直升機水上迫降動力學(xué)問題研究.pdf

1、隨著直升機的廣泛應(yīng)用，直升機的海上飛行任務(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事故逐年增加，直升機水上迫降仿真分析與試驗研究已經(jīng)成為一個極其重要的課題。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。為了保證直升機在海上執(zhí)行任務(wù)時遇到緊急情況能夠成功迫降，有必要研究直升機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)律以及機腹壓力分布規(guī)律等。

2、　　直升機著水過程，是直升機與水之間的流固耦合作用，其涉及高度非線性的動力學(xué)行為。如果是帶應(yīng)急緩沖氣囊的直升機，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。由于直升機水上迫降試驗耗資巨大，因此采用仿真模擬方法對直升機水上迫降進(jìn)行模擬分析是比較經(jīng)濟的方法。本文使用SPH法（光滑粒子動力學(xué)方法）研究了直升機水上迫降性能，建立了一套水上迫降計算分析方法，對直升機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充流體粒子支持域邊界截斷區(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法的計算效率，縮短計算時間。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)了一個數(shù)值造波模塊，彌補了商用軟件在造波方面的局限性，實現(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)就是一個穩(wěn)定的狀態(tài)，因此可以極大地減少計算時間，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的水上迫降問題，對直升機不同迫降俯仰角、不同重心位置及轉(zhuǎn)動慣量、不同水域波浪情況及同一水面波浪情況不同直升機著水位置等工況進(jìn)行求解，并對直升機水上迫降結(jié)果進(jìn)行了研究分析，探討了這些初始條件對直升機水上迫降動力學(xué)響應(yīng)的影響。對比了仿真與試驗結(jié)果，得出數(shù)值仿真計算得到的加速度峰值與試驗結(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水上

6、迫降分析模型，研究了氣囊對直升機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結(jié)果，得出仿真計算的加速度峰值與試驗結(jié)果基本一致，偏差較小。
　?。?）建立了直升機柔性體的水上迫降分析模型，采用非線性有限元法，基于SPH法仿真了直升機的水上沖擊過程，對直升機不同迫降姿態(tài)角進(jìn)行水上迫降研究分