飞机颠簸动力学：湍流理论与数值实验解析

本研究论文深入探讨了大气湍流对飞机颠簸的影响，由李子良和黄仪方两位作者合作完成，发表在首发论文领域。他们以飞机载荷因数变量方程、无量纲的大气垂直运动方程以及热力学方程为基础，构建了一个描述大气湍流和飞机颠簸的数学模型。这个模型着重考虑了Richardson数在大气动力稳定性中的作用，它是衡量大气对流不稳定性的关键参数。 研究发现，负的Richardson数通常指示大气层结处于不稳定状态，这可能导致由对流引发的运动转变为湍流，从而引发飞机颠簸。当Richardson数小于临界值，即PrReRaRi < -1，即使在稳定层结下，也存在动力不稳定的区域，非对流状态的大气运动会演化为非周期性湍流，进而产生晴空湍流和晴空飞机颠簸。 论文特别强调了飞机颠簸对飞行安全的重要性，轻度颠簸可能影响乘客舒适度，严重颠簸则可能造成飞机结构损坏或事故。大气湍流与大气内边界层的关系紧密，特别是与温度、密度不连续层和风速切变层的形成有直接关联，这些不稳定层结中的涡旋和重力波活动是湍流发生的驱动力。 为了深入理解这一现象，作者进行了详尽的理论分析和数值模拟实验，以揭示大气湍流的动力学行为和其对飞机运行的影响。这项研究对于航空工程领域的飞行安全策略制定具有重要的理论指导意义，有助于优化飞行路径规划和提升飞行器设计的抗颠簸能力。通过揭示大气湍流与飞机颠簸之间的内在联系，论文为未来减少飞行中的颠簸风险提供了科学依据。