降雨条件下飞机尾流雷达特性研究

ｅ ｘ ｐ ［ 一 １ （
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往较小 ， 探 测 比较 困难 ； 而 降雨 条 件 下 ， 尾流 中 存 在 大量 雨滴 ， 雷 达 回波较 强 ， 探 测 相 对 容 易 ． 在 降雨 条 件 下 ， 尾 流 中雨滴 的运 动 特性 充 分 反 映
了尾 流 空 气 动力 学 特 性 ， 通 过 对 雨 滴 雷达 回波 处 理 ， 可 望实现尾 流特性反 演．近几 年 ， 法 国
摘
要： 鉴于飞机尾流具有独特的多普勒及空间分布特性和较强的雷达可探测性， 对降雨条件下飞机尾流的
雷达特性进行 了研究．基于雨滴参数和尾流速度场模 型， 建立尾 流中雨滴的运动 方程， 然后数值求解该方程得到
了尾 流 中 雨 滴数 密度 分布 特 性 ．在 此基 础 上 ， 基 于 某典 型 ｗ 波段 雷达 参 数 ， 通 过信 号 处理 得 到 了降雨 条件 下飞 机尾 流 的 雷达 回 波 ， 并发 现 了其 独特 的 多普 勒特 性 ． 这 为航 空安 全 和反 隐 身 中尾 流 探 测 方 法研 究提 供 了重要 的
飞 机 尾 流 是 飞 机 飞 行 时 在 其 机 身 后 部 形 成 的一种 大 气 涡 流 ， 是 飞 机 产 生 升力 的必 然结 果 ． 与 周 围大 气 相 比 ， 尾 流 具 有独 特 的空 气 动力 学 特
１ ． １ 尾流中雨滴运动建模
大 气 环 境 中雨 滴 运 动 本 身 比 较 复 杂 ， 在 大
ＮＴ
的 前 沿 课 题 ．按 天气 条 件 一 般 将 飞 机 尾 流 划 分
为 晴空 飞 机 尾 流和 降 雨 条件 下 的飞 机尾 流 ， 主 要 的探 测 手 段 则 包 括 雷达 ／ 激光雷达 、 声达 ， 其 中雷 达 因 可 适 应 各 种 不 同 的 天 气 条 件 而 被 认 为 是 最 具潜 力的一种探测手段 ．晴空 条 件 下 尾 流及特性模拟
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Ｔ ｈ ａ ｌ ｅ ｓ 公 司 和 美 国交 通 运 输 部 的 实 验 也 表 明 降 雨 条 件 下 尾 流 回波 与尾 流 空 气 动 力 学 特 征 存 在 着 显 著 的 联 系 ． 为 了实 现 对 飞 机 尾 流 空 气 动
力 特 性 的 反演 ， 需 要 对尾 流 中的 雨滴 运 动 特 性 进
雨 滴直 径 ／ ｍｍ
动， 得 到了典型降雨率条件下雨滴运动特性 ， 并
对 尾 流 雷 达 回波 进 行模 拟 ．
图１ 不 同降雨 率下 正态分 布 的雨滴谱 分 布
考 虑 进 入 尾 流 前 雨 滴 的速 度 分 布 ． 当前 已
有 多种 雨滴 下 降 的末速 度 模 型 ， 本 文 选用 比较 精
理 论指 导 ．
关 键词 ： 飞机尾 流 ； 雨滴； 雨滴数 密度 ； 雷 达 回波 ； Ｄ ｏ ｐ ｐ ｌ ｅ ｒ 谱
中图分 类 号 ： Ｔ Ｎ９ ５ ７
文献 标 志码 ： Ａ
文章 编号 ： ２ ０ ９ ５ ． ５ ８ ３ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ０ ９ ５ ． ０ ５
赵
０． ０ ８
舞０ ． ０ ６
０ ０ ４
行 充 分 的分 析 ． 本 文从 雨 滴谱 、 雨滴 速 度 分 布 和
尾流Ｒ ａ ｎ ｋ ｉ ｎ ｅ 速 度 模 型 出发 ， 建 立 了尾 流 中雨 滴
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运动方程 ， 在此基础上 ， 模 拟 了雨 滴 在 尾 流 中运
气 物 理学 中对 雨滴 的运 动 已有 比较 成熟 的理论 ；
性和雷 达特性 ： 持续 时间长 、 空 间尺度 大 、 强 烈 稳定 等特 点 ， 是 航 空 安 全 的 重 要 影 响 因 素 ；
独 特 的 多 普 勒 及 空 间 分 布 特 性 和 较 强 的 雷 达 可
探测 性 ．
式 中 Ⅳｆ ＝１ ０ ８ Ｒ 。 。 ∞ ， ／ １ ＝０ ． １ ９ ５ ＋ ０ ． １ ９ ９ ｌ ｎ Ｒ ， ＝ ０ ． １ ３ ７ —
０ ． ０ １ ３ ｌ ｎ Ｒ ， Ｒ为 降 雨 率 （ ｍｍ ／ ｈ ） ， Ｄ 为 雨 滴 直 径 （ ｍｍ） ．图 １ 给 出 了 不 同 降 雨 率 下 正 态 分 布 的雨 滴谱 分 布 ．
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ２ ０ ９ ５ — ５ ８ ３ ９ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ２ ． ０ ０ ５
降雨条件 下飞机尾流 雷达特性研究
牛凤 梁 １ ， 王 伟ｚ ， 王 涛 ， 李健 兵
（ １ ． ６ ３ ８ ９ ２ 部队， 河南 洛阳 ４ ７ １ ０ ０ ３ ； ２ ． 国防科学技术大 学 电子Ｓ － 程科学与＿ Ｔ － 程 学院， 长沙 ４ １ ０ ０ ７ ３ ）
而 在加 入 了尾 流 场模 型 后 ， 雨 滴 的运 动将 更加 复 杂 ．本 文 以静 态 空气 为 背 景 ， 仅 考虑 尾 流 中雨 滴
的 运动 ．
尾 流 雷 达 探 测 是 航 空 安 全 和 反 隐身 等 领 域
１ ） 静 态 空气 中雨 滴 的运 动模 型 首 先 明确 尾 流 中 雨 滴模 拟 问 题 的初 始 边 界 条件 ， 即进 入 尾 流系 统 时雨 滴 的谱 分 布 和 速度 分 布 ． 雨 滴 的谱 分 布选 取 雷 达 气 象 学 中常 用 的对 数 正态 分 布 模 型 ， 即
第２ ７ 卷 第２ 期
２ ０ １ ３ 年０ ４ 月
空 军 预 警 学 院 学 报
Ｊ ｏ ｕｒ ｎａ ｌ ｏ ｆ Ａｉ ｒ Ｆｏ ｒ ｃ ｅ Ｅａ ｒ ｌ ｙ Ｗａ ｎｉ ｒ ｎｇ Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ
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