民用飞机水上迫降适航性技术研究

基于飞机水上迫降事故案例统计分析结果,分析研究水上迫降适航性技术要求及所采用的适航符合性验证方法,同时从水上迫降适航符合性验证要求、技术思路、验证程序等方面梳理民用飞机水上迫降符合性验证工作思路,为后续民用飞机水上迫降适航性设计和验证提供参考.     

民用飞机水上迫降适航验证程序的研究

引言 民用飞机水上迫降适航取证,是指扩展到水上飞行的需要.从国外民用飞机来看,采用喷气发动机的飞机都申请适航证.在经过对国内有关专家和沿海航空公司的调研后得知与某支线飞机同类型的民用飞机都取得了水上迫降的适航证书,以便在沿海地区运行.     

运输类飞机水上迫降适航验证技术研究

本文围绕运输类飞机水上迫降的相关适航条款要求，主要从飞机总体布局、飞机姿态、水载荷、漂浮特性、应急撤离等方面分析了运输类飞机水上迫降的适航验证技术。     

旅客机水上迫降动力模型试验——适航标准验证试验之一

新客机的研制,根据适航性标准规定必须做一些必要的验证试验。例如:结构试验、飞行试验、操纵品质试验、噪声试验及湿跑道试验等等。否则会影响取得飞机的适航证。 水上迫降动力模型试验对于新客机的研制来讲,在适航标准CCAR——25·801节上明确规定了“必须通过模型试验,或已知其水上迫降特性的、构形相似的飞机进行比较,来检查飞机在水上降落时可能有的状况;进而必须表明在合理可能的水上条件下,飞机的漂浮时间和配平能使所有乘员离开飞机,并乘上所要求的救生船。”     

固定翼飞机水上迫降漂浮特性计算方法研究

漂浮特性是固定翼飞机水上迫降性能的重要组成部分,直接关系到飞机水上迫降后乘员能否成功撤离。为了更好地研究这一问题,提高固定翼飞机水上迫降漂浮特性计算和分析的效率及精度,在阿基米德静力学原理理论基础上,通过对CATIA软件中优化模块进行二次开发,建立了一种飞机水上迫降漂浮特性计算方法;并以波音737-700飞机为原型机,分析飞机水上迫降后破口面积及重心位置对飞机漂浮特性的影响。     

飞行器水载荷结构完整性数值模拟现状与展望-Part I:水上迫降和水上漂浮

现代飞行器面临水上迫降、水上漂浮、贮箱晃动和投汲水等复杂水载荷的结构完整性和乘员安全性分析问题日趋重要,随着科学技术的发展,数值模拟已经成为飞行器设计、分析和适航取证的重要手段。以固定翼飞机、水陆两栖飞机、直升机、火箭和卫星等现代航空航天飞行器为对象,围绕适用于飞行器水载荷分析的数值模拟方法进行综述,根据外流（水上迫降和水上漂浮）和内流（贮箱晃动和投汲水）的不同将综述内容分为Part I和Part II两部分。Part I的主要工作为：首先,归纳水上迫降和水上漂浮的事故和试验,总结水气两相流和流固耦合算法的发展现状和优缺点;随后,结合工程实际,介绍飞行器水上迫降和水上漂浮的范畴、水载荷分析要点、适用的数值模拟方法和软件的国内外发展情况,其中,水上迫降的总结包括飞行参数、波浪水面和弹性体对迫降性能的影响研究,水上漂浮的总结涵盖了飞行器构型参数、破舱和波浪对漂浮性能的影响研究;最后,指出复杂风浪情况下水上迫降和漂浮的水气固三相耦合工程应用难点和解决途径,并探讨飞行器水载荷数值分析的技术挑战和未来的发展方向。     

运输机水上迫降和适航验证技术的发展

为了提高民用飞机水上迫降后机上乘员的生存率,需要进行相应的水上迫降设计并完成适航验证。本文回顾了水上迫降适航验证技术的发展,介绍了近些年出现的一些新的验证方法。     

民用飞机防火系统适航试验研究

民用运输类飞机是按照中国民用航空规章第25部运输类飞机适航标准进行研制设计和适航审定的。基于某民用飞机适航取证试飞工作,本文介绍了民用飞机防火系统的适航要求、验证目的和适航试验方法,为从事飞机防火系统研究的人员提供参考。     

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。     

发动机舱冷却试验影响因素研究

发动机舱冷却试验是民用飞机适航取证试飞必须进行的试验项目之一。以某飞机发动机舱冷却系统为研究对象,通过飞行试验研究外界大气温度、电功率提取和引气构型、滑油量、飞行高度、发动机状态、飞机起飞重量、重心等对发动机舱冷却系统性能的影响,形成民用飞机发动机舱冷却试验的临界试验条件,以满足适航条款的适航要求。     

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。     

飞机简化模型水上迫降入水的数值研究

在飞机水上迫降过程中,其尾部吸力对姿态角的变化具有重要影响.基于Fluent软件,利用动网格技术、用户自定义函数(UDF)、六自由度(6DOF)模型、流体体积(VOF)模型,首先对二维圆柱、三维椭圆抛物体垂直入水以及三维平板水平划水进行数值模拟,并与试验结果对比验证模拟方法的可靠性;然后对NACA TN 2929简化飞机模型进行水上迫降数值模拟.研究发现:尾部吸力使飞机俯仰姿态角发生剧烈变化,入水初期尾部吸力产生的抬头力矩使飞机姿态角快速增加,当姿态角达到最大时,尾部吸力产生的抬头力矩很小,在重力作用下飞机姿态角快速减小.本文所采用的三维数值模拟方法能够较好地模拟飞机水上迫降过程中的吸力和姿态角变化.     

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.     

飞机冲击载荷等效静载的确定方法研究

如何确定冲击载荷的等效静载对飞机结构的强度设计和验证具有重要意义。基于经典冲击载荷时域曲线后峰锯齿波、单自由度冲击动响应理论和位移等效原则，建立冲击载荷动态缩放系数求解公式；基于三角函数不等式关系，推导出动态缩放系数与冲击载荷作用时间、结构固有频率乘积的函数关系。建立求解冲击载荷等效静载方法的实施流程；以简化拦阻钩系统的冲击和缩比模型的水上迫降为例，对所提方法的有效性进行验证。结果表明：拦阻冲击载荷动态缩放系数的理论估计值与仿真计算值的相对误差小于4%，水上迫降等效静压与选用的设计压力相对误差为0.9%，所建立的动态缩放系数的理论计算公式精度较高，所提方法可供工程相关应用参考。     

基于CEL的某型飞机撞水数值仿真

飞机水上迫降已成为适航取证不可缺少的一部分.飞机撞水过程属于复杂的流固耦合模型,从发生在2014年震惊全球的马航MH370航班失事重大事故的背景出发,依据流固耦合理论为基础,对失事客机波音B777-20ER进行非计划的水上迫降冲击动力学分析研究.利用有限元仿真软件ABAQUS采用耦合欧拉-拉格朗日算法(CEL)模拟失事飞机在无计划情况下撞水过程.根据马航MH370官方发布的事故搜救信息和安全调查讨论,建立合理的飞机撞水有限元模型,对不同工况下进行数值模拟,着重讨论飞机偏转角和飞机翼尖压强变化趋势,验证采用CEL法研究飞机水上迫降性能的可行性,也为研究水上迫降和航空失事飞机搜救调查提供参数指导和技术参考.     

旋翼/机身组合模型试验台“地面共振”分析

介绍了旋翼 /机身组合模型试验台“地面共振”分析方法 ,给出了“地面共振”分析结果。为了满足旋翼 /机身组合模型试验台“地面共振”稳定性要求 ,应根据试验台不同的工作环境 ,对试验台进行相应的结构更改 ,以改变试验台的动特性 ,使之与旋翼模型相匹配。详细介绍了采用这一措施成功地解决×旋翼模型装在试验台上运转时的动力稳定性问题     

末段突防高度对反舰导弹飞行安全的影响

末段突防击水概率是反舰导弹设计和使用人员必须解决的一个问题。文章综合考虑了击水概率影响因素,从掠海飞行导弹背景建模、反舰导弹高度控制系统和弹体纵向运动方程等方面人手,对给定海情下反舰导弹高度输出进行仿真研究,并利用统计试验的方法对击水概率进行计算。仿真结果证实了不同海情下飞行高度对击水概率的影响。     

水上电动飞机浮筒设计及起飞滑行

水上飞机起飞滑跑时低速滑行阶段的阻力变化规律对于其设计研究十分重要,而电动水上飞机正常起飞所需最大拉力是否匹配现有电推进系统是飞机改型设计的关键。首先,针对基准浮筒水阻力较大引起的纵向不稳定问题进行了优化设计,优化后浮筒水动性能有明显提高。其次,基于Fluent中的多相流（VOF）模型对水上电动飞机起飞滑跑阶段的力学特征进行了数值模拟计算,着重分析了不同速度下的姿态变化规律、阻力变化及流场特性。最后,对"阻力峰"这一节点下所需电推进系统功率进行了验证计算,结果显示现有装置满足起飞的动力要求;将实际起飞滑跑试验与仿真结果进行对比,结果显示力学特性变化规律基本一致,所得误差在15%之内,验证了仿真计算的可行性,所得结论可为电动水上飞机的研究设计提供借鉴。