科创中国

我国每年因台风造成的经济损失高达 295 亿元，其中大范围、长时间停工停产造成的间接经济损失约占 60%，提高台风预报精度可有效减少损失。基于无人机平台建立的高空下投探空，可实现台风垂直探测，是地基/空基/天基一体化海洋气象综合观测系统的重要组成部分，是提高台风预报精度的瓶颈技术。探空仪投放安全性评估是下投气象探空观测试验最重要的环节之一。本成果探索并建立探空仪投放数值仿真方法、自由投放风洞试验技术，研究全面覆盖飞行条件、探空仪质量特性及投放参数等 13 项因素的探空仪投放安全性评估技术，有效支撑“云影”无人机下投探空任务的实施。主要技术内容如下：

1．率先在国内提出小尺度、轻质、非流线型投放物的高精度投放仿真方法。 综合运用高质量动态嵌套网格技术、高精度非定常流动模拟方法、高逼真六自由度运动求解算法，解决了小尺度、轻质、非流线型投放物高精度投放仿真难题，实现了探空仪下投过程的精准模拟，获取投放轨迹多参数影响规律。

2．提出了基于拓扑优化的探空仪风洞试验模型一体化设计制造方法、速度可调的小型高精度弹射机构，在国内首次实施探空仪投放风洞试验。 提出了基于拓扑优化且满足动力学相似的探空仪投放模型一体化设计制造方法，攻克了极轻质量投放模型设计制造难题，投放模型质量特性均高于国军标要求；设计了速度可调的小型、高精度弹射机构，解决了狭窄空间内轻质投放物精准投放的技术难题，实现了探空仪模型的安全投放。在国内首次实施了探空仪投放风洞试验，试验结果置信度高。

3．国内首次建立影响因素全覆盖的探空仪投放安全性评估技术体系。 建立了探空仪投放数据库，制定了探空仪投放安全边界，形成了可靠的影响因素全覆盖的探空仪投放安全性评估技术体系。同时升级了无人机执行投放任务的安全性保障措施。数值仿真、风洞试验结果置信度高，与飞行试验结果保持高度一致。