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1、总第188期直升机技术GeneralSerialNo.1882016年第2期HELICOPTERTECHNIQUENo.22016文章编号:1673-1220(2016)02-015-07直升机平静水面着水仿真分析袁李斌,康民(中国直升机设计研究所,江西景德镇333001)摘要为研究直升机水上迫降的相关性质,采用基于SPH-FEM的流固耦合方法计算半圆筒结构着水过程中的加速度和压力,并通过与相关试验数据对比得到水体参数。随后进行直升机平静水面着水仿真计算,研究气囊对直升机着水的影响,并对直升机着水的安全性进行分析。关键词流固耦合;着水;仿真+中图分类号:V212.131文献标识
2、码:ASimulationofHelicopterImpactingonCalmWaterYUANLibin,KANGMin(ChinaHelicopterResearchandDevelopmentInstitute,Jingdezhen333001,China)AbstractInordertostudythenatureofhelicopterditching,thispapercalculatedtheaccelerationandpressureofsemi-cylindricalstructureimpactingontowaterwiththeSPH-FEMmet
3、hod,andgottheparametersofwaterbycomparingwiththeexperimentaldata.Thenconductedthesimulationofthehelicopterimpactingoncalmwater,studiedtheinfluenceoftheairbagwhenimpactingonwater,andanalyzedthesafetyofthehelicopterditching.Keywordsfluid-structurecoupling;waterimpact;simulation[2]着水模型并进行仿真计算。J
4、acksonKE等人采0引言用LS-DYNA软件分别用任意拉格朗日法(ALE)和直升机水上迫降是流体和固体运动耦合的过光滑粒子流体动力学法(SPH)进行着水试验仿真计程,对于这种复杂相互作用机理,要进行细致的考虑算并与试验数据进行对比,同时研究了网格密度的[3]很困难。同时,为提供浮力以及保证直升机在水上影响。黄鑫锋采用VOF模型、边界造波法及动网的稳定性,直升机配有浮筒,且一般采用气囊式浮格模型等方法,在Fluent软件中模拟了带应急气囊[4]筒,这使得直升机着水过程更为复杂。的直升机在波浪作用下的运动。姜孝旺等人用现阶段流固耦合问题趋向于采用数值仿真分析ANSYS/LS-D
5、YNA软件建立了直升机气囊应急着水[1]来求解。GilWittlin等人利用非线性有限元砰击问题的简化模型,得到浮囊水平速度和加速度(MSC/DYTRAN)和杂交元(DRI/KRASH)方法建立随时间变化曲线。收稿日期:2015-10-12作者简介:袁李斌(1990-),男,福建宁德人,硕士,主要研究方向:直升机强度设计。·16·直升机技术总第188期本文采用基于SPH-FEM的方法进行流固耦合受到的接触力为:仿真分析。首先建立了半圆筒结构的入水冲击模F=SLFACM·STF(SNODE)·g(5)ii型,通过与相关文献数据对比确定了水体相关参数,式中,SLFACM为接触刚度缩
6、放因子,STF(SNODE)为后续直升机仿真提供参考值;随后建立直升机着为主从节点的接触刚度。水分析模型,研究了气囊结构在直升机着水过程中1.2状态方程的影响,并对直升机水上迫降进行安全性分析。流体动力学问题中状态方程形式有许多种,本文采用以下两种状态方程。1算法简介Monaghan提出的用来模拟水体的自由表面流1.1SPH-FEM方法动的状态方程:γSPH方法是为求解流体动力学问题而提出的,p=p+B((ρ/ρ)-1)(6)00流体动力学问题的求解通常采用数值解法。对基于式中,ρ是参考密度,γ是一个常量,通常定为7。0密度、速度、能量等变量场的偏微分方程组进行离散当流体最大流
7、速为v,则状态方程中的系数Bmax化,并获取任一点上的变量函数及其导数的近似值,为:2最后利用近似函数获得离散化、只与时间相关的常B≥100·ρ·v/γ(7)0max微分方程,采用标准积分程序来求解。线性状态方程表示为:232在SPH方法中,函数f(x)的积分表达式定p=C+Cμ+Cμ+Cμ+(C+Cμ+Cμ)E0123456i[5]义为:(8)μ=ρ/ρ-1(9)f(x)=∫f(x′)δ(x-x′)dx′(1)0Ω式中,C是材料常数,μ是一个无量纲参数,ρ是当i用光滑函数W(x-x′,h)
