基于ALE的B777-200ER飞机水上迫降数值分析

发布时间：2017-03-29 02:07

  本文关键词：基于ALE的B777-200ER飞机水上迫降数值分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文依据2014年震惊全球的马来西亚航空公司MH370航班失联(失事)事件,对失事客机——波音777-200ER飞机进行了无计划迫降情况的撞水实验和数值分析,研究成果可以为航空事故调查和分析提供参考。一般而言,飞机水上迫降性能分析中,重点从以下三个关注的层面出发,第一,飞机迫降过程中飞机机体和乘员遭受多大的冲击载荷；第二,飞机安全迫降后能否提供安全的逃生方式；第三,飞机水上漂浮性能可否满足要求。本文主要分析第一个层面——结构物撞水动力学和运动学问题,考虑了迫降过程中飞机的姿态角(俯仰角和偏转角)变化,易受损部位(飞机发动机和翼尖)的冲击压强,以及撞水中所受的冲击载荷,并给出飞机水上迫降运行的一些有意义结论。飞机的撞水过程属于流固耦合的问题,是大变形的非线性问题。本文首先通过对楔形体垂直入水时所受压强和加速度进行数值验证,证明ALE方法在结构物撞水方面的研究中具有可行性。然后,建立了符合MH370失事事件的波音777-200ER飞机水上迫降的有限元模型,运用验证后的Arbitrary Lagrangian -Eulerian (ALE)方法模拟了水上迫降的11种工况,得到一些有价值的结论。本文主要进行了以下研究工作：①通过轨迹跟踪法得到楔形体入水过程的加速度,与利用ALE方法得到的加速度进行对比,对比结果表明：轨迹跟踪法对结构物撞水具有很好的适用性。②建立了波音777-200ER飞机进行无计划水上迫降的有限元模型,设置十一种工况,分别对初始竖直速度、初始水平速度、初始偏转角、初始俯仰角和重量五种因素对飞机水上迫降的影响进行了分析。③通过多种渠道收集并整理MH370航班的搜救情况,结合ALE方法模拟结果所进行的规律性分析,对MH370航班水上迫降的可能情况进行推导,得出结论为：MH370最可能以接近-90°俯仰角和-90°偏转角的姿态入水,且竖直方向速度比较大,所剩燃油量偏小。④通过建立一套合理的飞机水上迫降模型和一系列案例数值模拟,对飞机的水上迫降适航和事故调查分析提供了一些指导,同时促进飞机水上迫降方面的动力学和运动学研究。
【关键词】：撞水 流固耦合 B777-200 水上迫降 ALE法 ANSYS/LS-DYNA 数值模拟
【学位授予单位】：中国民用航空飞行学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V328
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 绪论12-26
• 1.1 研究背景和意义12-19
• 1.2 水上迫降的研究进展和状况19-23
• 1.2.1 理论研究20
• 1.2.2 实验研究20-22
• 1.2.3 数值模拟22-23
• 1.3 本文研究的主要内容23-26
• 第2章 数值计算方法以及验证26-41
• 2.1 ALE方法26-30
• 2.1.1 有限元技术介绍26
• 2.1.2 ALE、Lagrange和Euler坐标系的关系26-30
• 2.2 ALE描述下的流体动力学方程30-32
• 2.2.1 质量守恒方程30-31
• 2.2.2 动量守恒方程31-32
• 2.3 轨迹跟踪法介绍32-33
• 2.4 楔形体入水实验33-40
• 2.4.1 楔形体入水实验装置34-36
• 2.4.2 加速度和压强验证36-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第3章 飞机水上迫降数值建模41-58
• 3.1 MH370航班机型简介41-42
• 3.2 数值建模42-48
• 3.2.1 建立几何模型42-43
• 3.2.2 清理几何模型43-46
• 3.2.3 网格划分46-48
• 3.3 材料模型48-50
• 3.4 单元类型50-51
• 3.5 流固耦合关键字51-53
• 3.6 水上迫降工况设置53-57
• 3.7 本章小结57-58
• 第4章 飞机非计划水上迫降特性分析58-82
• 4.1 迫降过程运动和动力特征分析58-65
• 4.1.1 运动姿态时变性分析58-62
• 4.1.2 竖直加速度变化分析62
• 4.1.3 局部压强变化分析62-65
• 4.2 规律性分析65-81
• 4.2.1 竖直入水速度的影响65-68
• 4.2.2 初始水平速度的影响68-71
• 4.2.3 初始偏转角的影响71-75
• 4.2.5 重量的影响75-79
• 4.2.6 影响因素规律性分析79-81
• 4.3 本章小结81-82
• 第5章 结论与展望82-85
• 5.1 结论82
• 5.2 创新性82-83
• 5.3 展望83-85
• 参考文献85-89
• 附录89-116
• 附录A MH370航班机型信息89-94
• 附录B 典型工况动画截图94-104
• 附录C 典型工况仿真计算程序104-116
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果116-117
• 致谢117

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