直升飞机在大气重力波影响下的稳定性研究

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随着人类空间活动的日益增强,空间环境对飞行器影响的重要性也日益突出。大气重力波是中层大气中最重要也是最普遍的动力学过程之一。重力波在中层大气中的传播,在全球的高层大气能量收支平衡中占有重要地位。直升机也由于自身的特点被广泛应用于执行各种任务。国内外对直升机的研究也一直没有间断过,本文主要研究的大气重力波是由于山脉的地形和气流引起的,因而直升机在山脉地区飞行会受到它的影响。本文首先对大气重力波的产生原理、形成因素、传播过程、研究方法等方面的内容,做了全面探讨,并讨论了大气重力波与背景风场之间的相互关系。接着探讨山脉重力波产生的原因及其传播的速度受到影响的条件,由此得出气流流过山脉产生的山脉重力波,在传播的过程中扰动强度与山脉的地形、气流速度的大小、气流传播的方向与山坡的交角有关。再分析直升机的动力学方程,进而运用小扰动原理,简化假设,建立小扰动模型,根据特征方程,计算特征根,根据特征根分别判断在悬停和前飞过程中,波扰动对直升机横、纵向稳定性的影响,从而促进直升机稳定飞行的研究。最后通过具体的数值运算进行简要的分析,我们得出结论:山峰的坡度越陡,气流速度越大,气流方向与山坡的夹角越大,则山脉重力波波速的幅值越大,越容易破碎形成湍流,对直升机稳定性的影响也越大。悬停时由扰动引起的直升机纵向稳定性变化不大,而对直升机横向稳定性起促进作用;而在前飞过程中直升机由纵向稳定变成纵向不稳定状态,而对横向稳定性的影响不大。
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