ISSN 1004-4965

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民机阵风载荷测量试飞颠簸潜势诊断技术研究

闫文辉 黄兴友 赵钰锦 张莹 杨涛

闫文辉, 黄兴友, 赵钰锦, 张莹, 杨涛. 民机阵风载荷测量试飞颠簸潜势诊断技术研究[J]. 热带气象学报, 2022, 38(1): 113-123. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.011
引用本文: 闫文辉, 黄兴友, 赵钰锦, 张莹, 杨涛. 民机阵风载荷测量试飞颠簸潜势诊断技术研究[J]. 热带气象学报, 2022, 38(1): 113-123. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.011
YAN Wenhui, HUANG Xingyou, ZHAO Yujin, ZHANG Ying, YANG Tao. RESEARCH ON DIAGNOSIS TECHNIQUE OF TURBULENCE POTENTIAL FOR CIVIL AIRCRAFT GUST LOAD MEASUREMENT FLIGHT TESTS[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2022, 38(1): 113-123. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.011
Citation: YAN Wenhui, HUANG Xingyou, ZHAO Yujin, ZHANG Ying, YANG Tao. RESEARCH ON DIAGNOSIS TECHNIQUE OF TURBULENCE POTENTIAL FOR CIVIL AIRCRAFT GUST LOAD MEASUREMENT FLIGHT TESTS[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2022, 38(1): 113-123. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.011

民机阵风载荷测量试飞颠簸潜势诊断技术研究

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.011
基金项目: 

国家重点研发计划项目 2018YFC1506102

中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所项目 MJ-2018-S-28

详细信息
    通讯作者:

    黄兴友,男,安徽省人,教授,主要从事雷达气象学方面研究。E-mail: hxyradar@126.com

  • 中图分类号: P457.5

RESEARCH ON DIAGNOSIS TECHNIQUE OF TURBULENCE POTENTIAL FOR CIVIL AIRCRAFT GUST LOAD MEASUREMENT FLIGHT TESTS

  • 摘要: 为确保民机阵风载荷测量试飞的质量和效率,规避风险,保障安全,解决“找风难”问题,从飞行员飞机颠簸报告入手,利用欧洲中期天气预报中心提供的ERA5全球大气再分析资料,基于10个预报效果较为理想的颠簸指数,通过加权集成算法给出了高空急流背景下的颠簸潜势综合指数。综合指数中单一指数的权重是通过发生颠簸的预报准确率PODY、未发生颠簸的预报准确率PODN、总体预报准确率PODA及TSS评分及中度以上颠簸所占面积fMOG五项评价指标共同确定的。同时评估了颠簸潜势综合指数性能对单一指数数量的敏感性以及对参与建模样本量的敏感性。结果表明:Dutton指数因预报得分φ达1.043,是这10个单一指数中总体预报效果最好的,Brown指数、L-P指数次之。由Dutton指数、Brown指数、L-P指数、TI1指数及风相关指数加权集成的综合指数,较好地集成了各单一指数的优点,各项指标均较为优秀,PODA达90%,TSS达0.80,fMOG达9.2%,预报得分φ达1.225,总体效果最好。随着单一指数数量的增加,综合指数的诊断效果先增大后减小,当单一指数增加到5个的时候,效果最优。随着参与建模的飞机颠簸样本量增加,综合指数性能逐步提升。该综合指数能较好地解决民机阵风载荷测量试飞潜在颠簸区域寻找的问题。

     

  • 图  1  2020年9月21日08时300 hPa天气图

    a. ERA5再分析资料;b. ECMWF细网格实况。白色圆点代表阎良机场。

    图  2  飞机颠簸报告位置分布图

    图  3  60例验证样本的ROC曲线

    a. 单一颠簸指数;b. 颠簸潜势综合指数。随机模型显示为黑色对角线。

    图  4  颠簸潜势综合指数预报得分φ对单一指数数量敏感性图(a)及对参与建模样本量敏感性图(b)

    图  5  2020年1月6日12:52高空急流背景下天气形势图及各颠簸指数诊断结果

    a. 13时350 hPa天气图,红色实线表示气温(℃),蓝色实线表示位势高度(dagpm),黑色箭头表示风矢量,填色表示风速(m/s);b. L-P指数;c.-Ri指数;d. TI1指数;e. MOSCAT指数;f. Brown指数;g. Dutton指数;h. ζ2指数;i. HTG指数;j. DIV指数;k. S指数;l. 综合指数CAT。黑色圆点表示飞机颠簸报告点。

    表  1  高空急流背景下10种颠簸指数强度阈值划分

    颠簸指数 单位 轻度 中度 重度 极重度
    L-P % L < 0或P < 75 85 95 98 100
    -Ri -20 -2 -0.6 -0.3 0.5
    TI1 s-2 1.5×10-7 3.0×10-7 6.0×10-7 9.0×10-7 12.0×10-7
    MOSCAT m/s2 0.8×10-3 1.8×10-3 2.8×10-3 3.8×10-3 4.8×10-3
    Brown s-3 0.5×10-10 1.5×10-10 3.5×10-10 6.0×10-10 8.0×10-10
    Dutton m/(s·km) 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0
    ζ2 s-2 1.0×10-9 1.5×10-9 3.0×10-9 6.0×10-9 9.0×10-9
    HTG K/m 0.8×10-5 1.3×10-5 1.8×10-5 2.3×10-5 2.8×10-5
    DIV s-1 3.0×10-5 4.0×10-5 5.0×10-5 6.0×10-5 7.0×10-5
    S m/s 30.0 35.0 40.0 50.0 60.0
    下载: 导出CSV

    表  2  280例建模样本的单一颠簸指数性能评估表

    颠簸指数 PODY PODN PODA TSS fMOG φ
    Dutton 0.671 0.821 0.746 0.493 0.078 1.043
    Brown 0.664 0.771 0.718 0.436 0.079 1.003
    L-P 0.979 0.543 0.761 0.521 0.204 0.970
    TI1 0.679 0.693 0.686 0.371 0.124 0.924
    S 0.600 0.664 0.632 0.264 0.162 0.835
    HTG 0.614 0.636 0.625 0.250 0.149 0.833
    MOSCAT 0.600 0.586 0.593 0.186 0.151 0.792
    DIV 0.521 0.586 0.554 0.107 0.212 0.719
    ζ2 0.450 0.493 0.471 -0.057 0.250 0.611
    -Ri 0.550 0.293 0.421 -0.157 0.259 0.550
    下载: 导出CSV

    表  3  60例验证样本的单一颠簸指数及最优综合指数性能评估表

    颠簸指数 PODY PODN PODA TSS fMOG φ AUC
    CAT5 0.867 0.933 0.900 0.800 0.092 1.225 0.996
    Brown 0.733 0.967 0.850 0.700 0.062 1.201 0.992
    Dutton 0.767 0.933 0.850 0.700 0.063 1.199 0.990
    S 0.867 1.000 0.933 0.867 0.185 1.188 1.000
    L-P 0.967 0.767 0.867 0.733 0.168 1.118 0.992
    MOSCAT 0.733 0.900 0.817 0.633 0.144 1.073 0.979
    HTG 0.733 0.733 0.733 0.467 0.139 0.973 0.912
    TI1 0.667 0.700 0.683 0.367 0.100 0.939 0.954
    -Ri 0.567 0.467 0.517 0.033 0.035 0.791 0.962
    ζ2 0.433 0.567 0.500 0.000 0.248 0.645 0.708
    DIV 0.267 0.667 0.467 -0.067 0.189 0.623 0.652
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-09-15
  • 修回日期:  2021-05-08
  • 网络出版日期:  2022-04-12
  • 刊出日期:  2022-02-20

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