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1、第42卷第3期2010年6月南京航JournalOfNanjing空航天大學(xué)學(xué)報(bào)UniversityofAeronautics&AstronauticsV01．42No．3Jun．2010民用飛機(jī)水上迫降分析模型和數(shù)值仿真張韜李書江翔趙金強(qiáng)(北京航空航天大學(xué)航空科學(xué)與工程學(xué)院，北京，100191)摘要：模擬計(jì)算了飛機(jī)水上迫降的沖擊栽荷。利用顯式積分法求解離散的拉格朗日有限元方程，并采用歐拉有限體積法求解歐拉控制方程，通過一般耦舍(Generalcoupling)算法實(shí)現(xiàn)流固耦合計(jì)算，運(yùn)用Dytran進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算。飛機(jī)結(jié)構(gòu)入水時(shí)壓力在初期就迭到峰值，然后衰
2、減，在峰值過后會(huì)出現(xiàn)小幅渡動(dòng)。相同紊件下彈性體材料模型的壓力峰值要比剛體小。4種工況下飛機(jī)著水時(shí)的壓力峰值中以5。攻角最小，隨著仰角增大，壓力峰值以及峰值出現(xiàn)的區(qū)域隨之改變。關(guān)鍵詞：水上迫降；流固耦合；有限元；有限體積中圖分類號(hào)：V215．2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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民用飛機(jī)跨海(水)飛行時(shí)必須滿足適航條例中對(duì)水上迫降的規(guī)定。世界各國(guó)
6、對(duì)水上迫降性能都做了明確要求。我國(guó)在民用飛機(jī)適航條例CCAR一25一R3部[1]中也做了明確的規(guī)定。民用飛機(jī)的水上迫降是一個(gè)入水沖擊問題，早期多為理論研究[2]，70年代后傾向于數(shù)值求解方面[3】。Lu和HeHl提出一種流體／結(jié)構(gòu)耦合計(jì)算的方法，應(yīng)用邊界元計(jì)算流體壓力，應(yīng)用有限元計(jì)算結(jié)構(gòu)響應(yīng)。一般流固耦合法和ALE方法(任意拉格朗日一歐拉耦合法)是目前應(yīng)用較廣泛的流固耦合算法。本文建立了飛機(jī)縮比模型的全機(jī)有限元模型，采用一般耦合算法對(duì)飛機(jī)的入水沖擊問題進(jìn)行求解。并對(duì)飛機(jī)著水時(shí)的姿態(tài)、材料等條件對(duì)于結(jié)構(gòu)壓力的影響進(jìn)行了對(duì)比分析。l一般流固耦合法本文采用的拉格朗
7、日有限元計(jì)算法用來求解固體模型；歐拉有限體積法來求解流體模型。收稿日期：2009—09—15；修訂日期：2010—01—18作者簡(jiǎn)介：張韜．男，博士研究生，1983年9月生；李書(聯(lián)系人)，男，教授，博士生導(dǎo)師，E—mail：Lishu@buaa．edu．cn。第3期張韜，等：民用飛機(jī)水上迫降分析模型和數(shù)值仿真3931．1拉格朗日有限元法采用顯式時(shí)間積分法嘲：將運(yùn)動(dòng)微分方程MaH+c勺．+Ka。=F拳改寫為2飛機(jī)水上迫降動(dòng)力學(xué)建模(1)2．1飛機(jī)模型Ma。=F，一砰(2)對(duì)式(2)中質(zhì)量矩陣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："為當(dāng)前時(shí)間步；P“為外載荷矢
