基于CFD的海面失事飞机水中跌落散布规律研究

发布时间：2020-07-13 18:24

【摘要】：伴随着全球航空运输业的快速发展,飞机失事事故也有发生,这对社会影响、航空公司和个人的损害都是相当大的,其中,针对失事飞机的搜救和打捞更要消耗大量的人力和物力。为了调查和研究出飞机失事原因,关键要找到飞机的残骸和黑匣子,由于失事航空器跌落在水中后受到水流等多种外界因素的影响,这给搜寻增加了很大难度。因此,通过不同技术方法进行飞机水上迫降和水中跌落等方面的研究,较准确地确定出飞机残骸和黑匣子的跌落区域和散布规律,这将为海面失事航空器后续搜索和救援起到重要作用。本文针对主要使用计算流体力学(CFD)的方法,使用VOF方法对自由液面处理,将动网格与六自由度模型相结合,明渠模型防止自由液面崩溃,利用造波边界进行造波,对飞机在波浪下入水和水中跌落阶段进行仿真。首先,本文采用CFD的相关模型算法,对圆柱体水流中跌落进行建模仿真,将结果与实验相比较,证明了CFD方法以及相关模型的可靠性。然后,建立飞机波浪下入水和水中跌落模型,并且对飞机和水域的相关参数进行设置。最后,对三种状况下的飞机入水阶段进行仿真分析,对负俯仰角入水的工况进行水中跌落状况的分析。通过分析得到如下结论:1.CFD方法能够做到对飞机波浪下的入水阶段和水中跌落阶段的仿真。2.飞机以8°的俯仰角、30m/s或者70m/s在波浪上进行迫降,前者在与波浪接触的时候产生的两次载荷峰值,第一次大于第二次,后者会发生短暂“跳跃”现象,所产生的冲击载荷大于第一次与波浪接触的冲击力。两种速度机身下部受到的冲击载荷最大,速度大的水平方向受到的冲击力大,但竖直方向上的冲击力相差不大。3.飞机以-30°和-90°负俯仰角跌入水中,会出现所受砰击载荷双峰值,第二次出现的载荷大于第一次的冲击载荷,机翼部位受到的载荷最大。对水中跌落过程,刚开始飞机尾部受到波浪作用,产生俯仰力矩,-30°跌落的竖直方向速度会先减小后增大,-90°跌落的俯仰角会先增大后减小。最后根据跌落轨迹进行拟合得到水中跌落轨迹方程。
【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】：2018
【分类号】：V328
【图文】：

附加质量示意图

CFD分析结构图

自由液面变化图

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本文编号：2753820