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基于SPH方法的飞机水上迫降数值模拟研究

闫家益  
【摘要】:随着国与国之间业务往来越来越密切,飞机的跨海飞行越来越频繁。从而带来了飞机必须具有良好水上迫降性能的问题,作为飞机适航条例中的要求,现在主要通过试验和数值仿真方法来研究飞机的迫降性能。由于试验方法的耗时、昂贵等缺点,数值仿真方法具有越来越突出的优势。 本文使用SPH方法,即光滑质点流体动力学方法研究飞机的水上迫降过程。相比一般有限元方法无法模拟大变形、流固耦合、液体飞溅等问题,SPH方法可以处理自由表面大变形问题,克服了有限元在此方面的缺点。 本文首先对SPH方法进行理论介绍,推导出核近似法和粒子近似法的理论方程。并对SPH方法在流体动力学和固体力学中质量守恒方程、动力守恒方程以及能量守恒方程简单介绍。 借助于发表文章中的试验,建立锥形木块水面冲击仿真计算,对比分析冲击过程的画面以及木块的位移,通过对比发现,SPH方法可以很好模拟出水体飞溅、破碎等现象,且仿真结果与试验结果吻合很好,说明利用SPH方法在模拟水面冲击问题的合理性与正确性。 建立飞机模型以及波浪模型,根据起落架状态和飞机的姿态角建立七种工况,分析每种工况下飞机迫降过程的速度、加速度以及姿态角、偏航角和滚转角的变化,考虑到迫降过程中,飞机应该受到最小的加速度响应以及飞机最小的角度变化,得出最优的迫降状态。 本文的主要研究工作是利用SPH方法在研究水面冲击问题上的优越性,为飞机水上迫降提供仿真算法,为今后的工程工作奠定基础。


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