直升機(jī)水上迫降動(dòng)力學(xué)問題研究.pdf

1、隨著直升機(jī)的廣泛應(yīng)用，直升機(jī)的海上飛行任務(wù)也越來越多，因此增加了水上迫降這類事故發(fā)生的概率。21世紀(jì)以來，水上迫降和海上墜機(jī)事故逐年增加，直升機(jī)水上迫降仿真分析與試驗(yàn)研究已經(jīng)成為一個(gè)極其重要的課題。國外和國內(nèi)的航空管理部門已將水上迫降的安全性規(guī)章作為取得飛行器適航證的主要內(nèi)容之一。為了保證直升機(jī)在海上執(zhí)行任務(wù)時(shí)遇到緊急情況能夠成功迫降，有必要研究直升機(jī)水上迫降過程中的姿態(tài)角變化規(guī)律、著水沖擊加速度變化規(guī)律以及機(jī)腹壓力分布規(guī)律等。

2、　　直升機(jī)著水過程，是直升機(jī)與水之間的流固耦合作用，其涉及高度非線性的動(dòng)力學(xué)行為。如果是帶應(yīng)急緩沖氣囊的直升機(jī)，其還涉及到氣、液、固三態(tài)的流固耦合復(fù)雜問題，其難度非常大。由于直升機(jī)水上迫降試驗(yàn)耗資巨大，因此采用仿真模擬方法對直升機(jī)水上迫降進(jìn)行模擬分析是比較經(jīng)濟(jì)的方法。本文使用SPH法（光滑粒子動(dòng)力學(xué)方法）研究了直升機(jī)水上迫降性能，建立了一套水上迫降計(jì)算分析方法，對直升機(jī)近海飛行的水上迫降提供一些理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。本文的主要內(nèi)容包括：<

3、br>　?。?）詳細(xì)介紹了SPH法的基本原理，推導(dǎo)了SPH法離散形式的流體力學(xué)方程，并且采用了一種使用虛擬粒子補(bǔ)充流體粒子支持域邊界截?cái)鄥^(qū)的處理方法，該方法可以有效地模擬任意復(fù)雜形狀的邊界條件。提出了一種鄰近粒子搜索和粒子重新排序的算法，該方法結(jié)合了Verlet-list/Cell-list的方法和Morton Key/Z-curve order的方法，可以極大提高SPH法的計(jì)算效率，縮短計(jì)算時(shí)間。采用核函數(shù)正則化修正和密度重構(gòu)的方法，

4、該方法可以有效提高軟件的魯棒性。
　?。?）自主開發(fā)了基于SPH方法的水上迫降數(shù)值仿真分析軟件。編寫了軟件的核心程序模塊，詳細(xì)設(shè)計(jì)了程序的數(shù)據(jù)流程，編寫了易用的用戶使用界面。開發(fā)了一個(gè)數(shù)值造波模塊，彌補(bǔ)了商用軟件在造波方面的局限性，實(shí)現(xiàn)了設(shè)置造波區(qū)域法。該方法可以直接給定波高波長及水域內(nèi)的速度場和壓力場，不需要等待波發(fā)展到穩(wěn)定狀態(tài)，其初始狀態(tài)就是一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，因此可以極大地減少計(jì)算時(shí)間，大大提高軟件在造波方面的效率。
　　

5、（3）應(yīng)用開發(fā)的仿真分析軟件研究了直升機(jī)的水上迫降問題，對直升機(jī)不同迫降俯仰角、不同重心位置及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、不同水域波浪情況及同一水面波浪情況不同直升機(jī)著水位置等工況進(jìn)行求解，并對直升機(jī)水上迫降結(jié)果進(jìn)行了研究分析，探討了這些初始條件對直升機(jī)水上迫降動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的影響。對比了仿真與試驗(yàn)結(jié)果，得出數(shù)值仿真計(jì)算得到的加速度峰值與試驗(yàn)結(jié)果基本一致，偏差較小，證明該軟件是有效的，所用的理論方法是可行的。
　?。?）建立了帶應(yīng)急緩沖氣囊的直升機(jī)水上

6、迫降分析模型，研究了氣囊對直升機(jī)剛體模型水上迫降的影響，通過與不帶氣囊的情況對比，得出由于應(yīng)急緩沖氣囊的存在，直升機(jī)的排水量相對減少了，一大部分排水量由氣囊去承擔(dān)，水花飛濺效果更加明顯，著水姿態(tài)更加穩(wěn)定。最后對比了仿真與試驗(yàn)結(jié)果，得出仿真計(jì)算的加速度峰值與試驗(yàn)結(jié)果基本一致，偏差較小。
　?。?）建立了直升機(jī)柔性體的水上迫降分析模型，采用非線性有限元法，基于SPH法仿真了直升機(jī)的水上沖擊過程，對直升機(jī)不同迫降姿態(tài)角進(jìn)行水上迫降研究分