飞机水上迫降砰击载荷数值模拟研究
发布时间：2021-02-24 23:22
飞机可能因为发动机或起落架故障等原因不能或没有时间在合适的场地降落,在附近水上紧急迫降是一个相对安全的做法。飞机水上迫降是一个强非线性水动力问题,飞机的降落速度一般超过240 km/h,巨大的水动力砰击载荷会导致机身结构破损甚至机身折断。本文应用商业CFD软件STAR-CCM+对飞机在静水及波浪环境中降落进行数值模拟,研究飞机初始运动条件及波浪要素对飞机降落过程中的运动规律和砰击载荷的影响。采用重叠网格法和6自由度流固耦合模型模拟飞机运动,采用VOF模型捕捉自由面变化。由于飞机入水是高雷诺数问题,本文采用Realiablek-ε湍流模型模拟流场变化。首先计算楔形体和圆锥体自由入水,通过与已有实验值的对比,验证了本文数值模型计算简单物体入水的可靠性。为进一步验证模型的准确性,本文研究了楔形体垂向入水和斜向入水过程;将斜向入水结果与势流理论边界元法（BEM）结果进行对比,发现楔形体斜向入水时尖部后缘压力与BEM方法结果有较大差别,而其他位置压力吻合较好。本文对楔形体入水其表面压力变化规律进行研究。分析楔形体的斜向入水速度和底升角对压力的影响。计算结果显示楔形体在入水过程中尖角后缘会有涡的脱...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２飞机在水上降落触水后机身典型破损位置??显示了全美航空〗５４９号在哈德逊河降落后，乘员通过救生艇安全撤退
ｉ—ＢｉｔｔＢＢｉｉ—ｍＩ??（ｃ）??图１．２飞机在水上降落触水后机身典型破损位置??显示了全美航空〗５４９号在哈德逊河降落后，乘员通过救生艇安全撤退。关于飞机水上??降落的大量研究和实验结果表明，在飞机设计阶段考虑水上降落性能，飞机在遇到紧急??情况时，如果降落方式得当，飞机在水上迫降比在陆地迫降更加安全。飞机水上迫降是??一个高速入水过程，飞机最小的迫降速度不低于２４０ｋｍ／ｈ，如果飞机的降落姿态或降落??速度不当，巨大的水动力砰击载荷可能造成机身破损甚至折断，给成员生命安全造成巨??大的威胁。图１．２显示了飞机在高速大倾角入水时可能发生的典型破损位置。世界各国??的飞机制造商与航空管理部门都在积极展幵飞机的水上迫降问题研究。结合水上迫降的??２??
这种情况下飞行员可以根据风浪情况调整飞机的飞行姿态，尽量减小飞机受到的砰击载??荷从而最大可能保证飞机结构的完整性，为乘员的逃离营造足够的时间。飞机水上降落??一般分为四个阶段，接近水面阶段、砰击阶段、减速阶段、漂浮阶段，如图１．３所示。．??接近水面阶段是指与水面接触之前到机身接触水面的过程，此时飞机还没有接触水面，??这个阶段主要是调整飞机的飞行姿态和速度，此阶段将直接影响砰击过程的剧烈程度，??如果飞机入水姿态调整不合适，可能直接导致结构破损，甚至更严重的事故；砰击阶段??是指飞机刚接触水面时，机身所受载荷及压力急剧增加阶段，此阶段飞机会剧烈运动，??所受的砰击载荷也最大；飞机的减速阶段是飞机经历砰击后继续向前做相对缓慢的俯仰??运动，此时运动速度也逐渐减小；漂浮阶段是飞机在水面滑行停止后漂浮在水面的状态，??这个阶段是机组乘员逃生的黄金时期，飞机漂浮的时间长短将直接影响机上人员的安全。??飞机的有计划水上迫降过程中一般机尾先触水。考虑到较高的飞行速度，随着入水??距离的增加
【参考文献】：
期刊论文
[1]水上飞机静水起飞过程水气耦合性能分析[J]. 张浪,程用胜,王福新. 科学技术与工程. 2018(11)
[2]整体运动网格法在飞机水上迫降模拟中的应用[J]. 屈秋林,胡茗轩,郭昊,刘沛清. 航空科学技术. 2015(11)
[3]艏外飘型船体入水砰击的二维SPH模拟[J]. 胥飞,刘桦. 水动力学研究与进展A辑. 2013(05)
[4]水陆两栖飞机着水响应模型与数值分析[J]. 罗琳胤,杨仕福,吕继航. 机械设计. 2013(08)
[5]有限水深中非轴对称体斜向入水砰击问题研究[J]. 孙士丽,吴国雄. 水动力学研究与进展A辑. 2013(04)
[6]水上飞机滑行阶段静水阻力性能的一种估算方法[J]. 武庆威,高霄鹏,吴彬. 船海工程. 2013(03)
[7]Effect of pitch angle on initial stage of a transport airplane ditching[J]. Guo Baodong,Liu Peiqing,Qu Qiulin,Wang Jiawen. Chinese Journal of Aeronautics. 2013(01)
[8]飞机水面降落的机身载荷研究[J]. 贺谦,陈效鹏,李磊,岳珠峰. 强度与环境. 2009(04)
[9]船体砰击问题的非线性边界元分析[J]. 卢炽华,何友声,王刚. 水动力学研究与进展（A辑）. 1999(02)
博士论文
[1]船桨舵相互作用的重叠网格技术数值方法研究[D]. 沈志荣.上海交通大学 2014
[2]流体与结构砰击的相似解与时域分析[D]. 许国冬.哈尔滨工程大学 2010
本文编号：3050085
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２飞机在水上降落触水后机身典型破损位置??显示了全美航空〗５４９号在哈德逊河降落后，乘员通过救生艇安全撤退
ｉ—ＢｉｔｔＢＢｉｉ—ｍＩ??（ｃ）??图１．２飞机在水上降落触水后机身典型破损位置??显示了全美航空〗５４９号在哈德逊河降落后，乘员通过救生艇安全撤退。关于飞机水上??降落的大量研究和实验结果表明，在飞机设计阶段考虑水上降落性能，飞机在遇到紧急??情况时，如果降落方式得当，飞机在水上迫降比在陆地迫降更加安全。飞机水上迫降是??一个高速入水过程，飞机最小的迫降速度不低于２４０ｋｍ／ｈ，如果飞机的降落姿态或降落??速度不当，巨大的水动力砰击载荷可能造成机身破损甚至折断，给成员生命安全造成巨??大的威胁。图１．２显示了飞机在高速大倾角入水时可能发生的典型破损位置。世界各国??的飞机制造商与航空管理部门都在积极展幵飞机的水上迫降问题研究。结合水上迫降的??２??
这种情况下飞行员可以根据风浪情况调整飞机的飞行姿态，尽量减小飞机受到的砰击载??荷从而最大可能保证飞机结构的完整性，为乘员的逃离营造足够的时间。飞机水上降落??一般分为四个阶段，接近水面阶段、砰击阶段、减速阶段、漂浮阶段，如图１．３所示。．??接近水面阶段是指与水面接触之前到机身接触水面的过程，此时飞机还没有接触水面，??这个阶段主要是调整飞机的飞行姿态和速度，此阶段将直接影响砰击过程的剧烈程度，??如果飞机入水姿态调整不合适，可能直接导致结构破损，甚至更严重的事故；砰击阶段??是指飞机刚接触水面时，机身所受载荷及压力急剧增加阶段，此阶段飞机会剧烈运动，??所受的砰击载荷也最大；飞机的减速阶段是飞机经历砰击后继续向前做相对缓慢的俯仰??运动，此时运动速度也逐渐减小；漂浮阶段是飞机在水面滑行停止后漂浮在水面的状态，??这个阶段是机组乘员逃生的黄金时期，飞机漂浮的时间长短将直接影响机上人员的安全。??飞机的有计划水上迫降过程中一般机尾先触水。考虑到较高的飞行速度，随着入水??距离的增加
【参考文献】：
期刊论文
[1]水上飞机静水起飞过程水气耦合性能分析[J]. 张浪,程用胜,王福新. 科学技术与工程. 2018(11)
[2]整体运动网格法在飞机水上迫降模拟中的应用[J]. 屈秋林,胡茗轩,郭昊,刘沛清. 航空科学技术. 2015(11)
[3]艏外飘型船体入水砰击的二维SPH模拟[J]. 胥飞,刘桦. 水动力学研究与进展A辑. 2013(05)
[4]水陆两栖飞机着水响应模型与数值分析[J]. 罗琳胤,杨仕福,吕继航. 机械设计. 2013(08)
[5]有限水深中非轴对称体斜向入水砰击问题研究[J]. 孙士丽,吴国雄. 水动力学研究与进展A辑. 2013(04)
[6]水上飞机滑行阶段静水阻力性能的一种估算方法[J]. 武庆威,高霄鹏,吴彬. 船海工程. 2013(03)
[7]Effect of pitch angle on initial stage of a transport airplane ditching[J]. Guo Baodong,Liu Peiqing,Qu Qiulin,Wang Jiawen. Chinese Journal of Aeronautics. 2013(01)
[8]飞机水面降落的机身载荷研究[J]. 贺谦,陈效鹏,李磊,岳珠峰. 强度与环境. 2009(04)
[9]船体砰击问题的非线性边界元分析[J]. 卢炽华,何友声,王刚. 水动力学研究与进展（A辑）. 1999(02)
博士论文
[1]船桨舵相互作用的重叠网格技术数值方法研究[D]. 沈志荣.上海交通大学 2014
[2]流体与结构砰击的相似解与时域分析[D]. 许国冬.哈尔滨工程大学 2010
本文编号：3050085
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