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。     

整体运动网格法在飞机水上迫降模拟中的应用

对NACA TN 2929模型的水上迫降性能进行数值模拟研究。采用有限体积法求解RANS方程和r-k-ε湍流模型,采用VOF方法捕捉水气交界面,采用六自由度模型和整体动网格技术处理飞机和水面之间的相对运动。在计算过程中,整个计算域内的网格都随飞机做刚体运动,从而有效避免了传统变形网格技术中的计算成本高、网格质量低的问题。利用该数值方法首先模拟了二维圆柱自由落体入水冲击,计算结果和实验数据吻合较好;然后详细研究了NACA TN2929模型各部件在水上迫降过程中的作用,计算结果表明在分析飞机水上迫降性能时,气动载荷的影响不可忽略。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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.     

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.     

民用飞机水上迫降漂浮特性模型试验研究

根据中国民用航空总局颁布的《中国民用航空规章第25部：运输类飞机适航标准》中的要求,需要对飞机水上迫降漂浮特性进行分析,以确保乘员能安全撤离飞机并乘上救生船。就水上迫降适航取证涉及到的条款要求,对民用飞机水上迫降漂浮特性模型试验的思路、试验程序进行了研究,然后对某型民用飞机进行了水上迫降漂浮特性模型试验,并对试验结果进行了分析,结果表明：本文所研究的思路和试验程序对于民用飞机水上迫降漂浮特性的适航取证研究具有重要的意义。     

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。     

直升机波浪迫降数值模拟

<正>近现代,飞行器在沿海地区的使用越来越普遍,飞机更是成为了跨海运输的主要交通工具之一。在跨海飞行中,飞机由于发动机故障,燃料用尽,机体损坏及恶劣天气等各种原因,导致飞机无法继续飞行,可能被迫要在海上进行迫降。所以20世纪50年代以后,各国都将水上迫降的性能验证内容编入民用飞机试航条例当中,把水上迫降的安全性作为颁发飞机试航证的重要考察点之一,保证水上迫降的可行性。对水上迫降的研究起初大多采用动力相似模型。     

民用飞机水上迫降数值仿真方法研究进展

水上迫降是飞机设计时必须要考虑的一种应急着陆场景,总结水上迫降研究领域的数值仿真方法,能够为民用飞机设计中的水上迫降分析提供支撑。本文综述了国内外在民用飞机水上迫降数值仿真方法上的研究进展,主要包括面元法、有限体积法、光滑粒子水动力学法和有限元法;对这些方法的基本原理、发展过程和应用情况进行了归纳总结,对不同方法的适用性和优劣性进行了对比分析;通过对水上迫降数值仿真方法的分析,对数值仿真方法未来的研究方向提出了建议。     

基于SPH法的民用飞机水上迫降载荷计算方法研究

采用SPH（光滑粒子流体动力学）算法,通过建立飞机水上迫降的有限元模型,分别求出了各种工况下的飞机所承受的水载荷大小和分布,判断出了飞机的最初着水点及最大水载荷位置,并对结果进行了比对,为水上迫降程序的制定提供必要的技术支持。     

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.     

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。     

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。”     

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。     

楔形底部直升机着水载荷和压力分布的估算方法研究

基于VonKarman和Wagner的水动力冲击理论，忽略冲击过程中浮力和粘性力的影响，将机身简化为V形楔形体，建立简化的刚体运动方程，对其求解得到楔形底部直升机着水载荷和压力分布估算方法。同时，将理论结果与试验数据进行相关性分析，验证了该方法的合理性。此估算方法适用于直升机的设计水线未被浸入的情况，可以用于楔形底部舰载机直升机的水上迫降载荷计算，为机身结构设计提供依据。