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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

某型客机水上迫降的着水冲击力学性能数值研究

数值模拟某型客机在平静水面上的迫降过程,研究俯仰角对着水冲击力学性能的影响规律。控制方程选为非定常不可压缩流动的RANS方程和标准k-ε湍流模型,使用VOF方法捕捉自由水面,利用动网格技术处理飞机和水面之间的相对运动。俯仰角增加,飞机水上迫降过程中的最大纵向力单调增加,最大法向力、最大低头力矩和表面最大冲击压力均先增加后减小,因此该飞机适宜以较大俯仰角进行水上迫降。     

水锤效应影响因素及防护结构的数值研究

燃油箱作为飞机上易损性最高的部件,当其遭受高速射弹袭击时会产生破坏严重的液压水锤效应,直接威胁飞机安全,对水锤效应问题的数值研究具有重要意义。采用CEL 方法对水锤效应问题进行数值模拟,首先同已有试验结果进行对比,验证数值计算模型的准确性;然后分析射弹入射速度、充液率对水锤效应的影响;最后对水锤效应的防护设计进行数值分析,优选防护结构设置形式。结果表明：水锤效应的破坏威力来自于冲击波,射弹动能越大、充液率越高,油箱破坏性越大;设置防护挡板能够在一定程度上降低冲击波对油箱结构的破坏程度,空气防护挡板结构的防护效果最佳。     

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.     

复杂结构件数控加工浮动装夹自适应控制方法

为了减小复杂结构件数控加工产生的变形,满足装夹自适应调整需求,基于浮动装夹加工原理提出了浮动装夹自适应控制方法,研究了基于CAN(Controller Area Network)总线的浮动装夹系统通信、零件受力和变形的监测与检测、基于OPC(OLE for Process Control)的机床状态监测、数控机床和夹具协同控制等关键技术,开发了浮动装夹自适应控制系统。此系统在航空制造企业进行了实际加工应用验证,能够实现装夹自适应调整,满足工业应用需求。     

飞机结构疲劳与结构完整性发展综述

飞机结构设计与强度分析是影响飞机结构安全的关键因素,从静强度到安全寿命、损伤容限理念的提出,再到耐久性概念和结构完整性规范的形成,经历了飞机设计理念和技术体系不断完善的过程。然而,目前结构完整性理念在工程实际中的贯彻仍停留在产品研制和检测的层面,限制了其更深层次的作用。介绍了飞机结构设计从静强度设计到结构完整性设计的发展历程、飞机结构完整性的基本概念和飞机结构完整性大纲（ASIP）的主要特点;通过"5个任务",突出了结构完整性大纲从传统设计阶段的分析和检测规范到产品全生命期的过程控制与管理规范的提升转变;最后通过2个典型型号案例,介绍了飞机结构完整性理念在设计、验证与使用维护全生命期的成功应用。通过对基本概念的剖析以及对主要设计理念发展的梳理,展示了飞机结构安全策略从设计研制阶段到全生命期控制的质变过程,指出了结构完整性理念从基于试验的体系方法向着数字化方向发展的趋势。     

冰雹的数值模拟方法初探

冰雹的撞击对于飞机的整个结构存在着巨大的威胁,偶尔的一次遭遇冰雹袭击也是对飞机结构性能的严峻考验。由于实验测试需要投入大量的人力财力,因此,建立冰雹的数学模型显得尤为重要。目前所建立的数值模型主要有三种：有限元（FE）模型,任意拉格朗日一欧拉（ALE）模型和光滑粒子流体动力学（SPH）模型。首先论证了这些数值模型与实验测试结果吻合的情况,接着模拟了冰雹撞击飞机发动机进气道的过程,最后通过对这三种冰雹模型的比较,得出了SPH模型是分析冰雹撞击飞机问题的最有效、最好的模型的结论。     

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。     

Design of hybrid-electric aircraft with fault-tolerance considerations

The potential benefits of hybrid-electric or all-electric propulsion have led to a growing interest in this topic over the past decade. Preliminary design of propulsion systems and innovative configurations has been extensively discussed in literature, but steps towards higher levels of technological readiness, optimisation algorithms based on reliable weight estimation and simulation-based mission analysis are required. This paper focuses on the integration of a method for evaluating the lateral-directional controllability of an aircraft within a design chain that integrates aero-propulsive interactions, accurate modelling of the fuel system, and mid-fidelity estimation of the structural weight. Furthermore, the present work proposes a strategy for powerplant management in scenarios with an inoperative chain element. Benefits of hybrid-electric propulsion on the design of the vertical tail plane are evaluated involving the analysis of multiple failure scenarios and certification requirements. The proposed application concerns a commuter aircraft.