用于虚拟飞行试验的复杂风场建模方法研究

The theories and methods of virtual tests have become a hot topic in recent years. Virtual tests can test the products in virtual conditions, thus achieving intelligent evaluation to the tested products. Virtual environment is a important factor for virtual test, and now complex wind field are required for some advanced virtual flight tests. This project aims at studying the modeling methods of three complex wind fields: three-dimensional atmospheric turbulence field, refined atmospheric turbulence field, and microburst field. The correlation function method, the spatial correlation coefficient decomposition method and the differential evolution algorithm will be taken to solve the difficult problems of the complex wind field modeling,and some new modeling methods will be proposed. On this basis, a demonstration and verification platform will be built to verify the validity and rationality of the complex wind field modeling methods through virtual flight tests. This project is important for consummating the wind field modeling theory as well as improving the level of virtual flight tests.

近年来虚拟试验相关的理论与方法已成为研究热点。虚拟试验能在虚拟条件下对被试品进行测试与试验，进而实现对被试品的智能评估。虚拟试验离不开虚拟环境，一些新型的虚拟飞行试验需要更加复杂的风场模型。本项目针对三种复杂风场-三维空间大气紊流场、精细化大气紊流场、微下击暴流场的建模方法展开研究，综合采用相关函数法、空间相关系数分解法以及微分进化算法等方法，解决复杂风场建模的难点问题，并提出完整的建模方法。在此基础上，搭建一个复杂风场演示验证平台，利用对风敏感的虚拟飞机的飞行试验验证复杂风场建模方法的有效性和合理性。该项目的研究对于完善风场建模理论，提高虚拟飞行试验的水平有重要意义。

虚拟试验技术是一项新兴的试验技术，不仅具有周期短、风险低、节约成本的优点，更重要的是利用虚拟试验技术，可以在复杂环境条件下对被试品进行试验。风对飞行器有重要影响，所以虚拟风场是飞行器虚拟飞行试验必不可少的环境因素。本课题的目的是研究对飞行器有重要影响的风场模型，并建立一个可满足虚拟飞行试验要求的、可灵活配置的合成风场，支持飞行器飞行试验，验证飞行器在复杂风场作用下的飞行性能。.本项目首先对微下击暴流场及大气紊流场两种重要的风场模型进行研究。选择应用最广泛的涡环模型建立三维微下击暴流场，在此基础上提出倾斜涡环模型，更加逼真地还原微下击暴流的真实情况，并使用嵌套的微分进化算法，通过预设倾斜微下击暴流场强度或水平垂直风速最大峰值比，优化模型参数的选择过程。应用相关函数法生成三维大气紊流场，引入高斯白噪声均值及标准差改善方法，并使用双随机交换算法提高噪声的白化程度，提高了大气紊流场相关性的符合度，更好地满足了虚拟试验的需要。.最后设计了合成风场软件模型，按照HIT-TENA虚拟试验体系结构标准，利用三种基本风场模型灵活构建合成风场，并通过一个导弹虚拟试验的实例证明了基本风场模型及合成风场软件模型的有效性。