飞机迫降水面分析

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1、客机水面迫降时的姿态摘要本文主要研究了客机迫降时的姿态。我们采用动力学理论知识对客机迫降的整个过程进行了机理分析。寻找合理的客机迫降姿态是保证客机迫降的成功率和乘客安全的主要因素，也是目前一个备受关注的问题。对于问题(1)，首先根据飞机复杂的外形将其简化为长方体，由于飞机的重力远大于水的浮力，因此分析时不考虑浮力对飞机的作用，然后对飞机从开始接触水面到相对水面静止这一过程，采用运动学理论知识对力、速度与角度的关系进行分析，得到飞机着水时的速度与飞机接触水面夹角的关系。在使用积分求解时，积分变量(时间)的上下限无法确定，对此引入平均估计的思想对模型进行简化，将飞机的运动分解在水平和竖直方向上。

2、当水平和竖直方向的速度在减小为零的过程中，飞机出舱口的位置应保持在水面之上。得出水对飞机的平均冲击力和飞机与水面的夹角的关系式，为了保证人员安全，将其等价转化为平均冲击力不能大于人能承受的最大冲击力的一半。最后我们给出了飞机在不同速度时，迫降在静水面角度的关系式，即飞机的迫降姿态。以空客A320为例，当飞机竖直方向的速度为8m/s、水平方向的速度为48m/s时，求得飞机与水平方向的仰角为11.0°。对于问题(2)，在问题(1)的基础上进一步分析，因海面上波浪的波形非常复杂，故将波浪的形状简化为锯齿状。对飞机与波浪进行运动学理论和空间几何分析，把速度和力转化在锯齿面上，建立模型和求解。最后得出

3、飞机在有风浪的水面迫降时，飞机与水平面的夹角关系式。以A320为例，解得飞机与锯齿面的夹角为0°（加减1°），对此飞机应尽可能与波面平行迫降。最后我们对飞机迫降于静水面模型的灵敏度进行了分析和模型的推广。为了得到水平速度和竖直速度对飞机迫降角度的影响，我们分别做出水平速度一定时，改变竖直速度，迫降角度与阻力的变化图和竖直速度一定时，改变水平速度，迫降角度与阻力的变化图，最终得出结论为：影响飞机迫降角度的主要因素是飞机的竖直速度，因而飞机在迫降于水面时应尽量减小竖直速度，从而减小冲击力，提高飞机迫降的成功率。关键词：运动学理论；简化；飞机迫降；空间几何分析1一、问题重述随着人类文明的发展和科技

4、的不断进步，越来越多的客机进入人们的生活当中，成为不可或缺的交通工具。然而也增加了水面迫降的可能性，在2009年1月15日下午（美国东部时间），USAirways所属第1549航班（空中客车A320客机）在起飞后不久在纽约哈德逊河紧急迫降。经及时救助，机上155人（其中包括两名机师和三名乘务人员）在飞机沉没之前全部获救。该起事故造成78人受伤，无人死亡。这架客机从纽约长岛拉瓜迪亚机场起飞约90秒后遭飞鸟撞击，导致两个发动机损坏。机长萨伦伯格凭借着出色的驾驶技术和冷静的判断使飞机迫降在哈德逊河河面。而飞机上的乘客在乘务员的指挥下，有秩序地逃出紧急舱门并全部获救。虽然发生水面迫降的可能性很小，但

5、在发生水面迫降的情况下是非常危险的。世界各国在制定民用适航条例时，把此项内容编制了进去，并作为认证的一个方面，美国联邦航空局及英国民航局规定了如下要求：所有大型运输机，都必须通过模拟试验或借助分析及类比外推来验证其水上迫降性能。欧洲联合适航条例要求规定：对飞机水上迫降性能必须借助模拟试验加以研究，或通过与水上迫降性能已知而且布局类似的飞机作比较加以研究。我国在民用适航条例CCAR-25中就民用飞机的水上迫降能力合格审定页做了明文规定。如何确定飞机水面迫降时的姿态，确保能够安全的降落，是发展大型运输机的过程当中，迫切需要解决的一个问题。二、问题分析本文是要对飞机因为失去动力而进行水面迫降，经过

6、对飞机降落在水面时进行受力分析和运动分析，确定以何种姿态接触水面才能保证乘客能够安全的离开，同时在接触过程中乘客受到的损伤最小。对于问题（1），由于飞机的外形过于复杂，受力分析十分困难，为了减小飞机的受力分析和运动分析，论文把长方体来模拟飞机，大大的减化了模型。在飞机刚好与水面接触时，飞机与水面接触时的速度可以分解成在水平方向的速度和竖直方向的速度，在与水面接触过程中，可以认为是持续的非弹性碰撞，论文中把飞机看成静止，水与一个相对分机的速度去碰撞飞机，产生了一个冲击力，对飞机进行受力分析，和几何分析得出相互之间的关系式，求得飞机与水面接触时速度的变化关系式。通过计算飞机与水面的接触面积，进而

7、求得与飞机碰撞的水的质量，然后利用能量学进行计算，发现求解十分困难，对此论文再对模型进行简化，用平均值来做出大概估计，直接用入水时到停止时。从而求得速度与飞机和水面夹角之间的关系式，做出速度与阻力之间的关系图，然后用A320的相关数据对USAirways所属第1549航班的水面迫降做出分析。对于问题（2），在问题（1）的基础上进行模型的推进和复杂化，由于波浪的形状为波形，每个位置的斜率都不一样，直接建立模型非