民用飞机水上迫降分析模型和数值仿真.pdf

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1、第42卷第3期2010年6月南京航JournalOfNanjing空航天大学学报UniversityofAeronautics&AstronauticsV01．42No．3Jun．2010民用飞机水上迫降分析模型和数值仿真张韬李书江翔赵金强(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京，100191)摘要：模拟计算了飞机水上迫降的冲击栽荷。利用显式积分法求解离散的拉格朗日有限元方程，并采用欧拉有限体积法求解欧拉控制方程，通过一般耦舍(Generalcoupling)算法实现流固耦合计算，运用Dytran进行数值仿真计算。飞机结构入水时压力在初期就迭到峰值，然后衰

2、减，在峰值过后会出现小幅渡动。相同紊件下弹性体材料模型的压力峰值要比刚体小。4种工况下飞机着水时的压力峰值中以5。攻角最小，随着仰角增大，压力峰值以及峰值出现的区域随之改变。关键词：水上迫降；流固耦合；有限元；有限体积中图分类号：V215．2文献标识码：A文章编号：1005—2615(20lo)03—0392-03AnalysisModelandNumeralSimulationforCivilPlaneDitchingZhangTao，LiShu，JiangXiang，ZhaoJinqiang(SchoolofAeronauticScienceandEng

3、ineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing，100191，China)Abstract：Anumericalsimulationforwaterlandingimpactofaplaneispresented．TheLagrangefiniteelementequationsandEulercontrolequationsaresolvedbyexplicitintegrationmethodandEulerfinitevolumemethod．Thegeneralcoupli

4、ngmethodisusedtorealizefluid—mechanicalinteractioncalculation．ThedytranisappliedtOthenumericalsimulation．Thepressureofplanelandinginwaterreachesmaxi—mumvalueattheinitialstage，andthensomesmallpressuresfollow．Underthesameconditions，themaximumpressureoftheelasticmodelissmallerthanthat

5、oftherigidmodel．Themaximumpressureonplaneditchingwithattackangleof5。issmallerthanthatwithattackangleof3。．Themaximumpres—sureandthehappenedplacechangewhenattackangleschange．Keywords：waterlanding；fluid—mechanicalinteraction；finiteelement；finitevolume民用飞机跨海(水)飞行时必须满足适航条例中对水上迫降的规定。世界各国

6、对水上迫降性能都做了明确要求。我国在民用飞机适航条例CCAR一25一R3部[1]中也做了明确的规定。民用飞机的水上迫降是一个入水冲击问题，早期多为理论研究[2]，70年代后倾向于数值求解方面[3】。Lu和HeHl提出一种流体／结构耦合计算的方法，应用边界元计算流体压力，应用有限元计算结构响应。一般流固耦合法和ALE方法(任意拉格朗日一欧拉耦合法)是目前应用较广泛的流固耦合算法。本文建立了飞机缩比模型的全机有限元模型，采用一般耦合算法对飞机的入水冲击问题进行求解。并对飞机着水时的姿态、材料等条件对于结构压力的影响进行了对比分析。l一般流固耦合法本文采用的拉格朗

7、日有限元计算法用来求解固体模型；欧拉有限体积法来求解流体模型。收稿日期：2009—09—15；修订日期：2010—01—18作者简介：张韬．男，博士研究生，1983年9月生；李书(联系人)，男，教授，博士生导师，E—mail：Lishu@buaa．edu．cn。第3期张韬，等：民用飞机水上迫降分析模型和数值仿真3931．1拉格朗日有限元法采用显式时间积分法嘲：将运动微分方程MaH+c勺．+Ka。=F拳改写为2飞机水上迫降动力学建模(1)2．1飞机模型Ma。=F，一砰(2)对式(2)中质量矩阵求逆并乘以剩余矢量Fresidud=尸‘一p‘，可得到加速度。口。=

8、M一1砰叫(3)式中："为当前时间步；P“为外载荷矢