民用飞机水上迫降分析模型和数值仿真.pdf

第42卷第3期南京航空航天大学学报Vol.42No.3

2010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)0320392203

AnalysisModelandNumeralSimulationforCivilPlaneDitching

ZhangTao,LiShu,JiangXiang,ZhaoJinqiang
(SchoolofAeronauticScienceandEngineering,BeijingUniversityofAeronautics
andAstronautics,Beijing,100191,China)

Abstract:Anumericalsimulationforwaterlandingimpactofaplaneispresented.TheLagrangefinite
elementequationsandEulercontrolequationsaresolvedbyexplicitintegrationmethodandEulerfinite
volumemethod.Thegeneralcouplingmethodisusedtorealizefluid2mechanicalinteractioncalculation.
Thedytranisappliedtothenumericalsimulation.Thepressureofplanelandinginwaterreachesmaxi2
mumvalueattheinitialstage,andthensomesmallpressuresfollow.Underthesameconditions,the
maximumpressureoftheelasticmodelissmallerthanthatoftherigidmodel.Themaximumpressure
onplaneditchingwithattackangleof5°issmallerthanthatwithattackangleof3°.Themaximumpres2
sureandthehappenedplacechangewhenattackangleschange.
Keywords:waterlanding;fluid2mechanicalinteraction;finiteelement;finitevolume

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
25-R3部[1]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
He[4]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
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[5]: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:[e-mail]。
第3期张韬,等:民用飞机水上迫降分析模型和数值仿真393

ext
Man+Cvn+Kdn=Fn(1)
2飞机水上迫降动力学建模
改写为
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Man=Fn-Fn(2)211飞机模型
对式