水上飞机起飞历程的水动力特性分析

水上飞机能够在水面高效起降得益于船体布局的精细化设计,而深入掌握水上飞机的水面起飞滑行 规律对于飞机的研制至关重要。采用水池拖曳试验和数值模拟方法两种研究方法探寻流动机制,分析大型两 栖水上飞机滑行过程中的水动力特性。结果表明:利用计算流体动力学技术可以较为精确地模拟复杂外形的 两相流耦合六自由度运动,与水池拖曳试验的流场形态和模型动力学特性吻合,在起飞全过程中阻力误差均在 10%以内;对于带起落架舱的大型两栖水上飞机,前体舭弯产生的强烈喷溅是阻力峰产生的根本原因。     

水翼型水上飞机偏转机翼布局数值研究

针对水上飞机水面起飞过程阻力峰值较大,提出一种可偏转机翼水翼型水上飞机,飞机水面滑行时偏转机翼割划水面产生水动升力将飞机抬离水面,空中飞行时偏转机翼根据飞行条件可偏转角度。采用空气动力和水动力耦合求解并结合动力学平衡方程方法分析了该布局水动特性并进行空中巡航气动特性分析,同时计算同尺寸双浮筒型水上飞机,比较两种构型水动与气动特性。数值计算结果表明,水面起飞过程中双浮筒型水上飞机总阻力峰值约为水翼型水上飞机偏转机翼布局的1.97倍;飞机空中飞行时,偏转机翼偏转角为0°时气动性能最优且所受阻力低于双浮筒型水上飞机,从而证明了水翼型水上飞机偏转机翼布局能够有效提高水上飞机的水动与气动性能。     

船身式水陆两栖飞机起降飞行仿真研究

水陆两栖飞机地面和水面起降特性需要满足适航规章的要求,有必要在飞机方案的优化设计过程中建立准确的计算分析方法来开展评估,以保证飞机方案的适航符合性、降低设计更改风险。基于滑行艇水面滑行水动力分析方法、地面起落架多体动力学建模方法及 Matlab / Simulink 仿真环境,分别建立某船身式水陆两栖飞机水面、地面起降的飞行仿真模型,数学模型中包含飞机本体飞行力学模型、水动力模型或起落架模型,通过对算例飞机水面和地面起飞过程开展飞行仿真,得到飞机各运动状态变量、起落架参数、水动力等的时间历程,并与飞行试验、水池试验数据进行对比分析。结果表明:所建立的船身式水陆两栖飞机地面、水面飞行仿真方法达到了型号设计的精度要求,仿真结果与试验试飞结果吻合得较好。     

基于OpenFOAM的水陆两栖飞机水面高速滑行研究

在开源软件OpenFOAM的两相流动态解算器中添加了激励盘,数值研究了考虑动力影响的大型四发涡桨水陆两栖飞机在水面高速滑行时的典型力学特性。针对水陆两栖飞机的特殊性,全面考虑了飞机高速滑行时的水动力、气动力、地面效应以及螺旋桨的动力影响,较为真实地模拟了飞行器水上起飞的瞬时状态。首先,在interDyMFoam中添加了激励盘模型,以体积力的形式将螺旋桨旋转产生的动量注入流场,用以模拟飞机起飞时大拉力情况下滑流的动力学影响,较螺旋桨非定常模拟方法大幅减少了计算量。其次,对Wigley船体标模和螺旋桨单桨模型分别进行了考核,验证了OpenFOAM的水动力计算能力并确认了新加入的动态激励盘方法的可靠性。最后,利用建立的方法研究了水陆两栖飞机水面单断阶滑行过程中的气动力和水动力特性并给出了滑流和动力的影响规律。     

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。     

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。     

地效飞行器水面起飞滑跑距离估算方法

地效飞行器、水上飞机在水面起飞时,由于受到发动机推力、水动力和空气动力的作用,其运动规律非常复杂。加上阵风、水面状态以及驾驶员的操纵技术等一系列因素,使情况更加复杂化了。本文在基本运动方程中引入了机身浸湿面积与滑行速度成负斜率线性关系的假设,从而简化了起飞距离的计算过程,得到发动机推力与起飞滑行距离之间的关系曲线。本文...     

水上飞机纵向稳定性判别方法研究

水上飞机的稳定性不论在水上飞机的设计阶段还是试验阶段都是设计人员关注的焦点,稳定性是水上飞机在水面安全起降、滑行的保证。为解决传统水上飞机稳定性判别方法的难操作性,结合滑行艇稳定界限估算方法,对已开展且具有代表性的水上飞机单船身稳性试验结果进行了计算分析、总结,并采用数据优化等方法得到了纵稳性限界拟合方程,通过相关试验数据的逆向校核,证明了所得回归公式的准确性。经多次验证,方法不仅可以在开展单船身模型试验时用以确定后续工况,还能为水上飞机的纵向稳性性能研究提供参考。     

水上飞机俯仰转动惯量测量试验的不确定度分析

为了与在其他试验水池进行模型试验的结果精度进行比较,提高拖曳水池的模型试验水平,对水上飞机模型俯仰转动惯量进行了6次测量试验,并对测量不确定度进行了分析。结果表明,延长摆动时间、增长悬挂钢索、提高水平杆两悬挂点间距的一半的测量精度,及增加摆动时间测量结果的稳定性,可降低水上飞机俯仰转动惯量的不确定度。     

某型水上电动飞机静水起飞阻力峰模拟与分析

针对某型浮筒式水上电动飞机准确计算水阻力峰的问题,利用CFD对其在静水面起飞过程的航行及过渡滑行阶段的运动状态进行了动力学仿真,并对仿真结果进行了试验验证。首先,基于流体体积模型确定了空气与水的两相交界自由表面的形态,基于动态流体相互作用模型明确了飞机的纵倾角及升沉变化,求解了相应状态下的水阻力。然后,通过单浮筒拖曳试验验证了仿真方法的有效性。最后,结合工程实际,进行了姿态限制下飞机水阻力峰的模拟计算,并根据结果进行了电推进系统的选型与设计。所得结果可为水上电动飞机的研究提供参考。     

船身式水上飞机起飞距离研究

根据船身式水上飞机起飞特点将其起飞划分为4个阶段,并对每个阶段的受力进行简要分析,在现有运输类民用飞机适航规章条款的基础上对水上飞机起飞时各种速度和起飞航迹进行定义,以此形成可被接受的专用条件。进行了Martin Mars大型四发船身式水上飞机起飞性能试验,并提出水上飞机起飞过程中相关操纵问题。     

基于LBM-LES方法两栖水翼航行器水动特性分析

目前,国内外对于两栖航行器气动/水动特性的研究仍处于探索与发展阶段。结合鱼雷及水翼船的特点,提出一种通过改变外形实现水下、水面航行的新型两栖水翼航行器。基于LBM-LES方法对航行器水动特性进行数值仿真,得到航行器在水下、水面航行时的升力、阻力曲线。结果表明:在水下航行时,收缩水翼的航行器在较小的迎角范围内阻力较小,适合高速航行;在水面航行时,展开的水翼增大了航行器的升力、减小了阻力;通过改变外形航行器能够满足在水下、水面的航行要求,其外形设计及两栖航行性能还有较大的优化空间。     

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。     

从三尺之高到万米之遥——专访中国特种飞行器研究所

中国特种飞行器研究所是我国唯一从事水面飞行器和浮空飞行器等特种飞行器研发的主机所,其1976年首飞成功的大型水上飞机—水轰5是中国水上飞机事业的骄傲。进入新世纪,将倾力研发水陆两栖飞机、地效飞机、载人飞艇、系留气球和平流层飞艇等产品。为此,本刊记者于今年10月中旬走访了中国特种飞行器研究所,采访了陈东升所长和褚林塘总工程师,参观了航空科研试验设施和民品产业生产线,感受到了中国特种飞行器研究所踏上第三次创业之路的激情与活力。     

水陆两栖飞机水面起飞性能操稳适航技术研究

分析了现行适航规章对水陆两栖飞机水面运行的适用要求和不足,并根据水陆两栖飞机水面运行特点,从适航理念出发对水陆两栖飞机水面起飞性能操稳适航技术进行了研究,并对相关适航技术的符合性验证方法提出了验证思路,为我国制定相关适航标准提供参考。     

运输类飞机污染跑道起飞性能建模与分析

飞机在污染跑道上滑行时污染物产生的阻力对飞机的起飞性能有很大的影响。首先,通过分析污染跑道起飞过程中飞机的受力和运动情况建立了污染跑道起飞性能模型,并且重点介绍了模型中污染物阻力的计算方法,然后进行了模型验证及应用分析。研究结果表明,该模型可以准确计算污染跑道起飞场长,可以分析污染物的可达区域,效果良好,可行性强。     

海鸥300模型起飞滑行性能估算技术研究

海鸥300飞机模型采用发动机机背高置布局,模型在起飞滑行时发动机推力会产生一个很大的低头力矩,影响模型的飞行操纵。本文主要介绍螺旋桨的风洞试验结果特殊处理方法、模型滑行起飞所需功率的估算方法以及用升降舵消除发动机产生低头力矩的估算方法,通过滑行试验与仿真结果对比,验证了该估算方法的有效性、正确性。     

大型水陆两栖飞机增升装置特殊设计综述

为掌握大型水陆两栖飞机增升装置工程设计的基本原理和主要技术,设计出满足较高气动力与水动力性能要求的高效增升装置,围绕两栖飞机增升装置的特殊设计方法开展了系统研究。通过对比分析两栖飞机与常规陆基飞机增升装置的技术特征与设计差异,在综合分析国内外典型两栖飞机增升装置的类型及设计特点的基础上,针对两栖飞机的快速性、喷溅性和抗浪性指标,对增升装置在使用和设计环节中相关影响要素进行了详细阐述。依据两栖飞机的使用环境以及使用要求,探讨了气动力与水动力耦合设计对两栖飞机增升装置的重要性,分析了水面喷溅、近水面效应、机构偏转限制等对增升装置的影响机理和影响规律,剖析了增升装置设计与抗浪指标的内在联系,对增升装置下偏量的选取方法给出建议。结合大量水动力、气动力试验和数值模拟数据,总结提炼出了与工程实际紧密结合的两栖飞机增升装置特殊设计原则。依据本文总结的设计方法完成的增升装置方案,已成功应用于我国正在研制的某大型水陆两栖飞机。通过风洞及水动力试验验证,结果表明该飞机越过阻力峰后未发生主喷溅冲击增升装置的现象,耐波性预报表明该飞机的抗浪能力满足预定的技术要求,从而进一步验证了本文提出的增升装置设计思路和设计方法的可行性,且具有较强的工程应用价值,可为两栖飞机增升装置的设计提供可靠的设计参考。     

水上飞机起飞速度适航要求研究

进行水上飞机的型号合格审定需提出针对其设计和使用特点的特定适航要求。基于水上飞机在起飞过程中的动力学特点,对水上飞机起飞的过程和阶段进行了分析,给出了水上起飞的特征速度定义。分析并确定了水上起飞特征速度的相关安全性限制,参考陆上飞机起飞速度适航要求的安全性目标和原则,建立了水上飞机起飞速度的适航要求,并对相应符合性验证的重要问题进行了探讨。     

国内首条水上飞机固定航线首飞

<正>5月10日,全国首条水上飞机固定航线北海至涠洲岛水上飞机航线开通。据了解,北海至涠洲岛水上飞机航线由隶属于宗申产业集团的广东领空通用航空有限公司运营。参与首飞的是赛斯纳208B水陆两栖飞机,巡航时速可达300千米/时,能够乘坐8名乘客。可以进行水面起降,也可以进行陆地起降。水上