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水上迫降尾部吸能对飞机运动特性的影响

张苏  
【摘要】:随着飞机近海或跨海飞行的日益频繁,飞机发生水上迫降或坠毁事故已屡见不鲜,因而针对飞机水上迫降安全性能的研究显得尤为重要。从目前国内水上迫降的研究现状看,无论试验还是数值计算其研究载体几乎都是刚体或者类刚体飞机,忽略了结构变形(能量吸收)对飞机运动特性的影响。大量的国外研究经验表明,采用类刚体的飞机模型得到的试验结果和数值预测结果并不足以反映真实飞机的迫降特性,得到的飞机迫降特性与真实飞机的迫降特性具有明显的差异,因此,必须在考虑飞机结构强度与破损的情况下,对飞机迫降过程进行研究。 本文以某飞机机型为例,采用非线性显式动力分析有限元方法,基于ALE算法就飞机水上迫降过程中尾部吸能对飞机运动特性的影响进行了研究分析。 论文的主要研究内容如下: 1)首先以某型飞机外壳结构为基础,构建了刚性体飞机水上迫降有限元模型,然后在飞机后机身内部布置地板梁、框架梁、纵桁梁、连接梁以及支撑梁等可变形加强梁结构,构建了变形体飞机水上迫降有限元模型。 2)利用基于ALE算法的罚函数耦合方法控制飞机结构与流体之间的耦合作用,对刚体飞机模型和变形体飞机模型的水上迫降过程进行了数值模拟,并就刚体模型与变形体飞机模型在迫降过程中速度、滑行距离、姿态角、纵向过载以及法向过载的变化情况作了对比分析,讨论了水上迫降过程中尾部吸能对飞机运动特性的影响,研究表明飞机后机身结构的变形及破损吸能对飞机的动力学行为有着不可忽视的影响。 3)保持变形区域加强梁结构布置以及材料属性不变,改变变形区域蒙皮结构的材料属性,分别采用铝合金材料、Kevlar纤维增强复合材料以及玻璃纤维增强环氧树脂复合材料作为飞机后机身变形区域蒙皮结构的材料,就飞机后机身蒙皮的强度和吸能特性对飞机迫降过程中运动特性的影响作了研究分析,研究表明仅改变蒙皮结构的材料并不能显著提高飞机水上迫降过程中的安全性能。


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