客机水面迫降最佳姿态

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1、客机水面迫降最佳姿态摘要在第一阶段对客机在平静水面安全迫降的数值分析的基础上，进一步讨论飞机在有风浪的情况下的迫降情况。客机是否迫降成功主要取决于飞机能否承受水对飞机底面产生的应力和飞机迫降时的加速度是否超过人所能承受的加速度的极限值。通过对飞机迫降时与海浪波峰、波谷之间的倾角以及迫降时的加速度分析，建立了机头和机尾接触海浪波峰和波谷几种不同模型。综合运用受力分析，运动状态变化分析，压强分析，数学积分等方法来解决问题。飞机的水面降落是一个动态过程，包括了计算区域的整体运动和飞机撞击水面后气-液界面的动态变化。为了能够准确描述飞机水面降落的过程，文中采用了VOF方法。VOF

2、方法主要用于捕述气-液界面的运动变化。不同于阶段一，由于考虑到风浪的影响，阶段二进一步增加分析了着水前的运行状态。对于模型的求解，我们利用matlab和mathtype软件，求出水面对飞机应力与飞机与水面的倾角的函数关系式。由于方程十分复杂，我们计算不同倾角时的应力最大值，由此判断飞机的最佳飞行姿态。更进一步，我们对此方案进行了改进。在实际情况下，飞机是以三维模型与水面相接触的，我们将建立的二维模型向实际推广，大致确定三维情况下比较合理的值。关键词：物理受力分析VOF方法最佳迫降姿态一、问题的重述2009年1月15日下午（美国东部时间），USAirways所属第1549航

3、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。第二阶段问题：问题：在越洋飞行的航班中，曾有个别航班出现过由于重大故障或意外原因，被迫在海面迫降的情况。在有风浪的条件下，飞机在海面的迫降具有更大的难度和危险性。请你建立合理的数学模型，对客

4、机在海面的迫降进行分析，指出在有风浪的条件下，飞机以何种姿态和航向接触海面是相对安全的选择。二、模型的假设与符号说明2.1模型假设（1）前面提到，飞机是否安全迫降，主要与飞机自身的结构强度和飞机迫降的姿势有关。因此，我们假设飞机自身的结构强度已经达到一个标准程度，即确定飞机自身能够承受的最大压强为一个定值（即临界值）。（2）经过分析，我们设定飞机在进入水中达到飞机的最大速度时，飞机所承受的压强最大。（3）飞机两翼与海平面的倾角相同，忽略左右两翼歪斜情况；（4）飞机可以任意合适的的倾角与海面相接触；（5）水面足够宽，能保证飞机从接触水面到停止过程中的滑行距离；（6）不考虑海

5、上其他障碍物得影响，以及飞机接触水面前一段过程飞机的飞行状态；（7）驾驶员驾驶状态正常，驾驶技术相当，飞机性能相当；（8）飞机上的乘客正常，所能承受的加速度极限值与正常人相同；（9）可以将整个飞机看作是一个长方体刚体，飞机与海浪相接触是以底面相接触的；（10）飞机与海面接触过程中，不考虑水向周围扩张，把水看成是可压缩的弹性物质；（11）飞机从于海面接触到停止整个过程都未完全没入水中；。（12）飞机与海面接触过程中不考虑风对飞机的作用力。（13）假设海浪以一定的速度沿着一定方向传播。2.2符号说明符号符号说明符号符号说明h波浪高度波动态传播速度L机身长度飞机最大横截面的直径

6、飞机与水平面的夹角飞机能承受的最大压强空气阻力水的阻力空气密度水的密度空气阻力系数水的阻力系数飞机相对水平方向面积飞机相对垂直方向面积飞机相对水平方向的速度飞机相对垂直方向的速度m飞机的质量g重力加速度飞机从失去动力到接触水面时用的时间飞机失去动力时的高度飞机到达零界条件时的速度h飞机到达零界条件时下沉的高度飞机到达零界条件时与水的接触面积P飞机在水中受到的压强飞机落入水中的高度与速度的比例系数飞机在水中受到的浮力三、问题的分析因为海浪是以一定的速度定向移动的，飞机在降落的过程中，海浪也在做相应的运动，我们把海浪看成波动的形式沿着定向移动。所以这里我们不能还像第一阶段那样

7、仅考虑飞机和水面直接接触的情况，我们考虑飞机在与波面接触前一段时间的飞行状况，确定飞机从降落到和波面接触的时间t和此时的速度分量与倾角。飞机在有风浪的海面上上进行迫降，决定是否安全着陆的最关键在于：飞机的迫降姿势和飞机自身的结构强度。然而，飞机的结构强度在机身设计时已经到达一个标准水平（即飞机的结构强度一定），在这样的情况下，我们需要解决的就是：（1）飞机在空中降落的整个过程中的速度是怎么样变化的？（2）风浪对飞机的迫降起到什么样的作用？（3）飞机迫降河面瞬间机身与水平面的夹角为何值是飞机能安全迫降？（4）飞机进入水面时受到压