Модель турбулентности атмосферы. Характеристики

УДК 551.51.001.572:629.7 ГРУппа Д02

ОТРАСЛЕВОЙ СТАНДАРТ

ОСТ 1 02514-84
МОДЕЛЬ ТУРБУЛЕНТНОСТИ АТМОСФЕРЫ- На 13 страницах
Характеристики -
Распоряжением Министерства от 20 сентября 1984 г. Na 298-65
срок введения установлен с 1 января 1986 г.
Настоящий стандарт устанавливает характеристики непрерывной турбулентности атмосферы, влияющие на прочность (выносливость) конструкции, на динамику поле­та летательных аппаратов (ЛА), применяемых на высотах до 25 км для всех стадий проектирования, испытаний и эксплуатации.
Стандарт не устанавливает характеристики турбулентности для взлетно-посадоч­ных режимов полета самолетов на высотах, от О до 300 м.
Издание официальное ГР 8330918 от ОФ. 10.84 Перепечатка воспрещен
а

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. .Представление атмосферной турбулентности, влияющей на ЛА в полете, базируется на условных схемах, наиболее распространенными из которых являются схемы непрерывной турбулентности и дискретных порывов.
В основу модели непрерывной турбулентности атмосферы положены следующие предположения и допущения:
• атмосфера представляет собой совокупность спокойных участков и турбулент­ных эон со случайно изменяющимися размерами;
• в турбулентных зонах изменение по времени составляющих V» V » \А/ скоростей порывов воздуха является стационарным процессом с дисперсией, меняю­щейся от зоны к эоне;
• в общем виде турбулентность атмосферы представляет собой случайный локально-нормальный процесс;
• турбулентность атмосферы считается изотропной.
1.2. Модель турбулентности атмосферы по схеме дискретных порывов основана на измерениях в полете перегрузок в центре масс неманевренных самолетов с последующим пересчетом их в скорости воздушных порывов. Предполагается, что каждая перегрузка вызвана воздействием изолированного порыва воздуха.
Модель турбулентности по схеме дискретных порывов приведена в справочном приложении 1.

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ МОДЕЛИ НЕПРЕРЫВНОЙ. ТУРБУЛЕНТНОСТИ

2.1. Характеристиками модели непрерывной турбулентности атмосферы явля­ются:
• интенсивность трех составляющих скорости воздушных порывов <5^, <Эу г
• спектральные плотности энергии тех же составляющих Фи ($2) . cpv(S2), Фп&у.
• функции плотности распределения средних квадратических значений состав­ляющих скорости воздушных порывов ) »
• линейные размеры зон турбулентности - протяженность [_ и толщина В .
Условно принято, что составляющие U, V , W скорости воздушных порывов являются проекциями скорости порыва соответственно на оси ОХ , OZ , О У свя­занной системы координат, и ЛА перемещается вдоль вектора скорости ветра.
2.2. Спектральные плотности энергии составляющих скоростей воздушных порывов описываются формулами Кармана:
. __ 1 + $"(1,339
- — yr “ : : тії ;
[1 + (1,339 L4W£?)2]'—

-1
- циклическая частота порывов, с ;
V: д - скорость ЛА, м-сSла
12 " интегральные масштабы турбулентности в продольном, попе­
речном и вертикальном направлениях, м. Значения Ly, Lv и /■vy для разных диапазонов высоты h принимаются:
• при h от 10 до 200 м = Lv = 200 м, Lw = /і;
• при И от 200 до 760 м Lu = Ly = »
• при И. св. 760 м Lu = Ly=Lyy= 760 м.

(3)
_интенсивность составляющих скорости воздушных порывов; и, V, w
- спектральные плотности энергий продольной и , поперечной V, вертикальной W составляющих скорости воздушных порывов.
2.4. Функция'плотности распределения-средних квадратических значений про­дольной <5U t поперечной Су й вертикальной составляющих скорости воз­душных порывов при полете в турбулентной атмосфере определяется по формуле:
. 2 \ /2 \
’ ’ <4>
» / \ J ’ 4 \ /
где jD - вероятность полета в зоне умеренной турбулентности;
- вероятность полета в зоне интенсивной турбулентности;
Ь. - коэффициент, характеризующий умеренную турбулентность,
, -1 м-с ;
6л - коэффициент, характеризующий интенсивную турбулентность, -1
м-с
Если принять, что вероятность полета в спокойной атмосфере Ро , то,
Рв + Р, + Р2 = 1;
2.5. Значения параметров /7 , t » 6^ функции плотности распре­
деления у ' V/) УРави®™51 (3) приведены в табл. 2. Промежуточные
величины параметров вычисляются линейной интерполяцией.
Л, км
Pt
, -1
Оу, м*с
рг
, -1 с?2, м-с
°
9,950 -1
1,200 0
5,000 -3
2,580
0,3
9,950; -1
1,200 0
5,000 -3
2,580
1,0
3,358 -1
1,045 0
2,300 -3
2,460
2,0
1,750 -1
1,067 0
1,150 -3
2,743
3,0
1,098-1
1,068 0
5,874 -4
2,939
4,0
7,080 -2
1,034 0
3,686 -4
3,135
5,0
5,110 -2
1,012 0
2,310 -4
3,287
6,0
4,046 -2
. 9,906 -1|
1,450. -4
3,450
7,0
2,780 -2
9,633 -1
1,150 -4
3,570
8,0
2,208-2
9,470 -1
9,800 -5
3,620
9,0
1,670 -2
9,250 -1
■ 8,930 -5
3,516
10,0
1,260 -2
9,035 -1
8,520 -5
3,157
11,0
9,700 -3
8,926 -1
1,000 -4
2,972
12,0
7,770 -3
9,144 -1
1,098-4
2,863
13,0
5,870 -3
9,470 -1
1,150 -4
2,776
14,0
4,240 -3
1,012 0
1,098-4
2,656
15,0
3,205-3
1,067 0
1,000 -4
2,525
16,0
2,540 -3
1,132 0
8,530 -5
2,308
17,0
1,920 -3
1,165 0
7,770 -5
2,068 .
18,0
1,450 -3
1,132 0
6,750 -5
1,785
19,0
1,098-3
1,089 0
6,450 -5
•1,480
20,0
7,770-4
1,025 0
5,870 -5
1,267
21,0
5,870 -4
9,580 0
5,110 -5
0,958
22,0
4,650-4;
8,926-1
0
0
23,0
3,360-41
8,270 -1
0
0
24,0
2,540 —4
7,620 -1
0
0
25,0
2,000-4
7,000 -1
0
0

2.6. Относительная повторяемость составляющих U, V ,W скорости порывов воздуха определяется по формуле:
/V(y,V,W)_p / 4/,V,W\ ( U,V,W\ (5)
’ ехр'-~ь^-)+Рг exP{ %~)f {S
>

где Л/ (о, У r W) - число превышений в единицу времени кривыми (J » V Т W

заданного уровня U , V , W;
/Уо (и, V, W) - число превышений в единицу времени кривыми и t V , W уровня U, V , W = 0.

Расчет повторяемости нагрузок на самолет от воздействия порывов воздуха приведен в справочном приложении 2, а расчет повторяемости отклонений пара—

метров полета от установившихся значений в задачах динамики при скоростях полета существенно превышающих скорость интенсивных порывов - в справочном прило-

жении 3.
2.7. Протяженность L и толщина В турбулентных зон достигает значений:

Z.^400 км, 2,5 км.
Интегральная повторяемость протяженности и толщины турбулентных зон

аппроксимируются экспонентами:
PL = exp (-1,60-10~2 1 t 1 )й
Рв = ехр(-1,75-10°|В|), J
где L и В выражены в километрах, а | L1 и | В | - их арифметические значения.

2.8. Совместная интегральная вероятность встречи зоны турбулентности с дисперсией порывов, длиной и толщиной зоны соответственно не более D , L и В рассчитывается по формуле независимых случайных величин:

P{D, L,B} = P&V) P&L) Р(£ В). (7)

1—1
со
о

Ns изм.
Ns изв.

5206

Инв. № дубликата
1 Инв. Ns подлинника
-

1 —Є
К = 0,8
W30 "ко V- с*
2m9!s

■min
сю

2. Повторяемость нагрузок, воздействующих на конструкцию ЛА при полете в турбулентной атмосфере, определяется по формулам настоящего приложения.
В качестве исходных данных для расчета принимаются:,
• бароспидограмма полета;
• передаточные коэффициенты ^t/yWOT 4Z» V ,\А/ порыва к определяемой, нагрузке; ;
• параметры модели турбулентности атмосферы Pj , Pg , , bg (раздел 2
настоящего стандарта);
• взлетная и посадочная масса ЛА ГП^ЗЛ \^пас * кг»
• расход топлива С, кг-с \
3. Весь полет разбивается на К отдельных горизонтальных (и квазигоризонталь- ных - при наборе высоты и посадке) участков протяженностью 6- ~ / V.• , С» С С
где 7^ и - продолжительность и истинная средняя скорость полета на £ -ом участке (L- 4 2, 3» ... , К}.
Например, при расчетах повторяемости перегрузок в центре масс дальних пассажирских магистральных самолетов осредненные типовые полеты разбивались на пять-семь участков (К= 5... 7).
4. В каждом полете определяется продолжительность полета // и скорость полета в начале ( V/,, ) и в конце ) каждого участка полета.
Для каждого участка вычисляются средние из полного количества 77 обрабо­танных полетов J =1, 2, 3, Г
$
• продолжительность Г- = ft J
_ I _
участке пути 777,- ss 777^ - С 7^ ;
- взлетная ’масса самолета =
- посадочная масса самолета тп

_ к —
• полное время полета Тпол I
Л 1
/Г 777 &зл ~ 771 пос.
• расход топлива С — ——=
пол
5. Повторяемость F* вертикальных приращений перегрузок по отдельным участкам Ь • определяется по формуле:
Ь
\
Т7Г7- +РгіехР

7L WI.J

Значения и^л//' находятся из формул (2) и (3) настоящего прило-
vu J УУЛ-
жения в частотном диапазоне от О до 3 Гн; значения модуля передаточной функции
I Т ( L J определяются расчетным путем с учетом упругости конструкции и ис­пользованием соотношений квазистанионарной аэродинамики при скорости полета , массе самолета 777£•, высоте полета .
6. Повторяемость перегрузок за весь полет вычисляется по формуле: Г(>Д77^=Дг, (£AZ7«). (5)

РАСЧЕТ ПОВТОРЯЕМОСТИ ОТКЛОНЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ПОЛЕТА

ОТ УСТАНОВИВШИХСЯ ЗНАЧЕНИЙ В ЗАДАЧАХ ДИНАМИКИ

ПРИ СКОРОСТЯХ ПОРЫВОВ, СУЩЕСТВЕННО ПРЕВЫШАЮЩИХ

СКОРОСТЬ ИНТЕНСИВНЫХ ПОРЫВОВ

1. Относительная повторяемость отклонений параметров полета X (угла атаки, угла скольжения и др.) от установившихся значений при воздействии составляющих U , V , W скорости воздушного порыва, а также относительная повторяемость самих составляющих (У , V , W скорости воздушных порывов в соответствии с формулой (5) настоящего стандарта определяется по формуле:
^(•4v,w)W Р1ехР{ (1)
(X) - число превышений в единицу времени кривыми X уровня Х = О.
1
(2)
где

&тах s—3—* где ” хаРактеРный геометрический размер ЛА (средняя аэродинамическая хорда крыла при расчете пара­метров продольного движения ЛА, средняя аэродинамическая хорда вертикального оперения при расчетах параметров боко­вого движения ЛА и т.д.), м
Тк - модуль частотной характеристики рассматриваемого параметра полета X от воздействия составляющих U.,. V , W скорости порыва воздуха.
Этот модуль определяется с учетом динамических характеристик ЛА в облас­ти пространственных частот турбулентных порывов 52^^, (с учетом ста­ционарности обтекания, коротко- и длиннопериодических движений и т.д.).
(3)
О
—І
При определении относительной повторяемости составляющих и , V , W ско­
рости воздушных порывов считать
2. Повторяемость приращений углов атаки, превышающих уровень , при полете в турбулентной атмосфере определяется по формулам (1) и (2) настоящего приложения.
В качестве основных данных для расчета принимаются:
• бароспидограмма полета;
• передаточные коэффициенты А от единичного порыва к углу