科创中国

行业领域

航空航天技术,新一代民用航空运行保障系统

需求背景

在高升力构型中，最突出的航空器尾涡涡流从航空器两侧的后航空器尾涡流和翼尖涡流 合并，产生反向旋转的航空器尾涡涡流对。通过航空器尾涡涡流对的侵入路径决定了对航空器的影响，而严重程度取决于涡流的强度、所涉及航空器的重量以及航空器的翼展相对于涡旋分离。 考虑到大多数航空器都使用相同的滑行路径朝向跑道，着陆期间尾涡遭遇（Wake Vortex Encounter，WVE） 的危险就变得显而易见。结合地面接近度和低飞行速度，飞行员在这种情况下的反应能力有限。统计数据显示，在99%的报道事故中，航空器尾涡湍流的影响是突发的，在发生之前没有任何警报。因航空器在着陆和起飞阶段中的运行速度接近其失速速度，且与近地面没有充足的机动空间, 航空器尾涡湍流在该阶段的危害性极大。

现有的间隔标准在大多数气象条件下过于保守，限制了受控空域的容量并影响了控制操作的效率。

而未来航空器尾流间隔标准将向动态化方向发展，美国联邦航空局（FAA）、美国宇航局（NASA），以及欧洲空管局 （EUROCONTROL）、德国宇航研究中心（DLR）、荷兰航空研究院（NLR）等机构在 NextGen和SESAR项目的支持下，在动态航空器尾流间隔方面开展了大量研究工作。 

结合激光雷达（LIDAR）高精度探测设备，对机场终端区的气象进行实时监控，从中提取关键要素，识别和预测终端区航空器尾流等影响飞行安全的条件，并进行实时的可视化，能够对优化间隔、动态间隔提供理论和技术支撑，进而提升终端区域容量，提高航班效率，减少航班延误，降低二氧化碳排放，降低航空器遭遇航空器尾流的风险，存在重要的意义。

需解决的主要技术难题

需解决的主要技术难题

飞机尾涡识别检测难：

借助深度学习手段，解决传统手段尾涡捕捉慢、精度低、识别准确率差等问题。

飞机尾涡风险区不清晰：

融合激光雷达、ADS-B、气象、机场运行数据，构建高精度尾涡场，解决尾流风险区边界不清晰等问题。

缺乏动态尾流监视告警：

结合多源数据信号，构建告警系统，解决动态尾流监视告警难等问题

期望实现的主要技术目标

实现动态尾流间隔的关键是利用技术手段获取航空器尾涡数据信息。随着光电子学和信息技术的发展，激光雷达由于其探测高精度，为研究近地阶段的航空器尾涡提供了可行的解决方案。  由于航空器尾涡的探测与航空器尾涡空气动力演化特性、激光雷达的特征参数密切相关，作品根据航空器尾涡在大气中的演化特性和激光雷达的特点，建立了航空器尾涡激光雷达近地探测模型。

研究内容涉及

1、飞机尾涡快速检测与识别：

多元异质信息采集融合，构建基于深度学习的飞机尾涡快速检测与识别算法。

2、飞机尾涡风险区构建：

基于尾涡现场观测数据及机型参数，研究飞机尾流风险区快速构造算法。

3、动态尾流监视告警：

基于多元异质数据，搭建一体化动态尾流监视告警系统，协助一线运行。

需求解析

解析单位：“科创中国”航空制造产业科技服务团（中国航空学会） 解析时间：2023-11-23

杨亮

中国航空学会

高工

综合评价

基于激光雷达探测的飞机尾流特征参数反演系统，可基于实测数据反演得到尾流涡心位置和速度环量等特征参数。同时构建了尾流动力学、散射特性与雷达回波仿真模块，可实现参数反演算法的性能评估。该系统的参数反演性能优良，运行稳定，可为机场安全管控提供有效技术手段，为飞机尾流的短时行为预测、危害评估和动态间隔标准制定等提供基础支撑。

查看更多>

处理进度