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数值计算技术在航空器水上迫降中的应用

刘沛清  屈秋林  郭保东  金鑫  吴佳莉  张纯  
【摘要】:水上迫降性能研究是民用运输机和直升机设计部门为了保证机上乘员的安全性和生存率的需要按照适航规章相关条款必须完成的项目之一。民用航空器入水撞击(water impact)可以分为两类,一类是有计划水上迫降(ditching),另一类是无计划的水上迫降(unplanned watercontact)。对有计划水上迫降的分析研究有重要的意义,因为在这种情况中,首要问题是保证飞机落水后人员的安全,并且为飞机的结构设计和紧急救助设备提供的科学依据。飞机水上迫降性能验证技术涉及到飞行力学与控制、结构力学、流体力学、冲击动力学、人机环境等多个学科,是一个非常复杂的综合性研究课题。近些年来各种数值方法大量应用于飞机设计和验证过程,已得到适航部门的认可,并代替试验方法进行符合性验证。数值技术在飞机水上迫降研究中的应用也日趋成熟,与费用昂贵、时间较长的水上迫降缩比模型实验相比,数值模拟方法的成本低廉、灵活方便,不仅可以给出相关的冲击载荷,还可以详细地展示相应流场结构,为深入分析问题提供参考。美国波音公司和欧洲空客公司正在大力发展数值计算和复合方法在水上迫降性能研究中的应用,为飞机的预先研究奠定基础。本文总结了近60年来飞机的水上迫降事故,并回顾了数值计算技术在飞行器入水冲击中应用的发展历程,详细介绍了有限体积法、有限元法、光滑粒子水动力学方法(SPH)和工程算法在水上迫降中的应用特性,对比分析了各种方法的优缺点,为数值技术的发展和型号中的工程应用提供了参考。

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