人椅系統(tǒng)的高速氣流吹襲防護(hù)技術(shù)研究.pdf

1、隨著飛機(jī)飛行速度不斷提高,飛行員彈射時(shí)受到高速氣流吹襲的損傷也隨之增多,為了擴(kuò)大彈射救生系統(tǒng)安全救生包線(xiàn)范圍,需要對(duì)高速氣流吹襲防護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究。隨著計(jì)算流體力學(xué)(CFD)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,及其具有提供豐富流場(chǎng)參數(shù)的特點(diǎn),在國(guó)外已經(jīng)成為分析高速氣流吹襲防護(hù)問(wèn)題的有效手段。國(guó)內(nèi)對(duì)高速氣流吹襲防護(hù)方面的數(shù)值模擬研究還處于起步階段,本文采用數(shù)值模擬的方法研究了高速氣流吹襲防護(hù)的原理,并對(duì)幾種防護(hù)裝置的防護(hù)特性進(jìn)行了分析。
　　 本文的研

2、究工作主要有以下幾方面:1)討論了所采用的控制方程及其數(shù)值求解方法,發(fā)展了相應(yīng)的求解器?？刂品匠滩捎梅嵌ǔＨS可壓雷諾平均N-S方程,空間離散采用Jameson有限體積法的中心格式,并引入自適應(yīng)的人工耗散模型。時(shí)間離散采用雙時(shí)間步長(zhǎng)推進(jìn)法,并應(yīng)用當(dāng)?shù)貢r(shí)間步長(zhǎng)法加速收斂。采用基于SA-方程紊流模型的脫體渦模擬(DES)方法模擬流場(chǎng)中大分離的紊流流動(dòng)。采用低速預(yù)處理方法應(yīng)用N-S方程求解流場(chǎng)中的低速不可壓流動(dòng)。通過(guò)調(diào)用METIS軟件分區(qū)和調(diào)

3、用MPI庫(kù)函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信來(lái)實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算。2)應(yīng)用Solidwors軟件繪制了復(fù)雜的有、無(wú)防護(hù)裝置人椅系統(tǒng)的三維幾何模型,然后應(yīng)用ICEM前處理軟件在計(jì)算域內(nèi)生成了高質(zhì)量的混合網(wǎng)格。應(yīng)用解算器計(jì)算了某人椅系統(tǒng)的阻力特性,并與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比吻合較好。通過(guò)算例說(shuō)明了DES方法適合計(jì)算人椅系統(tǒng)背風(fēng)區(qū)大分離流場(chǎng),驗(yàn)證了預(yù)處理方法和并行算法加速收斂。3)模擬了無(wú)防護(hù)即基本形態(tài)下人椅系統(tǒng)氣動(dòng)力特性,分析了飛行員身體各部位在高速氣流吹襲時(shí)的受力情況及受

4、傷害原因。討論了相應(yīng)的防護(hù)原理,分析了飛行員各肢體氣動(dòng)力系數(shù)變化規(guī)律,與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比變化趨勢(shì)是一致的。4)模擬了有防護(hù)裝置人椅系統(tǒng)及飛行員肢體在一定條件和姿態(tài)下的氣動(dòng)力特性,分析了飛行員身體表面壓力分布,驗(yàn)證了高速氣流吹襲防護(hù)的一般原則,深入分析了防護(hù)裝置對(duì)飛行員肢體和胸腹部表面的防護(hù)效果。5)分析了人椅系統(tǒng)在空中自由飛階段的受力狀態(tài),建立了六自由度運(yùn)動(dòng)方程。將六自由度方程與N-S方程耦合,并應(yīng)用彈簧近似方法和局部網(wǎng)格重構(gòu)方法生成動(dòng)態(tài)非

5、結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,非定常數(shù)值模擬了有、無(wú)防護(hù)的人椅系統(tǒng)氣動(dòng)力特性,與靜態(tài)網(wǎng)格計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較。對(duì)比分析了抬腿機(jī)構(gòu)和導(dǎo)流擋板在基于動(dòng)態(tài)網(wǎng)格非定常狀態(tài)下對(duì)人椅系統(tǒng)的防護(hù)效果,結(jié)果與靜態(tài)網(wǎng)格的影響是一致的。6)建立了五種新尺寸的導(dǎo)流擋板模型,分別對(duì)其相應(yīng)的人椅系統(tǒng)氣動(dòng)力特性進(jìn)行了數(shù)值模擬,結(jié)果顯示擋板尺寸變化對(duì)系統(tǒng)氣動(dòng)力影響較小,但對(duì)飛行員頭頸部氣動(dòng)力和頭部表面壓力影響較大,減小了飛行員頭頸部的升、阻力及頭部表面壓力,有效的保護(hù)了頭頸部。