真分析是无破坏性的、可以个性化控制的、能够多次重复的、不受实际工作条件限制，可以实现的功能非常齐全的一种实验手段。利用仿真实验，可以加深研究人员对实际系统的理解，快速找出研制过程中出现的问题的原因并提供解决方法。
飞行员的训练项目中包括进行复杂气象的训练，飞机风环境模拟模块需要模拟海平面到600米高度的地面风，以及从600米高度到飞机升限高度的空中风。因此现需要一种用于飞机风环境模拟的仿真方法来实现上述需求。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种用于飞机风环境模拟的仿真方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
为此，本发明采用的具体技术方案如下：
一种用于飞机风环境模拟的仿真方法，该方法包括以下步骤：
S1、进入风模块，并判断系统总冻结标志是否为是，若为是则进行初始化并使系统总冻结标志为否，且判断风剖面序号是否为0，若系统总冻结标志不为是则同样判断风剖面序号是否为0；
S2、若风剖面序号为0则调用全球风子流程，否则判断微暴是否激活，若激活则同样调用全球风子流程，否则调用风剖面子流程；
S3、若S2中调用全球风子流程，则在退出全球风子流程后依次调用微暴子流程、风输出子流程及风变化子流程，若S2中调用风剖面子流程，则在退出风剖面子流程后直接调用风变化子流程；
S4、退出风模块。
进一步的，所述S2中调用全球风子流程还包括以下步骤：
S211、进入全球风子流程，并判断上一次风剖面序号是否为0，若为0则计算全球风的地表附面层高度衰减因子Hre，否则将风剖面垂直风速及风切变和微暴产生的紊流强度设置为0，且恢复表面风速和风向，并计算Hre；
S212、判断Hre是否越界，若越界则设置Hre为1，并判断飞机离地高度是否小于500米，否则直接判断飞机离地高度是否小于500米；
S213、若飞机离地高度小于500米，则计算第一高度比例系数Hra，Hra=飞机离地高度/500，并判断Hra是否越界，若越界则设置Hra为1，并计算全球风风速Gs=（地表风速+（中间风速-地表风速）*Hra+1）*Hre及第一全球风风向Gd=（地表风向+（中间风向-地表风向）*Hra+1）-磁偏角，若不越界，则直接计算Gs及Gd，同时判断飞机离地高度是否高于对流层顶；
S214、若飞机离地高度高于对流层顶，则使Gs=Gs-（飞机离地高度-36000）*0.016888，并判断Gs是否越界，否则直接判断Gs是否越界；
S215、若Gs越界则设置Gs为0并退出全球风子流程，若不越界则直接退出全球风子流程。
进一步的，所述S213中若飞机离地高度大于500米，则还包括以下步骤：
若飞机离地高度大于500米，则判断飞机离地高度是否小于5000米；
若飞机离地高度小于5000米，则计算Hra=（飞机离地高度-500）/（5000-500），且判断Hra是否越界；
若Hra越界则设置Hra为1，并计算Gs=（中间风速+（高空风速-中间风速）*Hra+1）*Hre及Gd=（中间风向+（高空风向-中间风向）* Hhra+1）-磁偏角，若Hra不越界则直接计算Gs及Gd。
进一步的，所述S213中若飞机离地高度大于500米且不小于5000米，则还包括以下步骤：
若飞机离地高度大于500米且不小于5000米，则设置Hra为1，并计算Gs及Gd。
进一步的，所述S2中调用风剖面子流程还包括以下步骤：
S221、进入风剖面子流程，并判断风剖面序号与上周期是否相等，若相等则判断上周期风剖面序号是否为0，若为0则备份全球风表面风速和风向，并设置风剖面变化标志为真及更新风剖面序号，若不为0则直接设置风剖面变化标志为真及更新风剖面序号，同时判断上周期风剖面是否在原点处；
S222、若上周期风剖面不在原点处，则判断风切变长度是否大于0.00001，若大于则设置风剖面原点的随机位置Random为风切变长度，若上周期风剖面在原点处或风切变长度小于0.00001，则Random={[13.0*Randam-AINT（13.0*Random）]*2.0-1.0}*2000；
S223、首次判断风切变长度是否小于0.00001，若小于则设置Random=0，并再次判断风切变长度是否小于0.00001，若首次判断风切变长度时，其长度不小于0.00001则判断上周期风剖面是否在原点处，若在原点处则Random=1256.5713，并再次判断风切变长度是否小于0.00001，否则直接再次判断风切变长度是否小于0.00001；
S224、若再次判断风切变长度时，若其长度小于0.00001，则设置上周期原点处风剖面为真，否则设置上周期原点处风剖面为假；
S225、判断风剖面变化标志是否为真，若风剖面变化标志为真，则设置风剖面已变化标志为真及风剖面变化标志为假，并判断风剖面已变化标志是否为真，若风剖面变化标志不为真则直接判断风剖面已变化标志是否为真；
S226、判断风剖面已变化标志是否为真，若为真则设置计算表面风标志为真、循环次数变量J=2及计数变量初始化I=1，若不为真则设置J=1及I=1；
S227、判断I是否小于等于J，若是小于等于则调用风剖面计算子流程及风剖面输出子流程，且使I=I+1，并退出风剖面子流程，若不是小于等于则直接退出风剖面子流程，若无需判断I是否小于等于J，则使I=I+1，并退出风剖面子流程；
其中，若风剖面序号与上周期不相等，则直接进入再次判断风切变长度是否小于0.00001的步骤。
进一步的，所述S227中调用风剖面计算子流程还包括以下步骤：
S22701、进入风剖面计算子流程，并判断风剖面是否在起飞方向，若在起飞方向则风剖面在跑道坐标系中的纵向坐标Red=-飞机在跑道坐标系中的纵向距离Xr，否则Red=Xr；
S22702、判断计算表面风标志是否为真，若为真则风剖面风速计算的插值高度Wch=35及风剖面风速计算的插值距离Wcd=-Random，并判断风剖面序号是否小于4；
S22703、若计算表面风标志不为真，则Wch=飞机相对于附近参考站的高度及Wcd=Red-Random，并判断Wcd是否小于-20000，若小于-20000则距离衰减因子Dff=1.0+（Wcd+20000）/15000，并判断Dff是否越界；
S22704、若Wcd不小于-20000，则判断Wcd是否大于80000，若不大于80000，则Dff=1.0，并判断风剖面序号是否小于4；
S22705、若Wcd大于80000，则Dff=1.0+（-Wcd+80000）/15000，并判断Dff是否越界；
S22706若Dff越界则Dff=0.0，并判断风剖面序号是否小于4，否则直接判断风剖面序号是否小于4；
S22707、若风剖面序号小于4，则一维插值计算风剖面在X、Y、Z方向上的风速分量，并退出风剖面计算子流程；
S22708、若风剖面序号不小于4，则判断风剖面序号是否为5，若为5则一维插值计算风剖面在X、Y、Z方向上的风速分量，并退出风剖面计算子流程；
S22709、若风剖面序号不为5，则计算飞机在跑道坐标系的距离Fd，并判断Fd是否小于等于20000；
S22710、若Fd小于等于20000，则二维插值计算风剖面在X、Y、Z方向上的风速分量，并退出风剖面计算子流程；
S22711、若Fd大于20000，则设置风剖面在X、Y、Z方向上的风速分量为0，并退出风剖面计算子流程。
进一步的，所述S227中调用风剖面输出子流程还包括以下步骤：
S22701’、进入风剖面输出子流程，且设置剖面强度的速度因子U=沿机体轴X的速度分量/30，并判断U是否越界；
S22702’、若U越界则设置U为1，并设置总风廊线强度为1，若U不越界则直接设置总风廊线强度为1；
S22703’、计算风剖面沿机体轴X向的风速、风剖面沿机体轴Y向的风速及风剖面Z向的风速，且设置计算风剖面的方向=参考站跑道方向+风剖面与跑道的夹角，并计算向北风速及向东风速；
S22704’、判断计算表面风标志是否为真，若为真则调用风速计算子流程，并设置计算表面风标志为假，同时退出风剖面输出子流程；
S22705’、若计算表面风标志不为真，则调用风速计算子流程，并设置计算风切变=|向北风速-上周期向北风速|+|向东风速-上周期向东风速|，同时更新上一周期向北风速和向东风速；
S22706’、判断风剖面序号是否小于16，若小于16则计算粗糙大气强度Ri，并判断Ri是否越界，否则直接判断Ri是否越界；
S22707’、若Ri越界，则设置风切变和微暴产生的紊流强度为1，并退出风剖面输出子流程；
S22708’、若Ri不越界，则设置风切变和微暴产生的紊流强度为Ri，并退出风剖面输出子流程。
进一步的，所述S3中调用微暴子流程还包括以下步骤：
S3101、进入微暴子流程，并设置微暴强度=教员台设置微暴强度WBs*1.5；
S3102、判断WBs是否小于60，若小于60则计算微暴的涡流半径MBr=微暴的涡流半径最小值Rmin，否则MBr=Rmin+（WBs-60）*50；
S3103、计算微暴的有效直径=MBr*4.0，并判断WBs是否小于25，若小于25，则计算微暴顶高MBc=微暴顶高最小值Cmin，否则MBc=Cmin+（WBs-25.0）*30.0；
S3104、计算微暴的涡流中心高度=MBc*0.5667，且将跑道坐标系中微暴中心轴的倾斜方位角度数转换为弧度制，并计算跑道坐标系中微暴倾斜方位角的正弦和余弦，同时将微暴中心轴的倾斜角度数转化成弧度数，并计算微暴中心轴倾斜角的正弦和余弦；
S3105、判断微暴测试标识是否为真，若为真则设置微暴激活标识为1，否则判断微暴激活标志是否为真，若为真则设置微暴激活标识为1；
S3106、计算飞机到微暴地面原点X向距离、飞机到微暴地面原点Y向距离、飞机到微暴地面原点的航向角、飞机到微暴的倾斜角、飞机到微暴中心轴的X方向距离Ptx、飞机到微暴中心轴的Y方向距离Pty及飞机到微暴距离MBt，并判断MBt是否越界；
S3107、若MBt越界，则设置距离有效值MBv为1，否则MBv=MBt，并计算飞机正常航程=MBv/（2*MBr）及临时变量Tv=Ptx*微暴中心轴倾斜角的正弦值；
S3108、判断Tv是否越界，若越界则设置Tv为0，并设置正常高度=飞机离地高度Hg/（MBc*微暴中心轴倾斜角的余弦值+Tv），否则直接设置正常高度；
S3109、通过插值计算微暴水平径向风、微暴垂直径向风及地面影响因子，并分解微暴径向风到微暴倾斜轴，同时计算微暴倾斜方位角；
S3110、判断微暴倾斜方位角是否越界，若越界则设置微暴倾斜方位角=微暴倾斜方位角-2π，并计算微暴倾斜方位角的正弦和余弦，若不越界则直接计算微暴倾斜方位角的正弦和余弦；
S3111、计算微暴产生的向北风速及向东风速，并判断微暴测试标识是否为真，若为真则设置风切变和微暴产生的紊流强度为0、微暴临时变量为0及微暴等级为0，并退出微暴子流程；
S3112、若微暴测试标识不为真，则判断微暴水平径向风是否为0，若为0，则微暴等级=0.875*微暴等级，否则微暴等级=微暴等级+0.125*（粗糙大气水平因子-微暴等级）；
S3113、计算微暴临时变量=微暴等级+|微暴垂直径向风|*粗糙大气垂直因子*微暴强度/100，并判断微暴临时变量是否越界；
S3114、若微暴临时变量越界，则设置微暴临时变量为1，且设置风切变和微暴产生的素流强度=微暴临时交量，并退出微暴子流程，若微暴临时变量不越界，则直接设置风切变和微暴产生的素流强度=微暴临时交量，并退出微暴子流程。
其中，所述S3105中若微暴测试标识不为真还包括以下步骤：
若微暴测试标识不为真，则判断微暴激活标识是否为1，若为1则设置微暴记过标识为0、微暴产生的向北风速为0、微暴产生的向东风速为0、微暴产生的垂直风速为0、风切变和微暴产生的紊流强度为0、微暴临时变量为0、微暴等级为0、MBv为0及飞机到微暴地面原点的航向角为0，并退出微暴子流程，若微暴激活标识不为1，则退出微暴子流程。
进一步的，所述S3中调用风输出子流程还包括以下步骤：
S3201、进入风输出子流程，并计算向北、向东及向地风速；
S3202、调用风速计算子流程，并设置风剖面模型差值运动系X、Y、Z轴速度为0，同时退出风输出子流程。
其中，所述S22704’及所述S3202中的风速计算子流程还包括以下步骤：
进入风速计算子流程，并计算风速和风向，同时判断风向是否小于0，若小于0，则风向=360+风向，并退出风速计算子流程；
若风向不小于0，则判断风向是否大于360，若风向大于360则风向=360+风向，并退出风速计算子流程，若风向不大于360则退出风速计算子流程。
进一步的，所述S3中调用风变化子流程还包括以下步骤：
S331、进入风变化子流程，并依次判断飞机位置处风速变化是否大于0.1、飞机位置处风速变化是否大于0.5、风剖面变化标志是否为1、风剖面类型与上周期是否一致、风剖面方位与上周期是否一致、风剖面强度与上周期是否一致、微暴激活标志与上周期是否一致、高空风速与上周期是否一致、高空风向与上周期是否一致及跑道方位与上周期是否一致，若上述判断均为否定，则判断风向与上一周期风向差值的绝对值是否大于0.5，否则设置风变化标志为1，并判断风向与上一周期风向差值的绝对值是否大于0.5；
S332、若风向与上一周期风向差值的绝对值大于0.5，则空中风向变化标志为true，否则空中风向变化标志为false；
S333、依次更新上一周期飞机位置处的风速、上一周期飞机位置处的风向、上一周期的风切变类型、上一周期的风切变强度、上一周期的风剖面与跑道夹角、上一周期的微暴激活标志、上一周期的高空风速、上一周期的高空风向及上一周期的参考站跑道方向，并设置风剖面变化标志为0，同时退出风变化子流程。
本发明的有益效果为：本发明满足飞行员进行复杂气象的训练要求，能反映出测量的或事故条件下得到的风的特征，而且包括重复出现的简化风模型。本发明提供从海平面到600米高度的地面风，以及从600米到飞机升限高度的空中风的模拟。地面风风向在0度-360度（具有1度分辨率）、风速在0米每秒-25米每秒（具有0.5米每秒分辨率）范围内可任意选择。空中风向在0度-360度（具有1度分辨率）、风速在0米每秒-75米每秒（具有0.5米每秒分辨率）范围内可任意选择。本发明提供的风切变模型能在起飞滑跑抬前轮时、离地时、开始上升时和起落航线或直线、第五边进场着陆时使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种用于飞机风环境模拟的仿真方法的流程图之一；
图2是根据本发明实施例的一种用于飞机风环境模拟的仿真方法的流程图之二；
图3是根据本发明实施例的一种用于飞机风环境模拟的仿真方法的风剖面子流程图之一；
图4是根据本发明实施例的一种用于飞机风环境模拟的仿真方法的风剖面子流程图之二；
图5是根据本发明实施例的一种用于飞机风环境模拟的仿真方法的风剖面输出子流程图之一；
图6是根据本发明实施例的一种用于飞机风环境模拟的仿真方法的风剖面输出子流程图之二；
图7是根据本发明实施例的一种用于飞机风环境模拟的仿真方法的全球风子流程图；
图8是根据本发明实施例的一种用于飞机风环境模拟的仿真方法的风输出子流程；
图9是根据本发明实施例的一种用于飞机风环境模拟的仿真方法的风速计算子流程图；
图10是根据本发明实施例的一种用于飞机风环境模拟的仿真方法的风变化子流程图之一；
图11是根据本发明实施例的一种用于飞机风环境模拟的仿真方法的风变化子流程图之二；
图12是根据本发明实施例的一种用于飞机风环境模拟的仿真方法的拓扑结构图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
根据本发明的实施例，提供了一种用于飞机风环境模拟的仿真方法。
提供风模型以满足飞行员进行复杂气象的训练要求。风模型模拟在相应飞行高度上沿着飞行轨迹的连续可变风向和风速，风向、风速与高度的关系符合物理学定律。风向、风速的变化是平滑和线性的，能反映出测量的或事故条件下得到的风的特征，而且包括重复出现的简化风模型。
本发明提供从海平面到600m高度的地面风，以及从600m到飞机升限高度的空中风的模拟。地面风风向在0°～360°（具有1°分辨率）、风速在0m/s～25m/s（具有0.5m/s分辨率）范围内可任意选择。空中风向在0°～360°（具有1°分辨率）、风速在0m/s～75m/s（具有0.5m/s分辨率）范围内可任意选择。
本发明提供的风切变模型能在起飞滑跑抬前轮时、离地时、开始上升时和起落航线或直线、第五边进场着陆时使用。
本发明搭建10种风剖面、环球风和7种微暴模型，根据模型和教控台命令以及相关飞行系数计算出实时的风速和风向。
在10种典型的风剖面模型中，有4种风剖面与飞机到参考站的高度相关，可通过一维线性插值算法计算出一般风速。其余6种模型与飞机到参考站的高度和风剖面到中心轴的距离相关，使用二维线性插值算法计算一般风速。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1-12所示，根据本发明实施例的用于飞机风环境模拟的仿真方法，该方法包括以下步骤：
S1、进入风模块，并判断系统总冻结标志是否为是，若为是则进行初始化并使系统总冻结标志为否，且判断风剖面序号是否为0，若系统总冻结标志不为是则同样判断风剖面序号是否为0；
S2、若风剖面序号为0则调用全球风子流程，否则判断微暴是否激活，若激活则同样调用全球风子流程，否则调用风剖面子流程；
S3、若S2中调用全球风子流程，则在退出全球风子流程后依次调用微暴子流程、风输出子流程及风变化子流程，若S2中调用风剖面子流程，则在退出风剖面子流程后直接调用风变化子流程；
S4、退出风模块。
在一个实施例中，所述S2中调用全球风子流程还包括以下步骤：
S211、进入全球风子流程，并判断上一次风剖面序号是否为0，若为0则计算全球风的地表附面层高度衰减因子Hre，否则将风剖面垂直风速及风切变和微暴产生的紊流强度设置为0，且恢复表面风速和风向，并计算Hre；
S212、判断Hre是否越界，若越界则设置Hre为1，并判断飞机离地高度是否小于500米，否则直接判断飞机离地高度是否小于500米；
S213、若飞机离地高度小于500米，则计算第一高度比例系数Hra，Hra=飞机离地高度/500，并判断Hra是否越界，若越界则设置Hra为1，并计算全球风风速Gs=（地表风速+（中间风速-地表风速）*Hra+1）*Hre及第一全球风风向Gd=（地表风向+（中间风向-地表风向）*Hra+1）-磁偏角，若不越界，则直接计算Gs及Gd，同时判断飞机离地高度是否高于对流层顶；
S214、若飞机离地高度高于对流层顶，则使Gs=Gs-（飞机离地高度-36000）*0.016888，并判断Gs是否越界，否则直接判断Gs是否越界；
S215、若Gs越界则设置Gs为0并退出全球风子流程，若不越界则直接退出全球风子流程。
在一个实施例中，所述S213中若飞机离地高度大于500米，则还包括以下步骤：
若飞机离地高度大于500米，则判断飞机离地高度是否小于5000米；
若飞机离地高度小于5000米，则计算Hra=（飞机离地高度-500）/（5000-500），且判断Hra是否越界；
若Hra越界则设置Hra为1，并计算Gs=（中间风速+（高空风速-中间风速）*Hra+1）*Hre及Gd=（中间风向+（高空风向-中间风向）* Hhra+1）-磁偏角，若Hra不越界则直接计算Gs及Gd。
在一个实施例中，所述S213中若飞机离地高度大于500米且不小于5000米，则还包括以下步骤：
若飞机离地高度大于500米且不小于5000米，则设置Hra为1，并计算Gs及Gd；
其中，全球风子流程相关计算公式如下：
Figure 726977DEST_PATH_IMAGE001
表1 全球风子流程公式变量对应表
Figure 660298DEST_PATH_IMAGE002
在一个实施例中，所述S2中调用风剖面子流程还包括以下步骤：
S221、进入风剖面子流程，并判断风剖面序号与上周期是否相等，若相等则判断上周期风剖面序号是否为0，若为0则备份全球风表面风速和风向（全局变量赋值给局部变量），并设置风剖面变化标志为真及更新风剖面序号，若不为0则直接设置风剖面变化标志为真及更新风剖面序号，同时判断上周期风剖面是否在原点处；
S222、若上周期风剖面不在原点处，则判断风切变长度是否大于0.00001，若大于则设置风剖面原点的随机位置Random为风切变长度，若上周期风剖面在原点处或风切变长度小于0.00001，则Random={[13.0*Randam-AINT（13.0*Random）]*2.0-1.0}*2000；
S223、首次判断风切变长度是否小于0.00001，若小于则设置Random=0，并再次判断风切变长度是否小于0.00001，若首次判断风切变长度时，其长度不小于0.00001则判断上周期风剖面是否在原点处，若在原点处则Random=1256.5713，并再次判断风切变长度是否小于0.00001，否则直接再次判断风切变长度是否小于0.00001；
S224、若再次判断风切变长度时，若其长度小于0.00001，则设置上周期原点处风剖面为真，否则设置上周期原点处风剖面为假；
S225、判断风剖面变化标志是否为真，若风剖面变化标志为真，则设置风剖面已变化标志为真及风剖面变化标志为假，并判断风剖面已变化标志是否为真，若风剖面变化标志不为真则直接判断风剖面已变化标志是否为真；
S226、判断风剖面已变化标志是否为真，若为真则设置计算表面风标志为真、循环次数变量J=2及计数变量初始化I=1，若不为真则设置J=1及I=1；
S227、判断I是否小于等于J，若是小于等于则调用风剖面计算子流程及风剖面输出子流程，且使I=I+1，并退出风剖面子流程，若不是小于等于则直接退出风剖面子流程，若无需判断I是否小于等于J，则使I=I+1，并退出风剖面子流程；
其中，若风剖面序号与上周期不相等，则直接进入再次判断风切变长度是否小于0.00001的步骤；
其中，风剖面子流程相关计算公式如下：
Figure 516127DEST_PATH_IMAGE003
Figure 854965DEST_PATH_IMAGE004
表2 风剖面子流程公式变量对应表
Figure 530666DEST_PATH_IMAGE005
在一个实施例中，所述S227中调用风剖面计算子流程还包括以下步骤：
S22701、进入风剖面计算子流程，并判断风剖面是否在起飞方向，若在起飞方向则风剖面在跑道坐标系中的纵向坐标Red=-飞机在跑道坐标系中的纵向距离Xr，否则Red=Xr；
S22702、判断计算表面风标志是否为真，若为真则风剖面风速计算的插值高度Wch=35及风剖面风速计算的插值距离Wcd=-Random，并判断风剖面序号是否小于4；
S22703、若计算表面风标志不为真，则Wch=飞机相对于附近参考站的高度及Wcd=Red-Random，并判断Wcd是否小于-20000，若小于-20000则距离衰减因子Dff=1.0+（Wcd+20000）/15000，并判断Dff是否越界；
S22704、若Wcd不小于-20000，则判断Wcd是否大于80000，若不大于80000，则Dff=1.0，并判断风剖面序号是否小于4；
S22705、若Wcd大于80000，则Dff=1.0+（-Wcd+80000）/15000，并判断Dff是否越界；
S22706若Dff越界则Dff=0.0，并判断风剖面序号是否小于4，否则直接判断风剖面序号是否小于4；
S22707、若风剖面序号小于4，则一维插值计算风剖面在X、Y、Z方向上的风速分量，并退出风剖面计算子流程；
S22708、若风剖面序号不小于4，则判断风剖面序号是否为5，若为5则一维插值计算风剖面在X、Y、Z方向上的风速分量，并退出风剖面计算子流程；
S22709、若风剖面序号不为5，则计算飞机在跑道坐标系的距离Fd，并判断Fd是否小于等于20000；
S22710、若Fd小于等于20000，则二维插值计算风剖面在X、Y、Z方向上的风速分量，并退出风剖面计算子流程；
S22711、若Fd大于20000，则设置风剖面在X、Y、Z方向上的风速分量为0，并退出风剖面计算子流程。
在一个实施例中，所述S227中调用风剖面输出子流程还包括以下步骤：
S22701’、进入风剖面输出子流程，且设置剖面强度的速度因子U=沿机体轴X的速度分量/30，并判断U是否越界；
S22702’、若U越界则设置U为1，并设置总风廊线强度为1，若U不越界则直接设置总风廊线强度为1；
S22703’、计算风剖面沿机体轴X向的风速、风剖面沿机体轴Y向的风速及风剖面Z向的风速，且设置计算风剖面的方向=参考站跑道方向+风剖面与跑道的夹角，并计算向北风速及向东风速；
S22704’、判断计算表面风标志是否为真，若为真则调用风速计算子流程，并设置计算表面风标志为假，同时退出风剖面输出子流程；
S22705’、若计算表面风标志不为真，则调用风速计算子流程，并设置计算风切变=|向北风速-上周期向北风速|+|向东风速-上周期向东风速|，同时更新上一周期向北风速和向东风速；
S22706’、判断风剖面序号是否小于16，若小于16则计算粗糙大气强度Ri，并判断Ri是否越界，否则直接判断Ri是否越界；
S22707’、若Ri越界，则设置风切变和微暴产生的紊流强度为1，并退出风剖面输出子流程；
S22708’、若Ri不越界，则设置风切变和微暴产生的紊流强度为Ri，并退出风剖面输出子流程。
在一个实施例中，所述S3中调用微暴子流程还包括以下步骤：
S3101、进入微暴子流程，并设置微暴强度=教员台设置微暴强度WBs*1.5；
S3102、判断WBs是否小于60，若小于60则计算微暴的涡流半径MBr=微暴的涡流半径最小值Rmin，否则MBr=Rmin+（WBs-60）*50；
S3103、计算微暴的有效直径=MBr*4.0，并判断WBs是否小于25，若小于25，则计算微暴顶高MBc=微暴顶高最小值Cmin，否则MBc=Cmin+（WBs-25.0）*30.0；
S3104、计算微暴的涡流中心高度=MBc*0.5667，且将跑道坐标系中微暴中心轴的倾斜方位角度数转换为弧度制，并计算跑道坐标系中微暴倾斜方位角的正弦和余弦，同时将微暴中心轴的倾斜角度数转化成弧度数，并计算微暴中心轴倾斜角的正弦和余弦；
S3105、判断微暴测试标识是否为真，若为真则设置微暴激活标识为1，否则判断微暴激活标志是否为真，若为真则设置微暴激活标识为1；
S3106、计算飞机到微暴地面原点X向距离、飞机到微暴地面原点Y向距离、飞机到微暴地面原点的航向角、飞机到微暴的倾斜角、飞机到微暴中心轴的X方向距离Ptx、飞机到微暴中心轴的Y方向距离Pty及飞机到微暴距离MBt，并判断MBt是否越界；
S3107、若MBt越界，则设置距离有效值MBv为1，否则MBv=MBt，并计算飞机正常航程=MBv/（2*MBr）及临时变量Tv=Ptx*微暴中心轴倾斜角的正弦值；
S3108、判断Tv是否越界，若越界则设置Tv为0，并设置正常高度=飞机离地高度Hg/（MBc*微暴中心轴倾斜角的余弦值+Tv），否则直接设置正常高度；
S3109、通过插值计算微暴水平径向风、微暴垂直径向风及地面影响因子，并分解微暴径向风到微暴倾斜轴，同时计算微暴倾斜方位角；
S3110、判断微暴倾斜方位角是否越界，若越界则设置微暴倾斜方位角=微暴倾斜方位角-2π，并计算微暴倾斜方位角的正弦和余弦，若不越界则直接计算微暴倾斜方位角的正弦和余弦；
S3111、计算微暴产生的向北风速及向东风速，并判断微暴测试标识是否为真，若为真则设置风切变和微暴产生的紊流强度为0、微暴临时变量为0及微暴等级为0，并退出微暴子流程；
S3112、若微暴测试标识不为真，则判断微暴水平径向风是否为0，若为0，则微暴等级=0.875*微暴等级，否则微暴等级=微暴等级+0.125*（粗糙大气水平因子-微暴等级）；
S3113、计算微暴临时变量=微暴等级+|微暴垂直径向风|*粗糙大气垂直因子*微暴强度/100，并判断微暴临时变量是否越界；
S3114、若微暴临时变量越界，则设置微暴临时变量为1，且设置风切变和微暴产生的素流强度=微暴临时交量，并退出微暴子流程，若微暴临时变量不越界，则直接设置风切变和微暴产生的素流强度=微暴临时交量，并退出微暴子流程。
其中，所述S3105中若微暴测试标识不为真还包括以下步骤：
若微暴测试标识不为真，则判断微暴激活标识是否为1，若为1则设置微暴记过标识为0、微暴产生的向北风速为0、微暴产生的向东风速为0、微暴产生的垂直风速为0、风切变和微暴产生的紊流强度为0、微暴临时变量为0、微暴等级为0、MBv为0及飞机到微暴地面原点的航向角为0，并退出微暴子流程，若微暴激活标识不为1，则退出微暴子流程；
其中，微暴子流程相关计算公式如下：
Figure 470940DEST_PATH_IMAGE006
Figure 810305DEST_PATH_IMAGE007
Figure 974570DEST_PATH_IMAGE008
表3 微暴子流程公式变量对应表
Figure 153878DEST_PATH_IMAGE009
Figure 694581DEST_PATH_IMAGE010
在一个实施例中，所述S3中调用风输出子流程还包括以下步骤：
S3201、进入风输出子流程，并计算向北、向东及向地风速；
S3202、调用风速计算子流程，并设置风剖面模型差值运动系X、Y、Z轴速度为0，同时退出风输出子流程。
其中，所述S22704’及所述S3202中的风速计算子流程还包括以下步骤：
进入风速计算子流程，并计算风速和风向，同时判断风向是否小于0，若小于0，则风向=360+风向，并退出风速计算子流程；
若风向不小于0，则判断风向是否大于360，若风向大于360则风向=360+风向，并退出风速计算子流程，若风向不大于360则退出风速计算子流程；
其中，风输出子流程相关计算公式如下：
Figure 259423DEST_PATH_IMAGE011
表4 风输出子流程公式变量对应表
Figure 100648DEST_PATH_IMAGE012
风速计算子流程相关计算公式：
Figure 563990DEST_PATH_IMAGE013
表5 风速计算子流程公式变量对应表
Figure 846067DEST_PATH_IMAGE014
在一个实施例中，所述S3中调用风变化子流程还包括以下步骤：
S331、进入风变化子流程，并依次判断飞机位置处风速变化是否大于0.1、飞机位置处风速变化是否大于0.5、风剖面变化标志是否为1、风剖面类型与上周期是否一致、风剖面方位与上周期是否一致、风剖面强度与上周期是否一致、微暴激活标志与上周期是否一致、高空风速与上周期是否一致、高空风向与上周期是否一致及跑道方位与上周期是否一致，若上述判断均为否定，则判断风向与上一周期风向差值的绝对值是否大于0.5，否则设置风变化标志为1，并判断风向与上一周期风向差值的绝对值是否大于0.5；
S332、若风向与上一周期风向差值的绝对值大于0.5，则空中风向变化标志为true，否则空中风向变化标志为false；
S333、依次更新上一周期飞机位置处的风速、上一周期飞机位置处的风向、上一周期的风切变类型、上一周期的风切变强度、上一周期的风剖面与跑道夹角、上一周期的微暴激活标志、上一周期的高空风速、上一周期的高空风向及上一周期的参考站跑道方向，并设置风剖面变化标志为0，同时退出风变化子流程。
风模块拓扑结构的输入接口：
表6 风模块输入接口表
Figure 344044DEST_PATH_IMAGE015
Figure 37063DEST_PATH_IMAGE016
Figure 253280DEST_PATH_IMAGE017
输出接口：
表7 风模块输出接口表
Figure 73469DEST_PATH_IMAGE018
综上所述，本发明满足飞行员进行复杂气象的训练要求，能反映出测量的或事故条件下得到的风的特征，而且包括重复出现的简化风模型。本发明提供从海平面到600米高度的地面风，以及从600米到飞机升限高度的空中风的模拟。地面风风向在0度-360度（具有1度分辨率）、风速在0米每秒-25米每秒（具有0.5米每秒分辨率）范围内可任意选择。空中风向在0度-360度（具有1度分辨率）、风速在0米每秒-75米每秒（具有0.5米每秒分辨率）范围内可任意选择。本发明提供的风切变模型能在起飞滑跑抬前轮时、离地时、开始上升时和起落航线或直线、第五边进场着陆时使用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于飞机风环境模拟的仿真方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、进入风模块，并判断系统总冻结标志是否为是，若为是则进行初始化并使系统总冻结标志为否，且判断风剖面序号是否为0，若系统总冻结标志不为是则同样判断风剖面序号是否为0；
S2、若风剖面序号为0则调用全球风子流程，否则判断微暴是否激活，若激活则同样调用全球风子流程，否则调用风剖面子流程；
S3、若S2中调用全球风子流程，则在退出全球风子流程后依次调用微暴子流程、风输出子流程及风变化子流程，若S2中调用风剖面子流程，则在退出风剖面子流程后直接调用风变化子流程；
S4、退出风模块。
2.根据权利要求1所述的一种用于飞机风环境模拟的仿真方法，其特征在于，所述S2中调用全球风子流程还包括以下步骤：
S211、进入全球风子流程，并判断上一次风剖面序号是否为0，若为0则计算全球风的地表附面层高度衰减因子Hre，否则将风剖面垂直风速及风切变和微暴产生的紊流强度设置为0，且恢复表面风速和风向，并计算Hre；
S212、判断Hre是否越界，若越界则设置Hre为1，并判断飞机离地高度是否小于500米，否则直接判断飞机离地高度是否小于500米；
S213、若飞机离地高度小于500米，则计算第一高度比例系数Hra，Hra=飞机离地高度/500，并判断Hra是否越界，若越界则设置Hra为1，并计算全球风风速Gs=（地表风速+（中间风速-地表风速）*Hra+1）*Hre及第一全球风风向Gd=（地表风向+（中间风向-地表风向）*Hra+1）-磁偏角，若不越界，则直接计算Gs及Gd，同时判断飞机离地高度是否高于对流层顶；
S214、若飞机离地高度高于对流层顶，则使Gs=Gs-（飞机离地高度-36000）*0.016888，并判断Gs是否越界，否则直接判断Gs是否越界；
S215、若Gs越界则设置Gs为0并退出全球风子流程，若不越界则直接退出全球风子流程。
3.根据权利要求2所述的一种用于飞机风环境模拟的仿真方法，其特征在于，所述S213中若飞机离地高度大于500米，则还包括以下步骤：
若飞机离地高度大于500米，则判断飞机离地高度是否小于5000米；
若飞机离地高度小于5000米，则计算Hra=（飞机离地高度-500）/（5000-500），且判断Hra是否越界；
若Hra越界则设置Hra为1，并计算Gs=（中间风速+（高空风速-中间风速）*Hra+1）*Hre及Gd=（中间风向+（高空风向-中间风向）* Hhra+1）-磁偏角，若Hra不越界则直接计算Gs及Gd。
4.根据权利要求3所述的一种用于飞机风环境模拟的仿真方法，其特征在于，所述S213中若飞机离地高度大于500米且不小于5000米，则还包括以下步骤：
若飞机离地高度大于500米且不小于5000米，则设置Hra为1，并计算Gs及Gd。
5.根据权利要求1所述的一种用于飞机风环境模拟的仿真方法，其特征在于，所述S2中调用风剖面子流程还包括以下步骤：
S221、进入风剖面子流程，并判断风剖面序号与上周期是否相等，若相等则判断上周期风剖面序号是否为0，若为0则备份全球风表面风速和风向，并设置风剖面变化标志为真及更新风剖面序号，若不为0则直接设置风剖面变化标志为真及更新风剖面序号，同时判断上周期风剖面是否在原点处；
S222、若上周期风剖面不在原点处，则判断风切变长度是否大于0.00001，若大于则设置风剖面原点的随机位置Random为风切变长度，若上周期风剖面在原点处或风切变长度小于0.00001，则Random={[13.0*Randam-AINT（13.0*Random）]*2.0-1.0}*2000；
S223、首次判断风切变长度是否小于0.00001，若小于则设置Random=0，并再次判断风切变长度是否小于0.00001，若首次判断风切变长度时，其长度不小于0.00001则判断上周期风剖面是否在原点处，若在原点处则Random=1256.5713，并再次判断风切变长度是否小于0.00001，否则直接再次判断风切变长度是否小于0.00001；
S224、若再次判断风切变长度时，若其长度小于0.00001，则设置上周期原点处风剖面为真，否则设置上周期原点处风剖面为假；
S225、判断风剖面变化标志是否为真，若风剖面变化标志为真，则设置风剖面已变化标志为真及风剖面变化标志为假，并判断风剖面已变化标志是否为真，若风剖面变化标志不为真则直接判断风剖面已变化标志是否为真；
S226、判断风剖面已变化标志是否为真，若为真则设置计算表面风标志为真、循环次数变量J=2及计数变量初始化I=1，若不为真则设置J=1及I=1；
S227、判断I是否小于等于J，若是小于等于则调用风剖面计算子流程及风剖面输出子流程，且使I=I+1，并退出风剖面子流程，若不是小于等于则直接退出风剖面子流程，若无需判断I是否小于等于J，则使I=I+1，并退出风剖面子流程；
其中，若风剖面序号与上周期不相等，则直接进入再次判断风切变长度是否小于0.00001的步骤。
6.根据权利要求5所述的一种用于飞机风环境模拟的仿真方法，其特征在于，所述S227中调用风剖面计算子流程还包括以下步骤：
S22701、进入风剖面计算子流程，并判断风剖面是否在起飞方向，若在起飞方向则风剖面在跑道坐标系中的纵向坐标Red=-飞机在跑道坐标系中的纵向距离Xr，否则Red=Xr；
S22702、判断计算表面风标志是否为真，若为真则风剖面风速计算的插值高度Wch=35及风剖面风速计算的插值距离Wcd=-Random，并判断风剖面序号是否小于4；
S22703、若计算表面风标志不为真，则Wch=飞机相对于附近参考站的高度及Wcd=Red-Random，并判断Wcd是否小于-20000，若小于-20000则距离衰减因子Dff=1.0+（Wcd+20000）/15000，并判断Dff是否越界；
S22704、若Wcd不小于-20000，则判断Wcd是否大于80000，若不大于80000，则Dff=1.0，并判断风剖面序号是否小于4；
S22705、若Wcd大于80000，则Dff=1.0+（-Wcd+80000）/15000，并判断Dff是否越界；
S22706若Dff越界则Dff=0.0，并判断风剖面序号是否小于4，否则直接判断风剖面序号是否小于4；
S22707、若风剖面序号小于4，则一维插值计算风剖面在X、Y、Z方向上的风速分量，并退出风剖面计算子流程；
S22708、若风剖面序号不小于4，则判断风剖面序号是否为5，若为5则一维插值计算风剖面在X、Y、Z方向上的风速分量，并退出风剖面计算子流程；
S22709、若风剖面序号不为5，则计算飞机在跑道坐标系的距离Fd，并判断Fd是否小于等于20000；
S22710、若Fd小于等于20000，则二维插值计算风剖面在X、Y、Z方向上的风速分量，并退出风剖面计算子流程；
S22711、若Fd大于20000，则设置风剖面在X、Y、Z方向上的风速分量为0，并退出风剖面计算子流程。
7.根据权利要求5所述的一种用于飞机风环境模拟的仿真方法，其特征在于，所述S227中调用风剖面输出子流程还包括以下步骤：
S22701’、进入风剖面输出子流程，且设置剖面强度的速度因子U=沿机体轴X的速度分量/30，并判断U是否越界；
S22702’、若U越界则设置U为1，并设置总风廊线强度为1，若U不越界则直接设置总风廊线强度为1；
S22703’、计算风剖面沿机体轴X向的风速、风剖面沿机体轴Y向的风速及风剖面Z向的风速，且设置计算风剖面的方向=参考站跑道方向+风剖面与跑道的夹角，并计算向北风速及向东风速；
S22704’、判断计算表面风标志是否为真，若为真则调用风速计算子流程，并设置计算表面风标志为假，同时退出风剖面输出子流程；
S22705’、若计算表面风标志不为真，则调用风速计算子流程，并设置计算风切变=|向北风速-上周期向北风速|+|向东风速-上周期向东风速|，同时更新上一周期向北风速和向东风速；
S22706’、判断风剖面序号是否小于16，若小于16则计算粗糙大气强度Ri，并判断Ri是否越界，否则直接判断Ri是否越界；
S22707’、若Ri越界，则设置风切变和微暴产生的紊流强度为1，并退出风剖面输出子流程；
S22708’、若Ri不越界，则设置风切变和微暴产生的紊流强度为Ri，并退出风剖面输出子流程。
8.根据权利要求1所述的一种用于飞机风环境模拟的仿真方法，其特征在于，所述S3中调用微暴子流程还包括以下步骤：
S3101、进入微暴子流程，并设置微暴强度=教员台设置微暴强度WBs*1.5；
S3102、判断WBs是否小于60，若小于60则计算微暴的涡流半径MBr=微暴的涡流半径最小值Rmin，否则MBr=Rmin+（WBs-60）*50；
S3103、计算微暴的有效直径=MBr*4.0，并判断WBs是否小于25，若小于25，则计算微暴顶高MBc=微暴顶高最小值Cmin，否则MBc=Cmin+（WBs-25.0）*30.0；
S3104、计算微暴的涡流中心高度=MBc*0.5667，且将跑道坐标系中微暴中心轴的倾斜方位角度数转换为弧度制，并计算跑道坐标系中微暴倾斜方位角的正弦和余弦，同时将微暴中心轴的倾斜角度数转化成弧度数，并计算微暴中心轴倾斜角的正弦和余弦；
S3105、判断微暴测试标识是否为真，若为真则设置微暴激活标识为1，否则判断微暴激活标志是否为真，若为真则设置微暴激活标识为1；
S3106、计算飞机到微暴地面原点X向距离、飞机到微暴地面原点Y向距离、飞机到微暴地面原点的航向角、飞机到微暴的倾斜角、飞机到微暴中心轴的X方向距离Ptx、飞机到微暴中心轴的Y方向距离Pty及飞机到微暴距离MBt，并判断MBt是否越界；
S3107、若MBt越界，则设置距离有效值MBv为1，否则MBv=MBt，并计算飞机正常航程=MBv/（2*MBr）及临时变量Tv=Ptx*微暴中心轴倾斜角的正弦值；
S3108、判断Tv是否越界，若越界则设置Tv为0，并设置正常高度=飞机离地高度Hg/（MBc*微暴中心轴倾斜角的余弦值+Tv），否则直接设置正常高度；
S3109、通过插值计算微暴水平径向风、微暴垂直径向风及地面影响因子，并分解微暴径向风到微暴倾斜轴，同时计算微暴倾斜方位角；
S3110、判断微暴倾斜方位角是否越界，若越界则设置微暴倾斜方位角=微暴倾斜方位角-2π，并计算微暴倾斜方位角的正弦和余弦，若不越界则直接计算微暴倾斜方位角的正弦和余弦；
S3111、计算微暴产生的向北风速及向东风速，并判断微暴测试标识是否为真，若为真则设置风切变和微暴产生的紊流强度为0、微暴临时变量为0及微暴等级为0，并退出微暴子流程；
S3112、若微暴测试标识不为真，则判断微暴水平径向风是否为0，若为0，则微暴等级=0.875*微暴等级，否则微暴等级=微暴等级+0.125*（粗糙大气水平因子-微暴等级）；
S3113、计算微暴临时变量=微暴等级+|微暴垂直径向风|*粗糙大气垂直因子*微暴强度/100，并判断微暴临时变量是否越界；
S3114、若微暴临时变量越界，则设置微暴临时变量为1，且设置风切变和微暴产生的素流强度=微暴临时交量，并退出微暴子流程，若微暴临时变量不越界，则直接设置风切变和微暴产生的素流强度=微暴临时交量，并退出微暴子流程；
其中，所述S3105中若微暴测试标识不为真还包括以下步骤：
若微暴测试标识不为真，则判断微暴激活标识是否为1，若为1则设置微暴记过标识为0、微暴产生的向北风速为0、微暴产生的向东风速为0、微暴产生的垂直风速为0、风切变和微暴产生的紊流强度为0、微暴临时变量为0、微暴等级为0、MBv为0及飞机到微暴地面原点的航向角为0，并退出微暴子流程，若微暴激活标识不为1，则退出微暴子流程。
9.根据权利要求7所述的一种用于飞机风环境模拟的仿真方法，其特征在于，所述S3中调用风输出子流程还包括以下步骤：
S3201、进入风输出子流程，并计算向北、向东及向地风速；
S3202、调用风速计算子流程，并设置风剖面模型差值运动系X、Y、Z轴速度为0，同时退出风输出子流程；
其中，所述S22704’及所述S3202中的风速计算子流程还包括以下步骤：
进入风速计算子流程，并计算风速和风向，同时判断风向是否小于0，若小于0，则风向=360+风向，并退出风速计算子流程；
若风向不小于0，则判断风向是否大于360，若风向大于360则风向=360+风向，并退出风速计算子流程，若风向不大于360则退出风速计算子流程。
10.根据权利要求1所述的一种用于飞机风环境模拟的仿真方法，其特征在于，所述S3中调用风变化子流程还包括以下步骤：
S331、进入风变化子流程，并依次判断飞机位置处风速变化是否大于0.1、飞机位置处风速变化是否大于0.5、风剖面变化标志是否为1、风剖面类型与上周期是否一致、风剖面方位与上周期是否一致、风剖面强度与上周期是否一致、微暴激活标志与上周期是否一致、高空风速与上周期是否一致、高空风向与上周期是否一致及跑道方位与上周期是否一致，若上述判断均为否定，则判断风向与上一周期风向差值的绝对值是否大于0.5，否则设置风变化标志为1，并判断风向与上一周期风向差值的绝对值是否大于0.5；
S332、若风向与上一周期风向差值的绝对值大于0.5，则空中风向变化标志为true，否则空中风向变化标志为false；
S333、依次更新上一周期飞机位置处的风速、上一周期飞机位置处的风向、上一周期的风切变类型、上一周期的风切变强度、上一周期的风剖面与跑道夹角、上一周期的微暴激活标志、上一周期的高空风速、上一周期的高空风向及上一周期的参考站跑道方向，并设置风剖面变化标志为0，同时退出风变化子流程。
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