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1、第42卷第3期南京航空航天大学学报Vol.42No.32010年6月JournalofNanjingUniversityofAeronautics&AstronauticsJun.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载荷。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,通过一般耦合(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
2、就达到峰值,然后衰减,在峰值过后会出现小幅波动。相同条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:100522615(2010)0320392203AnalysisModelandNumeralSimulationforCivilPlaneDitchingZhangTao,LiShu,JiangXiang,ZhaoJinqiang(SchoolofAeron
3、auticScienceandEngineering,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing,100191,China)Abstract:Anumericalsimulationforwaterlandingimpactofaplaneispresented.TheLagrangefiniteelementequationsandEulercontrolequationsaresolvedbyexplicitintegrationmethodandEulerfinitevo
4、lumemethod.Thegeneralcouplingmethodisusedtorealizefluid2mechanicalinteractioncalculation.Thedytranisappliedtothenumericalsimulation.Thepressureofplanelandinginwaterreachesmaxi2mumvalueattheinitialstage,andthensomesmallpressuresfollow.Underthesameconditions,themaximumpressu
5、reoftheelasticmodelissmallerthanthatoftherigidmodel.Themaximumpressureonplaneditchingwithattackangleof5°issmallerthanthatwithattackangleof3°.Themaximumpres2sureandthehappenedplacechangewhenattackangleschange.Keywords:waterlanding;fluid2mechanicalinteraction;finiteelement;f
6、initevolume民用飞机跨海(水)飞行时必须满足适航条例立了飞机缩比模型的全机有限元模型,采用一般耦中对水上迫降的规定。世界各国对水上迫降性能都合算法对飞机的入水冲击问题进行求解。并对飞机做了明确要求。我国在民用飞机适航条例CCAR-着水时的姿态、材料等条件对于结构压力的影响进[1]25-R3部中也做了明确的规定。民用飞机的水行了对比分析。上迫降是一个入水冲击问题,早期多为理论研[2][3]1一般流固耦合法究,70年代后倾向于数值求解方面。Lu和[4]He提出一种流体ö结构耦合计算的方法,应用边本文采用的拉格朗日有限元计算法用来求解界
7、元计算流体压力,应用有限元计算结构响应。一固体模型;欧拉有限体积法来求解流体模型。般流固耦合法和ALE方法(任意拉格朗日2欧拉耦111拉格朗日有限元法[5]合法)是目前应用较广泛的流固耦合算法。本文建采用显式时间积分法:将运动微分方程收稿日期:2009209215;修订日期:2010201218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,E2mail: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393extMan+Cvn+Kdn=Fn(1)2飞机水上迫降动
8、力学建模改写为extintMan=Fn-Fn(2)211飞机模型对式(2)中质量矩阵求逆并乘以剩余矢量飞机的几何模型按照1∶10缩比模型建立如residualextint图1所示
