Gust Load Alleviation Technology Using LIDAR Data Assimilation and Optimal Flight Control

利用激光雷达数据同化和最佳飞行控制的阵风负荷减轻技术

基本信息

批准号：
20J21567
负责人：
吉村僚一
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度に提出した研究の推進方策に則り，さらに解像度を高めた乱気流シミュレーションを用いて詳細な乱気流・飛行状況の再現を試みた．「富岳」成果創出加速プログラム「防災・減災に資する新時代の大アンサンブル気象・大気環境予測」の枠組みから，スーパーコンピュータ「富岳」を用い，水平解像度35mの非常に微細な格子上でラージエディシミュレーションを行い，当時の晴天乱気流を細かい乱流渦とともに表現した．さらに再現した乱気流中で飛行力学に基づき推定した飛行機の揺れを，当日の旅客機のフライトデータに記録された揺れと比較することで数値気象計算の再現性を評価した．以上の成果は第23回非静力学モデルに関するワークショップにて発表し，そこからの進捗を第16回航空気象研究会で報告した．第16回航空気象研究会では，再現した乱気流に対する飛行機の応答を飛行力学に基づいて評価し，結果を当日の旅客機のフライトデータから取り出した応答と比較した結果を報告した．数値計算では最小300-400mまでの渦を含む乱気流が再現されており，せん断不安定波が崩壊する地点にて飛行機に最大0.4Hzまでの揺れをもたらすことを確かめた．フライトデータでは最大１Hzの揺れが記録されており，現実に飛行機に揺れをもたらす渦として，今回の計算では再現できなかったさらに小さい渦が含まれていることが示唆された．数値計算ではせん断不安定波が北東方向に増幅したのち細かい渦に崩壊する様子が確認されたのに対し，フライトデータにおいても，北東方向に飛行する飛行機がせん断不安定波の周期と同じオーダーでゆっくり揺れた直後，細かい崩壊した渦により大きく高周波に揺れている様子が記録されており，計算結果での乱気流再現状況はフライトデータから推察される状況とよく整合していた．

根据去年提交的研究促进措施，我们试图使用具有改善分辨率的湍流模拟来复制详细的湍流和飞行情况。基于Fugaku结果加速计划的框架，“一个新时代的大型合奏天气和空气环境预测有助于预防灾难和缓解”，在一个非常细的网格上进行了一个大涡模拟，水平分辨率为35m，表达了清晰的天气，并以精细的湍流涡流vortexes表示了这段时间。此外，通过比较基于飞行机械的飞行机制的震动与当天乘客平面的飞行数据中记录的摇动，评估了数值天气计算的可重复性。上述结果在第23届非静态模型的研讨会上介绍，并在第16航空和气象研究组中报告了进展。在第16航空和气象研究小组中，基于飞行力学评估了飞机对再现湍流的反应，并将结果与当天客运飞机的飞行数据中提取的响应进行了比较。数值计算复制了含有至少300-400m的涡流的湍流，并确认该平面在剪切不稳定波倒塌的点上会摇动至0.4Hz。飞行数据记录了高达1 Hz的震动，这表明它包含甚至较小的涡旋，在该计算中无法复制，这实际上导致飞机上摇晃。 Numerical calculations showed that shear unstable waves were amplified in the northeastern direction and then collapsed into small vortices, while flight data also recorded that the plane flying in the northeastern direction slowly shaking at the same order as the period of the shear unstable wave, and was shaking at a large, high frequency due to the finely collapsed vortices, and the turbulence reproduction situation in the calculation results was in good agreement with the situation inferred from the flight 数据。