Numerical simulation of the aircraft flight after encountering a microburst windshear

A physical and mathematical modelling of the microburst effect on aircraft behaviour is presented in the paper. Dynamics equations of the aircraft motion are derived in a plane-fixed co-ordinate system using the Boltzmann-Hamel formalism for material systems with holonomic constraints. The aircraft is treated as a six-degree-of-freedom rigid body. For calculating of aerodynamic forces and moments the rules of quasi-stationary aerodynamics were employed. The windshear velocity field is described by the 3D mathematical Bray' model which was applied basing on the meteorogical data resulting from the Joint Airport Weather Studies Project. The influence of local parameters of the microburst was introduced into the equations of flying object motion in terms of three instananeous linear components of wind velocity and the three angular ones. Computations were made taking the PZL I-22 "Iryda" as a test aircraft.

Symulacja numeryczna lotu samolotu po przejściu przez podmuch typu "microburst". W pracy przedstawiono fizyczne i matematyczne modelowanie wpływu podmuchu microburst na dynamikę samolotu. Dynamiczne równania ruchu obiektu wyprowadzono w układzie sztywno związanym z samolotem, stosując zapis Boltzmanna-Hamela dla układów mechanicznych o więzach holonomicznych. Samolot potraktowano jako bryłę sztywną o sześciu stopniach swobody. Symulację wykonano dla fazy lotu poziomego z trzymanymi sterami. Obliczenia zmian sił aerodynamicznych i momentów sił aerodynamicznych wykonano w oparciu o aerodynamike quasistacjonarną. Pole prędkości podmuchu microburst opisano w pełni trójwymiarowym modelem matematycznym Braya, opracowanym na bazie danych meteorologicznych z projektu badawczego Joint Airport Weather Studies z 1982 roku w USA. Wpływ parametrów lokalnych pola wiatru w równaniach ruchu obiektu latającego uwzględniono przez trzy chwilowe liniowe składowe wektora prędkości podmuchu i trzy chwilowe kątowe składowe tegoż wektora. W pracy przeanalizowano zachowanie się samolotu po przelocie mimośrodowym przez obszar podmuchu dla różnych parametrów charakteryzujących uskok wiatru. Wykazano, że składowa pionowa prędkości wiatru nie musi być wielka, aby zagrozić bezpieczeństwu lotu. Jako samolot testowy wybrano PZL-I 22 "Iryda".