地效飞机着水冲击载荷理论计算与试验

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaDec．252016VoI．37No．123698．3705ISSN1000—6893CN11·1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．CFIhkxb@buaa．edu．cn地效飞机着水冲击载荷理论计算与试验褚林塘1’2一，吴彬2⋯，王明振2⋯，孙丰2’31．中航通用飞机有限责任公司，珠海5190302．高速水动力航空科技重点实验室，荆门4480353．中航工业特种飞行器研究所，荆门448035摘要：针对地效(WIG)飞机遭受冲击最为严重的状态——对称断阶着水情况，对影响冲击的各个因素进行了比

2、较分析，在作了一些基本假设后，采用船舶运动中常用的切片理论思想，结合VonKarman水动力学分析的动量概念及Wag—ner的附连水质量公式，提出了一种理论计算方法。同时，还将理论计算结果与试验结果进行了比对分析。计算值与试验值的比较结果说明，理论计算在较大程度上是可信的，可作为结构设计外载荷确定的参考。关键词：地效飞机；水动冲击载荷；对称断阶；切片理论；附连水质量中图分类号：V212．13文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)12—3698—08当前，中国地效飞机的研究总体上正处于从原理试验样机阶段向实用化产品发展、从小吨位向大装载量发展的时期，而随着地效飞机的实

3、用化、大型化，水动力问题的研究日趋迫切，特别是其中的冲击问题，一是如何准确预报冲击载荷，二是如何有效降低冲击载荷对飞机船体的破坏作用。前者可以通过理论预报和试验验证等方法来解决，后者则要通过采取结构优化设计或辅助装置来解决。以往的地效飞机载荷研究中[1瑁]，除俄罗斯外，基本都限于小型试验机，冲击问题并不突出，水动力设计基本沿用水上飞机的一套方法，其船体线型与水上飞机基本类似。在结构设计上，也基本参考水上飞机规范中的水载荷确定方法。地效飞机的着水载荷，与水上飞机有类似之处，在本质上都可以归结到VonKarmanL90和Wagner[1叩对于楔形体人水的冲击和滑行现象所做的研究。Von

4、Karman将动量的概念用于撞水力学分析，认为在任一时刻入水楔形体和附连水质量总的动量守恒。Wagner进一步考虑了水面升高对附连水质量的影响。在此基础上，各国科技工作者进行了大量的研究，提出了许多有价值的计算方法，其中Monaghan和Crewe[1妇提出的理论获得了普遍认可，英国、美国及中国规范中的水上飞机主断阶撞击载荷这一条均建立在此理论及大量试验数据和分析基础之上。此理论假设水上飞机着水后不旋转(即固定纵倾)、机翼气动升力等于着水重力、船身舭部不浸水，但后两项假设与实际情况是有所出入的。地效飞机具有多种航态，包括水上起飞滑跑、空中飞行、水上降落和水面航行等。一般认为，在水上

5、降落时，地效飞机承受着最为严重的水动冲击载荷。对于船体而言，对称断阶着水载荷占主导地位，情况最为严重。所以本文重点针对地效收稿日期：2016-01-11；退修日期：2016—08-08；录用日期：2016—08—29；网络出版时间：2016-09-0610：03网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／11．1929．V．20160906．1003．002．hlmI基金项目：民用飞机专项科研项目(MJ一2015-F-028)*通讯作者．Tel．：0756—3976018E-mail：clt8208@126．com引用格武

6、褚林塘，吴彬，王啦振，等．地效飞机着永冲击

7、载荷理论计算s试验!如航空学报．2016，37(12)：3698—3705iCHULT．WUB，WANGMZ，etalTheoreticalcalculationandexperimentonimpactloadsoflandingofwing-in-groundaircraftonwatersurface[JJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2016，37(12)：3698-3705．褚林塘，等：地效飞机着水冲击载荷理论计算与试验飞机断阶对称着水这一情况，从理论上探求着水冲击载荷的预报方法，然后用模型试验结果校核这种方法的可信度。1着水运

8、动方程及载荷的确定1．1基本假设影响地效飞机断阶着水冲击载荷的因素很多，主要有：地效飞机的质量及其分布；船底形状；与水面接触时的飞机纵倾角、水平速度及垂直速度等运动参数；水面的风及波浪的大小和方向等。根据地效飞机的实际着水情况，分析不同因素的影响程度大小，在不失必要的准确性的情况下，为简便分析，本文作以下几点假设：1)机体视为刚体。2)在撞击过程中，惯性力居支配地位，浮力、黏性力可以忽略不计。3)从着水瞬时到最大过载的时间很短，平行于龙骨方向的速度变化不大，可视为常数