地效飞行器双断阶机腹着水砰击过载分析

地效飞行器着水过程中，断阶着水产生的冲击易导致结构表面屈曲或破坏。基于ALE 有限元法，通过罚函数法处理两相界面流固耦合问题，对地效飞行器着水过程进行数值模拟，分析不同前飞速度、下沉速度、俯仰角等参数变化对浸水深度、砰击过载等的影响。结果表明：在研究工况下，机体着水产生的压力峰值均出现在断阶处；随着俯仰角增加水平过载峰值减小，垂向过载峰值先增大后减小，俯仰角为7°时垂向过载峰值最大，是最低过载峰值（俯仰角为15°时）的1.4 倍；前飞速度增加致使水平过载峰值增大，而对垂向过载峰值影响不明显，但垂向过载峰值与垂向速度的平方近似呈线性关系，下沉速度越大，砰击过载峰值越大。     

二维平板水漂运动数值模拟

探索平板水漂运动的流体力学现象机理对飞行器着水问题的研究有重要的参考价值。基于有限体积法和k-ε RNG湍流模型求解非定常雷诺平均Navier-Stokes（URANS）方程,采用流体体积分数（VOF）模型与速度入口造波法构造数值波浪水池,并结合整体动网格方法,完成二维平板在静水面与波浪水面的水漂运动数值模拟。在与试验值和理论值对比的基础上,讨论初始姿态角、投掷角度与投掷速度对水漂运动的影响。进一步研究不同波浪参数和波浪位置对平板水漂的影响,并从能量角度展开分析。结果表明：20°姿态角平板能以最小的投掷速度实现水漂运动;运动中平板能量的相对损失率受初始投掷速度的影响较小,主要受投掷角和姿态角作用,随投掷角或姿态角的增加而增大。波浪情况下,在上行波位置触水的平板能够获得更大的接触面积,而更长的触水时间发生在波谷处;因此,这两个位置触水的平板在水漂运动过程中的相对能量损失大,其数值变化比波峰位置大5%左右;在上行波位置触水时,平板的速度衰减与相对能量损失随着波高的增加而增大,而波峰位置则有相反的变化趋势。     

飞机接地动态特性研究

飞机接地时，在飞机重心处和座舱飞行员位置处的最大过载对飞机强度与刚度设计及旅客与飞行员的舒适性均是重要参数，本文研究了接地时的飞机动态特性，并为飞行员安全使用提供了确定有利的飞行航程，起落架和气动力参数的边界，称其为“着陆窗口”。文中叙述了确定最大过载变化的分析方法，飞行参数中的垂直速度，俯仰姿态角以及起落架参数中的油液减震支柱阻尼均是影响最大过载的关键参数，重心处的最大过载受到主起落架减震支柱和     

侧风下直升机水上迫降模型试验研究

为了研究侧风对直升机水上迫降性能的影响，开展了侧风环境模拟技术研究和模型着水试验，研究风扇桨叶角、风扇间距对侧风风速的影响以及侧风风速对直升机模型姿态角、过载和底部压力的影响。结果表明，风扇采用18°桨叶角方案比采用15°或20°桨叶角方案更优；风扇间距比为1.66时侧风风速分布均匀；有侧风时，对模型俯仰角几乎没有影响，横滚角幅值较大且难以稳定；随着侧风速度增大，重心过载逐渐增大、对称面和近侧风端的底部压力增大、远离侧风端的底部压力减小。     

水陆两栖飞机模型水池波浪试验研究

在拖曳水池中开展了水陆两栖飞机模型规则波匀速试验和匀加速试验。试验结果表明,在匀速试验中,随着波长的增大,试验模型的纵倾角和升沉响应曲线具有1个共振峰值,而垂向加速度响应具有2个共振峰值;在匀加速试验中,速度变化对纵倾角和升沉响应幅值影响较小,垂向加速度响应在低速时较小,而在高速时急剧增大。     

民用飞机弹性结构水上迫降试验载荷研究

刚体模型和弹性体模型的载荷传递方式不同,为了研究刚体模型和弹性结构模型对飞机水上迫降载荷的影响,根据动力相似性原理设计制造了刚体模型,并根据强度相似性原理设计制造了弹性结构部件,通过气囊加载试验系统验证了弹性结构部件满足强度相似设计要求。通过水上迫降模型试验测得加速度-时间历程曲线,使用傅里叶变换处理试验数据得到加速度峰值。根据刚体模型的试验数据分析,飞机以初始俯仰角12°、襟翼为着陆构型、较小的下沉速度和中重心状态入水时,飞机在水上迫降过程中受到的载荷较小。研究表明：带弹性结构模型和刚体模型所得到的飞机载荷有明显的不同,带弹性结构模型得到的垂向加速度峰值明显低于刚体模型。这种现象主要是由于机体着水底部弹性结构变形吸收了大量的能量。     

波浪情况下民机水上迫降性能数值分析

为了研究波浪情况下民机水上迫降性能,选用计算流体力学的有限体积法求解非定常不可压缩RANS方程,基于VOF法、整体动网格法、斯托克斯五阶波浪模型和自适应网格技术,以空客A320-200为研究对象,按照适航规章相关要求与建议,构建了民机水上迫降数值仿真模型。首先,对比分析了静水面和波浪水面下飞机水上迫降过程。结果表明：相同初始飞行参数下,波浪水面下最大水平过载为2.42 g,是静水面的1.09倍;最大垂向过载为4.82 g,是静水面的2.82倍。2种情况下,空气垫效应和潜水现象明显,碰撞初段,飞机均受到吸力作用;波浪情况下,跳跃现象出现,但并未对飞机的运动过程产生剧烈影响。其次,研究了波浪参数对水上迫降性能的影响。分析结果表明：同一波峰撞击阶段内,波高越高,则最大水平过载和最大垂向过载越大;波长越长,则最大垂向过载越小;波高越高,波长越长,则最大下沉速度越大。     

电传飞行控制系统法向过载传感器补偿方法研究

现代战机普遍采用数字电传飞行控制系统进行增稳和控制。法向过载是飞控系统的重要反馈。受重力影响,法向过载传感器的测量值会随飞机姿态变化,给飞机的配平和操纵带来困难。本文以某型电传飞机为例,利用飞机姿态信息对法向过载传感器测量值进行补偿,并通过仿真验证其效果。     

基于SPH的小型飞机水上迫降姿态数值仿真

适航条例中要求飞机必须具备良好的水上迫降性能。早期主要通过试验方法研究飞机的水上迫降性能,但是试验耗资巨大、时间周期长。采用一种新型的数值模拟方法研究飞机水上迫降问题,利用光滑质点流体动力学(SPH)方法模拟三级波浪,建立小型飞机水上迫降模型。考虑到飞机姿态角和起落架收放状态对迫降性能的影响,建立7种计算工况,模拟得到相应的加速度响应和姿态角变化。以飞机在迫降过程中应该受到较小的加速度响应和姿态角变化为依据,通过对比分析计算结果,最终给出12°姿态角、起落架收起为最优迫降状态的结论,为飞机迫降的入水姿态提供技术支持。     

飞船返回舱着水数值模拟研究

作为载人航天活动的最后步骤,飞船返回是否成功是载人航天任务成败的标志。基于显式积分有限元软件LS-DYNA与SPH(光滑粒子流体动力学)方法数值模拟返回舱着水冲击过程,首先建立返回舱垂直与倾斜18度两种工况的着水模型,计算处理得到返回舱着水速度、加速度、俯仰角与粒子有效应力云图等着水冲击响应参数,然后对比分析两种工况的计算结果,得出:当返回舱倾斜18度着水时,在冲击过程中返回舱加速度最大值明显减小,与垂直入水情况相比加速度减少60m/s2,返回舱运动加速度最大值受入水倾角影响较大,返回舱倾角越大,加速度最大值越小。这一结论为设计载人航天返回舱着水入水倾角方案提供参考。     

基于ALE法的水陆两栖飞机船体着水性能分析

水陆两栖飞机的着水性能是体现其综合性能的重要因素之一.应用ALE法对三种水陆两栖飞机船体截面进行入水仿真计算,从着水载荷、喷溅性能及运动响应三个方面对着水性能进行综合评估.对比分析了直线型、带舭弯弧形、复合型三种构型截面在不同速度、不同重量下的压力分布、喷溅性能以及运动响应,得到了三种截面横向压力分布规律.计算结果显示相同状态下,喷溅性能复合型优于带舭弯弧形、带舭弯弧形优于直线型;过载复合型远大于带舭弯弧形,带舭弯弧形稍大于直线型,综合看来带舭弯弧形截面着水性能最佳.     

Effect of pitch angle on initial stage of a transport airplane ditching

Airworthiness regulations require that the transport airplane should be proved to ensure the survivability of the ditching for the passengers. The planned ditching of a transport airplane on the calm water is numerically simulated. The effect of pitch angle on the impact characteristics is especially investigated by a subscaled model. The Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations of unsteady compressible flow are solved and the realizable j-e equations are employed to model the turbulence. The transformation of the air-water interface is tracked by volume of fluid (VOF) model. The motion of the rigid body is modeled by dynamic mesh method. The initial ditching stage of the transport airplane is analyzed in detail. The numerical results show that as the pitching angle increases, the maximal normal force decreases and the pitching motion becomes much gentler. The aft fuselage would be sucked down by the water and lead to pitching up, whereas the low horizontal tail prevents this trend. Consequently, the transport aircraft with low horizontal tail should ditch on the water at an angle between 10 and 12 as a recommendation.     

高速平板着水数值模拟

探索和揭示物体入水冲击的流体力学现象与机理对飞行器水上迫降问题的研究有重要的参考价值。对高速平板着水涉及到的复杂物理问题展开数值模拟,采用有限体积法求解非定常雷诺平均Navier-Stokes(URANS)方程和标准k-ε湍流模型,流体体积(VOF)模型捕捉水气交界面,整体动网格技术处理平板与水面的相对运动。在二维楔形体入水冲击的算例验证基础上,详细研究平板高速着水引起流体喷溅、射流、空气垫等现象和平板底面压力变化历程,结果表明:空气垫现象明显,俯仰角4°平板下表面出现规律的空气泡,10°时则不存在;平板下表面的水体沿壁面运动,当俯仰角为10°时,壁面水体的运动速度显著增加;在大俯仰角的情况下明显出现负压区。     

动基座近舰面流场数值模拟

航母尾迹流场对舰载机的着舰有较大影响,所以需要对其流场特点进行研究,分析不同状态下舰载机气动特性的变化。采用嵌套网格技术对航母处于垂荡状态下无人机的着舰进行了模拟。首先,利用SFS2舰船进行数值计算,验证了舰船流场的数值模拟方法。然后,对比了单独无人机定常与非定常计算结果,表明所建立的嵌套网格适用于无人机流场的模拟。接着,对航母单相流和两相流的流场结果进行了分析,结果显示甲板下方的流动对甲板上方流场没有大的影响。因此,忽略了水的影响只对航母在空气流场中的特性进行研究,结果表明航母尾迹非定常特性明显,静止航母下滑轨迹上的速度均处于周期性波动状态,且波动幅值随着远离航母而逐渐衰减;而在垂荡情况下航母尾迹变得更加紊乱,水平方向速度波动的周期性减弱,但垂向速度的波动幅值进一步增大。对于静止航母,无人机在不同时刻着舰气动特性的变化也存在差异;当航母处于垂荡状态时,无人机的升力和俯仰力矩在短时间内会有更大的波动。     

惯性参数对飞翼体自由度颤振特性的影响规律研究

飞翼飞行器刚体短周期模态频率较高,易与一阶弹性弯曲模态耦合发生一种特殊的颤振——体自由度颤振。采用风洞实验与频域计算相结合的手段,开展了惯性参数(俯仰转动惯量、质心位置)对飞翼飞行器体自由度颤振特性(颤振速度和颤振频率)的影响规律研究。实验和计算结果表明:俯仰惯量和质心位置会明显改变体自由度颤振频率与速度,颤振实验与计算结果一致性较好。俯仰惯量增加,颤振频率降低,沉浮约束时颤振速度基本不变,沉浮自由时颤振速度增大;质心位置前移,俯仰模态频率与阻尼同时增加,俯仰与一阶弹性弯曲模态耦合更容易,但发散模态分支的阻尼也更大,导致颤振速度先降低后增大,颤振频率单调增加。     

隐身舰载战斗机气动力设计关键技术

围绕隐身舰载战斗机气动力设计中的关键技术问题,深入梳理了有益的工程设计经验,从多目标约束下的起降增升设计、跨超声速精细化减阻设计、全机均衡减载设计等3个方面,阐述了气动力设计在性能、操稳、重量、隐身等多专业强约束下的窄域设计方法。相关分析表明：采用机翼后缘简单襟翼的设计方式、结合机翼三维型面弯扭设计与舵面使用策略优化,能够满足强隐身约束下舰载战斗机的起降升力需求;合理配置座舱位置以及后机身上表面的激波压缩/膨胀波系、优化进气道溢流吸力矢量方向等,能够在不降低机身容积的前提下,有效降低机身阻力;利用机身下表面与拦阻钩舱门区的修型进行机身反弯设计,能够实现严重载荷状态下的平尾减载。     

Water takeoff performance calculation method for amphibious aircraft based on digital virtual flight

Owing to the strong coupling among the hydrodynamic forces, aerodynamic forces and motion of amphibious aircraft during the water takeoff process, the water takeoff performance is difficult to calculate accurately and quickly. Based on an analysis of the dynamics and kinematics characteristics of amphibious aircraft and the hydrodynamic theory of high-speed planing hulls, a suitable mathematical model is established for calculating the hydrodynamics of aircraft during water takeoff. A pilot model is designed to illustrate how pilots are affected by the lack of visual reference and the necessity to simultaneously control the pitch angle, flight velocity and other parameters during water takeoff. Combined with the aerodynamic model, engine thrust model and aircraft motion model, a digital virtual flight simulation model is developed for amphibious aircraft during water takeoff, and a calculation method for the water takeoff performance of amphibious aircraft is proposed based on digital virtual flight. Typical performance indicators, such as the liftoff time and liftoff distance, can be obtained via digital virtual flight calculations. A comparison of the measured flight test data and the calculation results shows that the calculation error is less than 10%, which verifies the correctness and accuracy of the proposed method. This method can be used for the preliminary evaluation of airworthiness compliance of amphibious aircraft design schemes, and the relevant calculation results can also provide a theoretical reference for the formulation of flight test plans for airworthiness certification.     

Trajectory and attitude deviations for internal store separation due to unsteady and quasi-steady test method

The deviations of trajectory and attitude angle for internal store separation are evaluated by two wind tunnel test methods. One is the Freedrop Test(FDT), which is known as unsteady and time-dependent method of scaled model. The other is the Captive Trajectory System(CTS) test,which is usually regarded as a quasi-steady and time-averaged test technology. The result shows that there is a streamwise adverse pressure gradient on the cavity resulting in a nose-up pitching moment coefficient(>0) ...     

飞机拦阻钩碰撞动力学和拦阻钩纵向阻尼器性能

 在考虑舰载机降落平台纵摇和横摇的基础上,建立了飞机拦阻钩六自由度碰撞反弹模型,得到了拦阻钩接触道面后反弹的动力学性能。分析了航母纵摇和横摇下拦阻钩碰撞反弹成因,并分别考虑了纵摇角和横摇角对拦阻钩反弹角速度及机身与道面给予拦阻钩碰撞冲量的影响;研究了拦阻钩碰撞后的反弹位移,在考虑拦阻索能顺利上钩的前提下,分析了拦阻钩纵向阻尼器的缓冲阻尼特性。结果表明：因航母横摇,碰撞后拦阻钩出现了左右的反转角速度及碰撞冲量;拦阻钩反弹后在自身重力作用下不能使拦阻索顺利上钩,在加入纵向阻尼器情况下,拦阻钩第1次反弹高度及回落时间均满足拦阻索上钩的条件。