基于sph的飞行器水上迫降数值模拟方法与应用

《基于sph的飞行器水上迫降数值模拟方法与应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中图分类号：V211.3论文编号：102870115-S223学科分类号：082501硕士学位论文基于SPH的飞行器水上迫降数值模拟方法与应用研究生姓名陆召严学科、专业飞行器设计研究方向总体气动设计指导教师肖天航副教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年三月iNanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringSmoothedParticleHydrodynamicsforAircraftDitchingAThesisinF

2、lightVehicleDesignbyLuZhaoyanAdvisedbyAssociateProf.XiaoTianhangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015ii基于SPH的飞行器水上迫降数值模拟方法与应用承诺书本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或

3、证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：iv南京航空航天大学硕士学位论文摘要飞行器水上迫降性能作为衡量其安全性的重要指标，其实质为入水冲击这类非线性大变形流固耦合的复杂问题，研究有效的数值模拟工具具有重大的意义。本文为了很好的模拟入水问题的非定常性、非线性以及伴随的喷溅现象，开发了一种基于光滑粒子动力学（SPH）的数值模拟软件，应用于研究包括直升机和客机等飞行器水上迫降问题，具有重大的工程应用价值。

4、本文首先从积分插值出发，详细介绍了SPH方法的基本原理，并推导了SPH形式的流体力学基本方程，采用了一种虚拟粒子填补流体粒子支持域被边界截断的区域的边界处理方法，可以有效的模拟复杂形状的边界。同时在模拟飞行器刚体运动时，采用了四元数法描述机体运动学方程，避免了求解刚体运动姿态时出现奇点问题。在程序设计过程中，根据需求分析确定软件总体设计方案包含数据输入、粒子生成、SPH求解、运动规律求解、计算过程监控与结果输出和人机交互界面六大功能模块。同时发展了一种Verlet-list和Cell-list相结合的邻近粒子搜索算法并且采用基于MortonKey/Z-curve

5、order的顺序对粒子进行排序，很大程度提高了软件的效率。此外，为了提高软件稳定性，采用包括拉伸不稳定修正、核函数正则化修正和密度重构的方法，效果显著。论文采用二维溃坝、二维楔形体入水、三维溃坝以及返回舱着水问题为算例，验证了算法和软件的准确性、稳健性和解决复杂问题的能力。本文最后应用开发的数值模拟软件研究了几何外形复杂的直升机和民用客机的水上迫降问题。对直升机缩比模型进行了俯仰角分别为6°、8°和10°的带有水平速度水上迫降模拟，得到了良好的水体喷溅效果以及准确的过载数值；对DLR-F12的缩比模型进行了水上迫降数值模拟，采用真实的下滑角条件，得到了令人满意的

6、结果。关键词：水上迫降，光滑粒子动力学，流固耦合，飞行器，数值模拟v基于SPH的飞行器水上迫降数值模拟方法与应用AbstractAircraftditchingperformanceasanimportantindextomeasurethesafety，itsessenceissuchacomplexproblemofnonlinearlargedeformationoffluid-solidcoupling.Therefore,theeffectivetoolofnumericalsimulationisofgreatsignificance.Inthisp

7、aper,inordertosimulatethewaterentryproblemsofunsteady,nonlinear,andtheaccompanyingphenomenonofspitting,developedabasedonsmoothparticlehydrodynamics(SPH)numericalsimulationsoftware,wasappliedtostudyincludedhelicopterandcivilaircraftditchingproblems,hasimportantvalueofengineeringapplic

8、ation.Thisar