大型水陆两栖飞机抗浪能力研究

阐述了大型灭火/水上救援水陆两栖飞机高抗浪船体设计方法，对飞机起飞过程中的水阻力、滑行稳定性和波浪运动响应进行了研究。通过对比分析，发现断阶喷溅形态是影响水阻力出现第2峰值的关键因素，提出了水阻力曲线出现第2峰值的条件；分析了在纵倾角-速度图中不同区域滑行时飞机纵倾角响应特性，明确了飞机在典型状态的稳定边界；通过研究波长、速度对飞机纵倾角、飞高和机身垂向过载的影响，确定了飞机在波浪水面发生剧烈运动响应时对应的波长范围。     

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。     

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。     

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。     

民机应急撤离及救生系统设备配置分析

民机应急撤离及救生系统是在飞机出现意外等紧急情况下能使旅客快速撤离飞机、挽救乘员生命安全的关键系统,它包括迫降陆地后的应急撤离设备、追降水面上的水上救生没备以及必要的医疗救治设施。通过分析当代民机应急撤离及救生系统设备的配置情况,从适航要求方面分析民用飞机在几种救生模式下应急撤离及救生系统的配置需求。     

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.     

着水初始条件对水陆两栖飞机着水性能的影响

针对着水初始条件对水陆两栖飞机静水面降落性能影响的问题,使用非定常雷诺平均Navier-Stokes方程和标准k-ω两方程模型求解非定常流场,耦合流体体积模型捕捉自由液面,结合改进的流场域网格划分策略,并借助任意拉格朗日欧拉方法处理机体、网格和水气交界面三者关系。基于上述方法,探讨初始姿态角、下降速度和前飞速度对着水性能的影响,其中驾驶舱与重心位置加速度、气动力与水动力、俯仰角与吃水深度等参数变化被考虑在内,逐步得到最优着水初始条件。结果表明：增大初始姿态角有利于减缓飞机各位置除初次触水过载峰值外过载峰值的变化。当飞机俯仰力矩出现极值时,驾驶舱垂向过载显著大于其他方向和位置过载。减小初始下降速度,各加速度值也随之减小,值得注意的是重心垂向加速度值与初始垂向下降速度平方值存在线性变化关系。着水前飞速度的选取应使得气动升力略大于重力,飞机才能获得更佳的着水性能。     

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.     

溢流条件下飞机结冰过程的传热特性研究

基于液/固相变和液膜流动的基础理论,对飞机结冰过程的传热特性进行了研究,建立了溢流与液/固相变耦合的结冰传热模型,并采用该模型对来流各参数对冰层生长特性的影响进行了分析.研究结果表明,结冰表面液态水的溢流将促进液/固相变过程,并进而提高冰层生长速率.气动剪切力是影响溢流效应的主要因素,来流速度越高,气动剪切力越大,溢流效应也越明显;反之,则溢流效应越微弱.在溢流条件下,来流参数中来流温度和速度是影响冰层生长速率的主要原因.来流速度越高或温度越低,则冰层生长速率越大,反之则生长速率越小.比较而言,液态水含量和水收集系数的变化对冰层生长速率的影响相对较小.      

基于分段插值的水上无人机离水特性求解方法

水上无人机成为无人机研究的新热点,其船体构型对离水特性影响巨大,构型参数设计合理可以减小滑跑距离和需用功率,反之会造成离水困难,甚至可能出现增加发动机功率水上飞机也无法离水的情况。这是由于其特殊的起降环境使得水上无人机起飞过程受力情况较常规飞行器更加复杂,常规飞行器起飞性能计算方法对于水上无人机不再适用,所以对水上飞机起飞离水特性的求解十分重要。CFD的发展使得利用数值计算方法代替常规的试验手段成为了可能,但直接利用CFD软件仿真求解水上无人机/飞机的离水过程难度大,耗时长,可行性低。可根据CFD计算中库朗数条件对气动力和水动力求解要求的不同,采用解耦方法分别求解不同条件下水上无人机完整构型的气动力和船体构型的水动力;同时水上无人机在起飞滑跑过程中,垂向受力小、加速度小,可将垂向受力看做近平衡状态,这成为分段插值求解方法的基础。将离水起飞过程离散化,利用分段插值方法求解得到其起飞离水特性,计算结果可以很好体现水上无人机水面滑跑的特性,与试验结果吻合良好。     

起落架越过凸阶性能仿真分析

飞机在起降滑跑过程中,不可避免会受到跑道路面凸阶的影响。本文基于多体动力学理论及LMS Virtual.Lab Motion动力学仿真环境,建立了起落架动力学模型,仿真分析了起落架不同工况下越过凸阶时,起落架各物理参数和飞机重心垂向加速度的变化规律;并通过对前、主起落架分别过凸阶以及主起单轮和双轮越过凸阶两种工况的详细对比发现,主起落架机轮越过凸阶要比前起落架越过凸阶对全机扰动更大,主起落架同时越过凸阶轮胎越多,对重心过载影响越大。     

放宽静稳定性设计对民机使用经济性的影响

将放宽静稳定性与飞机的经济性指标直接关联,研究主要设计参数对飞机气动性能和直接使用成本的影响.首先分析了静稳定性设计对民机气动性能、结构质量及燃油消耗的影响;然后与民机使用经济性相结合,得出重心后移量与直接使用成本的函数关系和曲线.结果显示,采用放宽静稳定性技术有助于提高民用飞机的使用经济性.该研究方法可以为我国大型客机采用主动技术提供技术依据.     

多电式环控系统电动机功率选定及其经济性分析

提出多电式环控系统参数匹配计算模型,获得不同飞行工况下电动机功率的选定值,分析其影响因素以及系统的经济性.结果表明:对于一定的供气压力,飞行高度越高,电动机功率越大,而同一高度马赫数越大,电动机功率越小;对于给定的飞行工况,供气压力越高,电动机功率越大;对于相同的供气压力与飞行工况,多电式环控系统的性能代偿损失比传统环控系统要小,飞行时间越长,系统的经济性越好.      

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。     

舰—机适配条件对舰载机滑跃起飞性能的影响

针对不同舰-机适配条件下舰载机起飞安全性的问题,建立了飞机滑跃起飞动力学分析模型,用数值方法分析了飞机起飞质量、甲板参数、舰船航行速度等因素对飞机滑跃起飞性能的影响。仿真结果表明：舰载机起飞质量增大会减小其离舰爬升率;平直甲板越长或斜甲板出口倾角越大,离舰爬升率越大;但是出口倾角太大时,会使飞机离舰迎角超出限制;增大舰船的行驶速度,可以缩短舰载机起飞所需甲板的长度。     

如何确定跑道长度

新建或改、扩建民用机场的场道工程中,首先要解决的问题就是修多长的跑道。而这一问题是属于航务管理部门所做的“航行服务研究”中的一项内容。它需要根据机场净空、飞机性能、飞行的航线等诸多条件进行机场分析和航线分析而取得一个综合指标来确定。一般说来,飞机越大,航程越远,飞机的起飞重量越大,要求的跑道就越长;机场海拔越高,机场气温越高,要求的跑道也越长。因此,需要考虑以下六个方面来确定跑道长度。 1.机场的性质国际机场、干线机场和支线机场所需的跑道长度不同。国际机场需考虑世界上飞国际航线的大型飞机在其起降,例如需考虑波音747、麦道11、空中客车340;而     

新机试飞特殊情况处理方法

本文介绍新机在试飞时两种特殊情况处理方法。一是对于装有双发动机的歼击机,起飞时由双发转单发的应急处理;二是飞机在发动机停车故障状态下返场着陆的停车迫降应急处理。文中在由双发转单发的应急处理中着重计算和研究了最大终止起飞速度和最小单发起飞速度及其关系。在停车迫降应急处理中着重研究了实施停车迫降的条件并对几个参数的选择作了分析。     

飞机拦阻钩系统动力学分析与仿真

针对飞机拦阻钩系统,研究了飞机着陆过程所受的力和力矩,分析拦阻力产生机理和作用方式,建立了对中拦阻动力学模型,应用Matlab软件对拦阻着陆过程进行全机动力学仿真技术研究,通过对飞机在着陆过程中的姿态参数与拦阻力进行分析,对不同着陆方案进行优化设计。研究结果表明,拦阻钩啮合速度越小,导致主轮接地时间与距离越长,主轮先接地余量越大,安全性越好;啮合时刻越晚,导致缓冲作动器影响越大,主轮先接地安全余量越小,安全性越差。     

电传民机高速保护功能应用分析

高速保护功能作为主动控制技术之一,已在当代电传民机上广泛应用。结合空客电传民机设计实例,首先分析了该功能的必要性和设计目标;其次探讨了该功能的设计考虑,包括高速保护裕度考虑、高速保护方案考虑和故障情况下的考虑;最后阐述了高速保护与其它包线保护功能的关系,包括与滚转角保护的关系、与俯仰角保护的关系和与法向过载保护的关系。