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根据无动力滑翔模型拟合大型航空器坠毁落点规模的研讨

2014年3月8日,马来西亚航空公司的航班MH370失联,至今未发现任何残骸,这无疑是人类航行史上的一记重创。为了寻找失事飞机,学者们提出了

作者:电子科技大学 孙裕童 张鑫 于子淳 吴勇

2014年3月8日,马来西亚航空公司的航班MH370失联,至今未发现任何残骸,这无疑是人类飞翔史上的一记重创。为了寻觅失事飞机,学者们提出了各种办法,至今收效甚微。

要确认飞机残骸的搜索区域,飞机坠毁落点的确认至关重要,本文提出了一种依据无动力滑翔模型办法,企图从一个新的视点来确认飞机坠毁点的规模。

合理的假定:

为了描绘模型,咱们给出了如下根本假定:

1.在飞机与卫星通讯的两次距离中,若高度产生了显着下降(这应该会设一个阈值吧),则以为发动机在这段时刻内的恣意时刻会产生熄火。

2.假定发动机熄火前,飞机依照飞翔员的既定航向飞翔,并假定飞机做匀速直线运动。

3.假定飞机熄火的时刻只要水平方向的速度,并开端做无动力的滑翔运动,滑翔的初始水平方向不确认。

4.飞机下降进程因为飞翔员需求压低机头献身部分重力势能取得速度,假定飞机机头朝向一直和速度方向重合,且下降进程飞机的轨道在一个竖直面内。而且疏忽其时的风速和科里奥利力的影响。

5.飞翔器没有在空中崩溃。

模型的树立

依据以上假定,飞机从发动机熄火前的终究一次通讯到飞机坠海的进程实际上是两个运动进程:匀速直线运动和无动力滑翔运动。

匀速直线运动不需求过多的评论,这儿首要评论无动力滑翔运动:

由假定4,咱们可以对飞机恣意时刻做受力剖析:

首要考虑重力和下滑进程中由速度影响的空气效果力

列动力学方程:

其间M为飞翔器质量;F_c为空气效果力,供给升力和阻力;θ是重力与垂直于飞机方向的夹角,可以很简单得到
α是空气效果力与飞机机身方向的夹角,由升阻比界说:
其间F_D是空气阻力,L是升力;而升阻比关于必定类型的飞机在正常飞翔时其巨细可视为定值,可通过经历公式确认,相应的经历公式为
其间Ma为马赫数,其值为速度与当地音速的比值。

空气效果力F_c可由下式核算:

C为空气效果系数,其界说为:
其间C_D为阻力系数,C_L为升力系数,S为飞翔器顶风面积,v为运动速度,ρ为空气密度。
将以上参数界说式代入原始动力学方程得:

由上解出

以MH370为例,咱们代入波音777-200ER的相关参数作为初始数据(如下表),
使用以上数据,依据经历公式可以求得C_D,C_L,ρ:

使用MATLAB模仿可以得到飞翔轨道图画和飞翔进程中飞翔器水平方向的最大位移。
飞翔器掉落规模的确认:

由无动力滑翔模型可以核算出飞机在熄火之后在水平方向运动的距离,依据假定3因为飞翔器初始的滑翔方向不确认,依据假定4飞机下滑进程的轨道水平投影为一条直线段,线段长度为最大滑翔水平距离,故飞翔器落点规模为以熄火点为圆心,最大滑翔水平距离为半径的圆。

再考虑到假定1、2,因为熄火时刻的不确认性,咱们终究可以确认的飞翔器落点规模是一切或许的熄火点所形成的落点规模的调集,实际上一切或许的熄火时刻就是在通讯距离内恣意一个时刻点,熄火点的调集为飞机在这段时刻正常飞翔的轨道,依据假定2,轨道为一条直线段,长度为v×∆t.

综上,终究的飞机落点规模的形状如图:

其间,LKP是飞机终究一次通讯时的已知方位。

模型点评:

本模型以无动力滑翔为根本布景,使用适宜的动力学剖析,对飞机坠毁进程做了精确的剖析,对一些参数的评论给出了经历公式,变量剖析丰厚,而且考虑的空气密度在下降进程中的改变,适用性更广。

立异点:将飞机失事下降的进程分为了熄火前的正常行进和熄火后的滑翔进程,两者组合,提出了一个新的区域形状,来描绘飞机或许的落点规模。

长处:在剖析无动力滑翔时,加入了空气密度散布函数,增加了精确性,与实际状况更契合,仿真效果更好。

使用远景:

实时性强,为飞翔器落水方位供给或许的猜测,此模型可以使用在大部分的失事飞机的搜索计划中,其间不包括飞机在空中崩溃的状况。在确认飞机落点规模的尽力中其成果较精确,可以起到关键性效果。

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